Vấn đề cơ bản nhất về xi lanh động cơ đốt trong trên Máy Xây Dựng

Chuyên đề tốt nghiệp Đề tài: "Vấn đề cơ bản nhất về xilanh động cơ đốt trong trên Máy Xây Dựng" GVHD: Bùi Văn Trầm SVTH: Nguyễn Văn Duy Chuyên đề tốt nghiệp GVHD: Bùi Văn Trầm Sinh viên thc hin:Nguyn Văn Duy Page 1 LỜI NÓI ĐẦU Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Ngành cơ khí Máy Xây Dựng là một trong những ngành đang trong quá trình phát triển mạnh, với nhiều loại máy hiện đại, tân tiến được chế tạo và đầu tư để đáp ứng được nhu cầu sử dụng và khai thác tại nước ta. Máy Xây Dựng ngày nay càng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thực tế đời sống vì nhưng tiện ích mà nó mang lại. Tuổi thọ của máy được quyết định bởi các cụm máy chính như động cơ, bộ truyền động, bộ phận công tác…tuổi thọ của các cụm máy được quyết định bởi tuổi thọ của các chi tiết chính, do đó việc nghiên cứu hao mòn của chúng nhằm đưa ra các biện pháp sửa chữa và các biện pháp nâng cao tuổi thọ là vấn đề rất được quan tâm. Trong tất cả các cụm máy thì các chi tiết của cụm động cơ bị hao mòn nhiều nhất vì các chi tiết của nó phải làm việc trong các điều kiện khó khăn, nặng nhọc, điển hình là các nhóm chi tiết cổ trục - bạc lót,xilanh - xécmăng. Nói chung người ta thường lấy mức độ mài mòn của xilanh hay cổ trục khuỷu để làm mốc đưa vào sửa chữa. Biết được tầm quan trọng của xilanh động cơ, trong quá trình học tập tại trường, qua các đợt thực tập trong lẫn ngoài truờng em đã lắm bắt được những kiến thức cơ bản về xilanh động cơ đốt trong trên Máy Xây Dựng, từ kết cấu đến công nghệ chế tạo, phương pháp chuẩn đoán, bảo dưỡng, sửa chữa cơ bản… Trong đợt xét tốt nghiệp năm nay, với vinh dự được nhà trường giao đề tài về chuẩn đoán ,bảo dưỡng và sửa chữa xilanh động cơ đốt trong trên Máy Xây Dựng. Em đã cố gắng trình bày những vấn đề cơ bản nhất về xilanh động cơ đốt trong trên Máy Xây Dựng, bao gồm các phương pháp chuẩn đoán, bảo dưỡng và sửa chữa xilanh động cơ đốt trong để đạt tới điều kiện tối ưu nhất có thể trong quá trình làm việc. Chuyên đề được trình bày thành 3 chương như sau: Chương 1: Giới thiệu chung về xilanh động cơ đốt trong trên Máy Xây Dựng. Chương 2: Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại xilanh động cơ đốt trong trên Máy Xây Dựng. Chương 3: Chẩn đoán và bảo dưỡng và sửa chữa xilanh động cơ đốt trong trên Máy Xây Dựng . Trong quá trình làm công tác tốt nghiệp em đã được thầy giáo hướng dẫn, cùng các thầy trong tổ môn, đã có những góp ý, hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành công tác tốt nghiệp. Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do tài liệu, năng lực có hạn nên chắc chắn đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý của các thầy cùng các bạn để chuyên đề tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong Khoa Cơ Khí và thầy giáo hướng dẫn Bùi Văn Trầm đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành chuyên đề. Hà Nội, tháng 3/2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Duy Chuyên đề tốt nghiệp GVHD: Bùi Văn Trầm Sinh viên thc hin:Nguyn Văn Duy Page 2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN Chuyên đề tốt nghiệp GVHD: Bùi Văn Trầm Sinh viên thc hin:Nguyn Văn Duy Page 3 .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. ĐIỂM: Hà Nội, Ngày……tháng……năm 2010 KÝ TÊN Chuyên đề tốt nghiệp GVHD: Bùi Văn Trầm Sinh viên thc hin:Nguyn Văn Duy Page 4 Chương I: Giới thiệu chung về xilanh động cơ đốt trong trên Máy Xây Dựng. -Xylanh động cơ diezel thường được chế tạo từ gang hợp kim, thép hợp kim, có độ cứng HRC = 26 ÷ 33, bề mặt công tác của xylanh được thấm nitơ với độ sâu 0,3 ÷ 0,6 mm. -Kết cấu các loại xylanh động cơ đầu máy diezel sử dụng ở Việt Nam được thể hiện trên các hình sau: Chuyên đề tốt nghiệp GVHD: Bùi Văn Trầm Sinh viên thc hin:Nguyn Văn Duy Page 5 Chương II: Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại xilanh động cơ đốt trong trên Máy Xây Dựng. 2.1:Nhiệm vụ. Nhiệm vụ của xilanh là kết hợp với pistôn-xecmăng và nắp máy tạo thành buồng đốt cho động cơ. Dẫn hướng cho pistôn 2.2:Phân loại. Xilanh động cơ đốt trong được phân thành 2 loại: + Xilanh đúc liền:Là loại xilanh được đúc liền cùng với thân máy. Ưu điểm: là có độ cứng vững cao,truyền nhiệt tốt. Nhược điiểm: Không tiết kiệm được vật liệu. + Xilanh đúc rời: Loại này được đúc rời thành từng ống gọi là ống lót xilanh, loại này có ưu điểm là tiết kiệm được vạt liệu. Ống lót xilanh được chia thành hai loại: *ống lót xilanh khô: Loại này áo nước làm mát không tiếp xúc trực tiếp với thành của ống lót xilanh mà thông qua vách của thân máy,nó được gia công mỏng để đảm bảo được việc truyền nhiệt tốt. Mặt trong và mặt ngoài của ống lót xilanh khô được gia công nhẵn bóng và có độ chính xác cao. Ưu điểm: Có độ cứng cao, không lọt khí, rò dỉ nước, tiết liệm được vật liệu nhưng lắp ghép phức tạp làm mát không hoàn chỉnh. *Ống lót xilanh ướt: Loại này được sử dụng rộng rãi, nước làm mát trực tiếp tiếp xúc với thành ngoài của ống lót xilanh. Ưu điểm: lắp ghép rễ ràng, làm mát tốt, tháo lắp, sửa chữa rễ ràng. Nhược điểm: Rễ rò rỉ nước. 2.3: Yêu cầu kỹ thuật. -Phải có cơ tính cao. -Chịu được nhiết độ và áp suất lớn. -Có hệ số ma sát nhỏ ít biến rạng. -Chịu mài mòn tốt. -Hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ và truyền nhiệt tốt. Chuyên đề tốt nghiệp GVHD: Bùi Văn Trầm Sinh viên thc hin:Nguyn Văn Duy Page 6 Chương III:Kiểm tra,chẩn đoán, bảo dưỡng và sửa chữa xilanh động cơ đốt trong trên Máy Xây Dựng . 3.1:Phân tích quá trình hao mòn chi tiết xilanh. -Do phải làm việc trong điền kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao,môi trường có chất ăn mòn,màng dầu bôi trơn luôn bị nhiên liệu làm loãng,dầu bôi trơn và nhiên liệu có cặn bẩn… -Trong toàn bộ hành trình của pistôn, những vị trí khác nhau của xilanh chiu những điều kiện ma sát khác nhau do đó độ mòn của xilanh theo chiều trục không đều. Phía đỉnh của xilanh bị mòn nhiều hơn phần dưới, do đó xilanh sau một thời gian làm việc xilanh sẽ có dạng côn;theo chiều hướng kính xilanh bị mòn theo hình ô van. Lượng mài mòn lớn nhất trong xilanh ứng với điểm chết trên của xecmăng thứ nhất. Sở dĩ như vậy là do tại điểm chết trên của xecmăng thứ nhất điều kiện làm việc của xilanh là xấu nhất,áp suất của xecmăng lên xilanh là lớn nhất,nhiệt độ làm việc làm việc lớn nhất,điều kiện bôi trơn xấu nhất. Áp suất của xecmăng tác dụng lên xilanh phụ thuộc vào sức bật của xecmăng và áp lực của khí cháy tác dụng lên lưng xecmăng. Áp lực tác dụng lên xecmăng thứ nhất là lớn nhất. Khi píttôn đi xuống áp lực trong xilanh giảm dần do đó áp suất tác dụng lên xilanh cũng giảm dần. Khi lực tác dụng vuông góc với mặt ma sát càng lớn thì phân tử của các mặt ma sát găm vào nhau càng nhiều và do đó phần trên của xilanh bị mòn nhiều nhất. +Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ mòn của xilanh: Nhiệt độ tại các vị trí khác nhau của xilanh cũng khác nhau. Nhiệt độ của phần trên xilanh cao nhất,chẳng hạn trong một số loại động cơ làm mát bằng nước tuần hoàn, nhiệt độ bình quân của khu vực điểm chết trên của pístôn lên tới khoảng 3500c, ở khu vực điểm chết dưới khoảng 2000c. Đối với một số động cơ làm mát bằng không khí, thì nhiệt độ có thể lên tới khoảng 4300c ở điểm chết trên va 2200c ở điểm chết dưới. Nhiết độ của xecmăng thứ nhất ở điểm chết trên còn cao hơn nhiệt độ của xilanh. Nhiệt độ tăng làm cho độ nhớt của dầu giảm do đó lam yếu màng dầu, thậm chí màng dầu tại nơi nhiệt độ cao còn có thể bị cháy, mặt khác sự cugn cấp dầu cho phần trên của xilanh cũng khó khăn và đó cũng là lý do tại sao phân trên của xilanh lại bị mòn nhiều. Khi động cơ làm việc trong xilanh hình thành 3 khu vực nhiệt độ: -Khu vực nhiệt độ cao: Dầu nhờn ở khu vực nhiệt độ cao không có tác dụng bôi trơn,màng dầu bị phá hủy,áp suất của nhiên liệu phun sương mạnh cũng làm ảnh hưởng tới màng dầu bôi trơn,đặc tính và trị số hao mòn của xilanh phụ thộc vào chế độ nhiệt,kết cấu của động cơ và mức độ làm mát khác nhau của các xilanh trong cung một động cơ. Khi nhiệt độ thành xilanh thấp hơn nhiệt độ tạo sương của các sản phẩm cháy trên thành xilanh thì hơi nước bị ngưng tụ, các loại axítcao phân tử lưu huỳnh và các hợp chất lưu huỳnh trong nhiên liệu cũng làm tăng nhanh sự hao mòn. Dầu nhờn trong vùng bị cháy tọa ra muội than và Chuyên đề tốt nghiệp GVHD: Bùi Văn Trầm Sinh viên thc hin:Nguyn Văn Duy Page 7 nhựa bán vào xilanh làm ảnh hưởng xấu tới quá trình công tác,giảm khả năng truyền nhiệt,gây tắc vòi phun,tạo sự mài mòn các bề mặt kim loại. Khi nhiên liệu bốc cháy nhiệt độ tăng cao,màng dầu bôi trơn bị giãn nở cục bộ,bị làm nóng do nhiên liệu phun với tốc độ cao,do luồng khí nạp thổi vao xilanh,do sự thay đổi áp suất trong quá trình giãn nở,do sự giảm tốc độ của pístôn cho tới không và do sự đổi hướng chuyển động của nó dẫn tới sự phá hủy hoặc làm giảm chiều dày màng dầu bôi trơn,làm cho các bề mặt kim loai tiếp xúc trực tiếp với nhau,những yếu tố trên làm hao mòn không đều trên chiều dài xilanh. -Khu vực nhiệt độ trung bình: Ở khu vực nhiệt độ này các sản phẩm cháy và dầu bôi trơn tạo keo,gây bó kẹt xecmăng ,làm mòn xilanh và xecmăng. -Khu vực nhiệt độ thấp: Ở khu vực nhiệt độ này dầu bôi trơn hầu như vẫn giữ nguyên tính chất,ít bay hơi,do vậy khi khí cháy lọt xuống các te,trong dầu có lẫn hạt nhiên liệu,trong nhiên liệu có lưu huỳnh,axit hữu cơ,có tác dụng làm lỏng dầu nhớt mất phẩm chất cũng gây nên hiện tượng ăn mòn. Để giảm ăn òn ta thêm chất phụ gia đa chức năng để làm giảm tính ôxi hóa,chống tạo nhựa,chống tính ăn mòn. Trong toàn bộ hành trình của pistôn làm việc ở những vị trí khác nhau của xilanh,chịu nhưng điều kiện ma sát khác nhau,do đó độ òn của xilanh theo phương dọc trục không đều: Phía đỉnh mòn nhiều hơn phần phía dưới theo hương trục xilanh, theo chiều hướng kính thì xilanh bị mòn theo hinh ôvan,lượng mài mòn lớn nhất của xilanh ứng với điểm chết trên của xecmăng thứ nhất. +Ảnh hưởng củaluồng khí nạp thổi quyét trên thành xilanh. Luồng khí nạp thổi quyét trên thành xilanh cũng là nguyên nhân làm mòn xilanh không đều theo mặt cắt ngang. Có thể thấy độ mòn theo hướng kính của xilanh độ mòn lớn nhất ở vị trí đối diện với xupap nạp. Tác dụng thổi quyét của khí nạp lên thành xilanh làm nhiệt độ của nó giảm xuống,do đó sự ăn mòn xảy ra mạnh hơn và như vậy cường độ mòn tăng lên. Bên cạnh đó điều kiện làm mát của động cơ cũng ảnh hưởng tới sự mài mòn của xilanh theo phương hướng kính. Nhiều thí nghiệm cho thấy rằng vị trí mòn theo phương hướng kính của xilanh không phải lúc nào cũng hoàn toàn đối diện với xupap nạp, mà ở nơi nào nhiết độ thấp nhất. Trong thực tế,trên một động cơ đặc tính mòn của các xilanh nói chung giống nhau về căn bản nhưng lượng mòn tuyệt đối có khác nhau.Nơi mòn nhiều nhất là các xilanh hai đầu có nhiệt độ thấp hơn các xilanh khác. Vị trí mòn nhiều nhất của các xilanh khác nhau cũng khác nhau, điều đó phụ thuộc vào vị trí đặt xupap nạp và điều kiện làm mát của động cơ. Trong quá trình nạp,không khí có tác dụng thổi quyét trên thành xilanh và nhiên liệu ở thể hơi ngưng tụ sẽ rửa sạch dầu nhờn trên vách của xilanh,phá hoại màng dầu bôi trơn cũng làm tăng cường độ mài mòn của phân trên xilanh. +Ảnh hưởng của nhiên liệu tới độ mòn của xilanh. Ảnh hưởng của nhiên liệu tới hao mòn của xilanh được quyết định chủ yếu bởi lượng tạp chất trong nhiên liệu, trong đó có axit nhất là axit cao phân tử,lưu huỳnh và hợp chất Chuyên đề tốt nghiệp GVHD: Bùi Văn Trầm Sinh viên thc hin:Nguyn Văn Duy Page 8 của lưu huỳnh có khả năng ăn mòn các chi tiết của động cơ,ngoài ra ta còn phải kể đến độ nhớt của nhiên liệu và chất lượng phun nhiên liệu vào xilanh. Khi động cơ làm việc sẽ tạo ra khí S o2 và S o3,trong khu vực cacste khi nạp kết hợp với hơi nước tạo ra axit H2SO3 và H2SO4 cả hai loại axit cùng với bụi và một số axit khác trong nhiên liệu gây ăn mòn động cơ rất nhanh. Tính ăn mòn của những sản phẩm cháy cũng ảnh hưởng tới mức độ và đặc tính ăn mòn của xilanh,những sản phẩm cháy gồm có CO2 ,SO2 ,NO2 hơi nước và các axit hữu cơ CH2O,C2H4O2…chúng có thể trực tiếp ăn mòn xilanh hoặc hòa tan trong nước rồi ăn mòn xilanh vì vậy sự ăn mòn do hai loại cùng có tác dụng như nhau là loại ăn mòn hóa học và ăn mon điện-hóa học. Mức độ ăn mòn xilanh phụ thuộc vào nhiệt độ của vách xilanh nhiệt độ càng cao thì sự ăn mòn càng mạnh.Ta thấy trong trường hợp này phần trên của xilanh cũng lại chịu điều kiện xấu nhất. Cụ thể,tuy nhiệt độ phần trên xilanh có cao nhung do áp lực khí cũng lớn do đó hơi nước bị ngưng tụ dẫn đến việc bôi trơn khó khăn,tác dụng chống ăn mòn của màng dầu gần như không có và tóm lại độ mòn cũng lớn. Độ nhớt của nhiên liệu đúng yêu cầu thì động cơ làm việc bình thường. nếu độ nhớt lớn thì lúc lưu động sẽ gây ra cản trở lớn làm xấu chất lượng phun. Độ nhớt bé làm giảm áp suất phun nhiên liệu,rễ bị rò rỉ qua khe hở giữa píttôn- xecmăng- xilanh,kim phun và đế kim phun nhiên liệu hòa lẫn vào dầu bôi trơn làm giảm tính lý hóa dẫn tới sự hao mòn chi tiết.Ta còn để ý tới trị số xetan của nhiên liệu vì khi động cơ diesel dùng nhiên liệu có trị số xetan bé thì kéo dài giai đoạn cháy trễ,động cơ có khói đen tọa ra muội than,sức tiêu hao nhiên liệu tăng,gây hiện tượng va đập làm hao mòn xilanh. Do đó để tăng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật,làm giảm bớt sự mài mòn thì nhiên liệu đông cơ diesel phải đảm bảo những yêu cầu sau: -Nhiệt độ đông đặc,nhiệt độ vẩn đục,độ nhớt cân phải đúng đảm bảo cho việc cấp nhiên liệu qua vòi phun không bị gián đoạn,chứa ít tạp chất,axit,lưu huỳnh, bụi; -Phải có giai đoạn cháy trễ càng ngắn càng tốt -Phải có khả năng tự cháy tốt (nâng cao trị số xetan) -Đảm bảo hoàn toàn không có khói đen,không tích muội than,nhiên liệu diesel. +Ảnh hưởng của chất lượng dầu bôi trơn. Chất lượng dầu bôi trơn ảnh hưởng đang kể tới độ mòn của xilanh. Ngoài các chưc năng cơ bản:bôi trơn,làm sạch,làm mát,làm kín,chống han rỉ,dầu bôi trơn phải có tính năng làm giảm mài mòn,đảm bảo chi tiết làm việc lâu bền vì vậy dầu bôi trơn phải đạt được các yêu cầu sau: -Có khả năng tạo màng dầu vững chắc trên bề mặt công tác của chi tiết. -Có khả năng đông đặc ở nhiệt độ thấp. -Tạo muội than ít nhất. -Bền vững hóa học đối với ôxy và không khí. -Không có tạp chất cơ học. Hàm lượng nước làm mat ngưng tụ lẫn vào dầu bôi trơn khi động cơ làm việc ở chế độ thấp cũng làm ảnh hưởng tới độ mòn.nước sẽ làm xấu tính bôi trơn của màng dầu, Chuyên đề tốt nghiệp GVHD: Bùi Văn Trầm Sinh viên thc hin:Nguyn Văn Duy Page 9 khi lọt vào vào bề mặt xilanh nó sẽ thúc đẩy quá trình ăn mòn khốc liệt hơn. Một số chỉ tiêu đặc trưng của dầu ảnh hưởng tới sự mài mòn: +Nhiệt độ đông đặc: là nhiệt độ thấp nhất mà ở nhiệt độ đó dầu mất tính lưu động, để đảm bảo dầu bôi trơn tốt nhất thì nhiệt độ đông đặc không phải lớn. Để làm giảm nhiệt độ đông đặc người ta thêm một chất phụ gia, việc làm giảm nhiệt độ đông đặc đông đặc tức là tạo ra sự ổn định cho dầu khắc phục ít nhất sự mài mòn. + Độ nhớt: là một trong những tiêu chuẩn giới hạn của dầu bôi trơn, nó biểu thị công suất cần thiết trong khắc phục ma sát, khi những phân tử của dầu chịu lực tác dụng bên ngoài thì dầu có lực đối kháng còn gọi là độ nhớt. Độ nhớt của đâu là một trong những tính chất quan trọng nhất trong những điều kiện nhiệt độ cao, các tính chất lý hóa của dầu cũng ảnh hưởng đến độ nhớt, khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm, tăng khe hở các chi tiết, tăng hao dầu tăng tải trọng đơn vị trên bề mặt ma sát. Khi nhiệt độ thấp thì độ nhớt tăng gây khó khăn cho việc dẫn dầu bôi trơn đến các chi tiết, ảnh hưởng đến sự luân chuyển tuần hoàn của dầu bôi trơn gây hao mòn chi tiết. Dầu bôi trơn phải có tính ổn định lý hóa tốt khi vận chuyển và bảo quản trong thời gian dài. Khi ở nhiệt độ cao để làm giảm tính chất ăn mòn, người ta thêm chất phụ gia để dầu không bị biến chất( giữ vững tính lý hóa). +Ảnh hưởng của quá trình khởi động động cơ. Quá trình khởi động làm cho động cơ từ trạng thái tĩnh chuyển sang trạng thái động, do đó không tránh khỏi hiện tượng hao mòn. Khi bắt đầu khởi động, trong lòng xylanh đã có hơi nước ngưng tụ từ trước, lúc này màng dầu bôi trơn chưa hình thành và quá trình ăn mòn xylanh xảy ra( hiện thực xâm thực). Khi khởi động, các chi tiết chịu ma sát ở tốc độ trượt lớn và tải trọng đơn vị cao. Lúc này xuất hiện ma sát khô và ma sát giới hạn vì bề mặt kim loại tiếp xúc trực tiếp với nhau. Khi vật liệu bôi trơn chỉ tồn tại ở một số vùng trên bề mặt kim loại, bề mặt chi tiết sản sinh ra một lượng nhiệt không kịp tản sâu vào kim loại, nó làm thay đổi các lớp bề mặt chi tiết, độ chống mòn của kim loại giảm xuống nhanh chóng và làm tăng nhanh sự hao mòn và đó là mài mòn cơ học. Độ mòn lớn nhất xảy ra trong khoảng 1đến 2 giây đầu sau khi khởi động sau đó nó sẽ trở lại trạng thái ổn định. Trên đầu máy diesel hiện nay, khi động cơ dừng hoạt động thì dầu bôi trơn sẽ rơi vào cácte và khi khởi động thì phải nâng dần gia tốc mục đích là để