Giáo trình khí chế tạo máy Tổng quan thực nghiệm số tính kỹ thuật động Diezel -1- Chương TỔNG QUAN VỀ THỰC NGHIỆM VÀ MỘT SỐ TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL -2- 1.1 TỔNG QUAN VỀ KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1.1 Định nghĩa yêu cầu chung 1.1.1.1 Định nghĩa Khảo nghiệm động phương pháp dùng để kiểm tra nghiên cứu động đốt trong, để xác định thông số động cơ, từ điều chỉnh cho động có độ tin cậy làm việc tuổi bền đạt mức cao 1.1.1.2 Yêu cầu chung Khảo nghiệm cần phải tiến hành cho động với mục đích kiểm tra thơng số chất lượng lắp ráp động Khảo nghiệm phải tiến hành nghiệm thu lần cuối Các động phải khảo nghiệm định kỳ để kiểm tra thông số, độ tin cậy làm việc độ bền để kiểm tra tính ổn định động Khảo nghiệm phải tiến hành điều kiện kỹ thuật cho phép 1.1.2 Mục đích nội dung nghiên cứu động đốt 1.1.2.1 Mục đích nghiên cứu động đốt Với trình độ hiểu biết nay, chưa có khả xác định cách xác tính chất đặc trưng công dụng thực tế động đốt đường tính tốn lý thuyết Bởi vậy, nghiên cứu động đốt cơng việc cần thiết nhằm mục đích kiểm tra tiêu kinh tế kỹ thuật thông số động cơ, sở rút kết luận khả phương hướng hoàn thiện 1.1.2.2 Nội dung nghiên cứu động đốt Nghiên cứu kiểm tra Kiểm tra thông số chất lượng lắp ráp động sau chế tạo sữa chữa động Có hai loại nghiên cứu kiểm tra : “ kiểm tra sản xuất kiểm tra định kỳ ” Cụ thể sau :  Kiểm tra sản xuất tiến hành cho động trước xuất xưởng, kết nghiên cứu sở cho việc nghiệm thu hay loại bỏ động cụ thể -3-  Kiểm tra định kỳ tiến hành cho động chọn từ dây chuyền sản xuất cách ngẫu nhiên Mục đích kiểm tra định kỳ kiểm tra tính ổn định sản xuất, kết kiểm tra định kỳ sở để đánh giá chất lượng dây chuyền công nghệ áp dụng Nghiên cứu so sánh Mục đích nghiên cứu so sánh đánh giá động phương diện lập hồ sơ kỹ thuật Đối tượng nghiên cứu động chế thử động hãng chế tạo khác Nghiên cứu động chế thử kiểm tra mức độ đắn phương pháp tính tốn, thiết kế chế tạo kết nghiên cứu sở định tiến hành sản xuất hàng loạt hay phải điều chỉnh giải pháp sử dụng Nghiên cứu động hãng chế tạo khác nhằm mục đích thu thập thơng tin phục vụ cho công việc cải tiến thiết kế động Nghiên cứu khoa học hay nghiên cứu Mục đích nghiên cứu động đốt tìm quy luật chi phối trình diễn động đốt trong, giải thích chất chúng, thiết lập phương pháp tính toán thực nghiệm mới… Kết nghiên cứu sử dụng trực tiếp gián tiếp vào trình thực động Nghiên cứu động đốt tiến hành phòng thí nghiệm điều kiện sử dụng thực tế (gọi thử nghiệm trực tiếp) Nghiên cứu phịng thí nghiệm cho phép điều chỉnh động cách dễ dàng sử dụng đa dạng thiết bị ng hiên cứu, kết thu khơng phụ thuộc vào ngẫu nhiên bên ngồi Thử nghiệm trực tiếp cho phép đánh giá với mức độ xác định, độ tin cậy, tuổi bền hoạt động bình thường động điều kiện sử dụng thực tế Thông thường kết thử nghiệm thực tế có tác dụng bổ sung cho nghiên cứu phịng thí nghiệm 1.1.3 Xưởng khảo nghiệm động đốt 1.1.3.1 Tổ chức xưởng khảo nghiệm động đốt -4- Xưởng khảo nghiệm động đốt nơi thực công việc nghiên cứu động Nó phận cấu tổ chức sở thiết kế, chế tạo nghiên cứu động Quy mô xưởng thí nghiệm động tuỳ thuộc vào mục tiêu, tính chất nội dung nghiên cứu khả tài sở quản lý Nói chung xưởng khảo nghiệm động tự thoả mãn đầy đủ nguồn nhân lực trang thiết bị mà phải hợp tác với sở chế tạo phòng khảo nghiệm khác :“ nhiên liệu, dầu bôi trơn, sức bền vật liệu, xưởng gia cơng khí.v.v… Một xưởng khảo nghiệm động đốt bao gồm phòng khảo nghiệm sau :  Phòng khảo nghiệm chi tiết động  Phòng khảo nghiệm hệ thống nhiên liệu  Phòng khảo nghiệm động  Phòng khảo nghiệm chi tiết động cơ: nơi tiến hành nghiên cứu chi tiết (hoặc cụm chi tiết) riêng lẻ động chuẩn bị chúng để nghiên cứu phòng khảo nghiệm Nội dung nghiên cứu bao gồm : “ thí nghiệm sức bền, tuổi bền chi tiết tr n thiết bị giá tải, kiểm tra kích thước, độ ê cứng,.v.v chi tiết so với thiết kế, phòng khảo nghiệm chi tiết động nơi đánh giá tình trạng chi tiết tháo từ động nghiên cứu phòng khảo nghiệm sau thử nghiệm thực tế Phòng khảo nghiệm động trang bị thiết bị chuyên dùng để khảo nghiệm : “ bơm dầu bôi trơn, bơm nước làm mát, thiết bị cân trục khuỷu.v.v… Để thực đầy đủ nội dung nghiên cứu, phòng khảo nghiệm chi tiết động phải vận dụng trang thiết bị phịng thí nghiệm khác như: “vật liệu học, sức bền vật liệu”  Công việc nghiên cứu phận hệ thống nhiên liệu: vịi phun, bơm cao áp, chế hồ khí, điều tốc… thực phịng thí nghiệm Phòng khảo nghiệm hệ thống nhiên liệu trang bị thiết bị sau:  Bàn khảo nghiệm bơm cao áp -5-  Thiết bị khảo nghiệm chế hồ khí  Các loại lưu lượng kế dùng để đo lưu lượng nhiên liệu không khí  Phịng khảo nghiệm động cơ: phận quan trọng xưởng khảo nghiệm động Nơi thực khảo nghiệm động hoàn chỉnh, làm việc chế độ tải tốc độ quay khác Có thể phịng khảo nghiệm động có nội dung nghiên cứu sau:  Xây dựng đường đặc tính động  Xác định thành phần khí thải  Nghiên cứu tính khởi động động  Xác định hệ số nạp hiệu suất động  Nghiên cứu độ ổn định chu trình cơng tác 1.1.3.2 Tổng qt phịng khảo nghiệm động đốt Một phòng khảo nghiệm động bao gồm thành phần sau:  Động khảo nghiệm  Phanh động (phụ tải)  Các hệ thống phục vụ động phanh làm việc như:  Hệ thống nhiên liệu  Dầu bôi trơn  Nước làm mát  Truyền động  Khởi động  Hệ thống điện  Hệ thống thơng gió  Những thiết bị dụng cụ đo 1.1.3.3 Các loại phanh động Để khảo nghiệm động bệ thử cần phải trang bị thiết bị gây tải tiêu thụ công suất động sinh Thiết bị gây tải cho động thường gọi phanh động cơ, nhiệm vụ phanh tạo momen hãm gây tải cho động -6- cho phép đo momen quay động cơ, cơng suất động từ ta tính thơng số khác có liên quan Tuỳ theo mức độ thuận lợi loại phanh mà ta sử dụng loại phanh sau :  Phanh học  Phanh khơng khí  Phanh điện  Phanh thuỷ lực  Phanh tổng hợp Phanh động dùng khảo nghiệm động đốt phải thoả mãn yêu cầu sau:  Sai số cho phép 1,5% theo TCVN_1684_75  Thiết bị phanh có khả phanh động phạm vi tải trọng tốc độ quay tương đối rộng  Quá trình phanh phải ổn định  Đảm bảo trì chế độ, tốc độ cho trước trường hợp có thay đổi tải trọng không lớn thời gian ngắn  Bảo đảm đo số vong quay momen xác  Có thể chạy rà động  Sử dụng lượng động phát q trình phanh  Có khả điều khiển từ xa 1.1.3.4 Dụng cụ, thiết bị thơng số cần đo thí nghiệm Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm Tất dụng cụ thiết bị dùng thí nghiệm phải đáp ứng yêu cầu cho kiểm tra định kỳ theo thủ tục quy định Các dụng cụ thiết bị dùng để thử nghiệm phục vụ cho đề tài em trình bày chi tiết chương 2 Các thơng số cần đo thí nghiệm  Công suất : Phải đo phanh thuỷ lực phanh điện -7-  Mô men : Phải đo phanh thuỷ lực, phanh điện xoắn kế Hay tính tốn cơng thức theo cơng suất  Số vịng phút : Phải đo máy đo máy phát đo tốc độ có ghi kết hình huỳnh quang máy phát sóng ơxilơgrap  Áp suất giảm áp suất : Áp suất cực đại chu trình giảm áp suất phải đo áp kế cơ, áp kế điện khí, áp kế điện hay áp kế cao áp Áp suất thị trung bình phải xác định theo biểu đồ áp kế Áp suất khơng khí nạp vào áp suất khí thải đo trực tiếp áp kế, hay áp kế lị xo, áp kế chân khơng cấp xác 2,5 trở lên Áp suất khí đo nhiệt kế  Nhiệt độ : Nhiệt độ khí thải ống xả nhiệt độ khí thải trước sau tuabin (đối với động diesel tăng áp) phải đo cặp nhiệt kế đồng với milivơn kế với cấp xác 2,5 trở lên, hay nhiệt kế thủy ngân cấp xác 2,5 trở lên Nhiệt độ hệ thống làm mát dầu đo đồng hồ nhiệt cấp xác 2,5 trở lên hay nhiệt kế thuỷ ngân, nhiệt kế điện trở có cấp xác  Lượng tiêu hao nhiên liệu : Tiêu hao nhiên liệu xác định phương pháp cân thể tích với sai số cho phép ±0,5% Tiêu hao dầu nhờn xác định phương pháp cân thể tích Sai số đo cho phép ±0,5% , động diesel có lượng tiêu hao dầu đến 5kg/h cho sai số đo ±10% Lượng nước qua động diesel xác định nhờ lưu lượng kế ống thắt tiêu chuẩn  Độ ẩm : Để đo độ ẩm tương đối khơng khí phải sử dụng ẩm kế -8- 1.1.3.5 Chuẩn bị cho khảo nghiệm động Động diesel khảo nghiệm phải qua q trình chạy rà, điều chỉnh chúng phải có chứng từ phù hợp Thiết bị thí nghiệm để làm bệ thử thí nghiệm khơng thay đổi đặc tính riêng suốt q trình khảo nghiệm Vị trí đo nhiệt độ ống xả chung diesel không tăng áp tăng áp khí, quy định khoảng cách khơng nhỏ lần đường kính ống xả kể từ chỗ nối mặt bích ống xả, cịn nhiệt độ ống xả xylanh đo vị trí mà thiết kế cho phép, độ sâu đặt dụng dụng cụ đo phải từ 2/3 đến 3/4 đường kính ống xả Những dụng cụ đo nhiệt độ độ ẩm khơng khí mơi trường phải bố trí cách xa miệng ống nạp với khoảng cách 1, m bảo vệ tránh luồng khơng khí xạ nhiệt Ống thu để đo tiếng ồn động đặt cách bề mặt động 0,5m mặt phẳng ngang nơi phát tiếng động cực đại nơi trung tâm trường âm đều, không thấp 1m so với nhà Số lượng vị trí đo, quy định phù hợp với kiểu loại kích thước động số lượng điểm đo không nhỏ 1.1.3.6 Tiến hành khảo nghiệm động  Tiến hành khảo nghiệm bao gồm :  Thử tính chất khởi động  Thử chế độ làm việc  Kiểm tra hệ thống số vòng quay  Kiểm tra hệ thống điều chỉnh nhiệt độ  Kiểm tra hệ thống điều khiển tự động  Kiểm tra hệ thống tín hiệu an tồn  Kiểm tra đảo chiều  Tháo động đo đạc chi tiết  Kiểm tra làm việc động sau lắp ráp xem xét -9-  Thử động điesel với hệ thống điều khiển tự động từ xa cụm diesel máy phát điện với hệ thống điều khiển tự độngphải tiến hành trình làm việc hệ thống điều khiển tự động điều chỉnh  Đo áp suất nén (để so sánh xilanh) cần tiến hành động làm việc phụ tải lớn ( trừ trường hợp tải động diesel), cắt nhiên liệu xilanh hay trường hợp chạy khơng tải, hay số vịng quay nhỏ có phụ tải  Trên biểu đồ thị diesel phải rõ thời gian đo, số thứ tự xilanh, tỷ lệ lò xo, phụ tải, số vòng quay phụ tải  Thử tính chất khởi động phải tiến hành trạng thái lạnh diesel, nghĩa nhiệt độ dầu, nước nhiệt độ môi trường không thấp oC  Thử diesel dùng để chạy máy phát điện phải tiến hành điều chỉnh chỉnh vị trí chuẩn  Kiểm tra hệ thống điều chỉnh số vòng quay phải tiến hành phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn hay điều kiện kỹ thuật xét duyệt theo thủ tục quy định  Thử hệ thống tự động cụm diesel máy phát điện phải tiến hành với khối lượng tương ứng với mức tự động hoá lựa chọn  Đo mức độ chung âm ghi lại thành phần quang phổ phải tiến hành động làm việc chế độ định mức với thiết bị hệ thống giảm âm đường vào đường ra, phận làm khơng khí đường ống khí thải  Nếu thời gian thử lâu áp suất khí độ ẩm tương đối sau phải đo lại  Các thông số chế độ làm việc phải ghi lại trạng thái nhiệt ổn định diesel  Khi bắt buộc phải ngừng thử, vấn đề tiếp tục thử định tuỳ theo nguyên nhân khảo nghiệm động 64 2.5.4.3 Xử lý số liệu thực nghiệm có tải Lưu đồ thuật tốn Tiến hành xử lý kết thực nghiệm theo phương pháp BPNN sơ đồ sau: Nhập số liệu thực nghiệm xi ; yir (i =  6; r =  2) Xác định hàm hồi quy ˆ ˆ thực nghiệm: y  a x aˆ Kiểm định ˆ ˆ tham số a , a Không đạt Xác định khoảng sai lệch ˆ ˆ a0 , a Kiểm định ˆ tương hợp y với mức ý nghĩa  Xác định khoảng sai lệch ˆ yi Không đạt 65 Xử lý số liệu thực nghiệm động có tải sử dụng dầu Diesel Theo kết ( Bảng 2-13) ta lập bảng sau: n x y1 y2 y x2 xy 1,5272 0,8030 0,8113 0,8072 2,3322 1,2328 2,2908 0,9377 0,9211 0,9295 5,2475 2,1291 3,3598 1,1686 1,1954 1,182 11,2880 3,9714 4,2761 1,3159 1,35 1,333 18,2847 5,6999 5,9560 1,7595 1,8 1,7798 35,4733 10,6 6,7195 2,3373 2,2695 2,3034 45,1521 15,478 24,1292 8,3349 117,7780 39,112  i 1 Trong đó: _ x: cơng suất có ích động ( biến điều khiển) _ yir: lượng tiêu hao nhiên liệu giờ, với r =  ( r: số lần đo) _ y i: lượng tiêu hao nhiên liệu trung bình (biến bị điều khiển) Bài giải: Phương trình hồi quy lý thuyết dạng: ~  a x a y (2.37) Để giải toán này, ta đưa hàm phi tuyến dạng tuyến tính Lấy logarit số 10 vế(2.37) ta có: lg ~  lg a  a1 lg x y (2.38) Đặt: Y = lg ~ ; A = lg a ; X = lg x y (2.39) ~ Ta hàm tuyến tính mới: Y  A  a1 X (2.40) Ta tìm tham số A, a1, sau đổi(2.40) theo hàm ban đầu ~  10 A.x a tính y tốn phần trước Áp dụng cơng thức ta tính được: A = - 0,2194; a1 = 0,6371; a0 = 10 0, 256 =0,5548 ˆ Suy ra: y = 0,6371.x0,5548 66 Từ bảng trên, ta có ma trận: 1 1  1 X=  1 1  1   1,5272 2,2908  3,3598 ; Y = 4,2761 5,9560  6,7195  1 0,8072 0,9295    1,182   ; 1,333   1,7798   2,3034   1  XT =  ; 1,5272 2,2908 3,3598 4,2761 5,9560 6,7195  24,1292  XTX =   24,1292 117,7780  0,9464 Tính ma trận: (XT.X)-1 =   0,1939   0,1939 ; 0,0482   ˆ Kiểm định hệ số a j : Tính ma trận: 0,7902 1,0231   1,3058 ˆ ˆ Y   ; (Y – Y ) = 1,5227  1,8806   2,0308    0.1021  - 0.0474   - 0.1457  ; - 0.1429 - 0.0379    0.3602    ˆ (Y – Y )T = 0.1021 - 0.0474 - 0.1457 - 0.1429 - 0.0379 0.3602 ˆ T ˆ ˆ S a  = (Y – Y ) (Y – Y ) = 0,1855 Ta có: n = 6; m = 1;   0,05  t (4;0,975)  2,776 ( [12] – bảng trang 134); m00 = 0,9464; m 11 = 0,0482 Tính: Sdu  ˆ S a  0,1291 =  0,0322 n  m 1  ˆ Kiểm định a :  ˆ Kiểm định a1 : 0,5548 0,0322.0,9464 0.6722 0,0322.0,0482 ˆ  3,174  2,776 , a tồn ˆ  17,039  2,776 , a1 tồn 67  ˆ Tính khoảng sai lệch a j : ˆ a j  S du m jj t (n  m  1;1    ˆ )  a j  a j  S du m jj t (n  m  1;1  ) 2 ˆ Khoảng sai lệch a0 :  0.5548  2,776 0,0322.0,9464  a  0,5548  2,776 0,0322.0,9464  0,0695  a  1,0399  ˆ Khoảng sai lệch a1 :Tương tự trên:  ˆ Kiểm định tương hợp hàm hồi quy: y = 0,6371.x0,5548 0,5629  a1  0,7817 Ta có: n = 6; r = 2;   0,05  F (5;1;0,95)  230,2 ( [12]- bảng 7-2 trang 138) Tính: S ts   ( yi  y i ) n.(r  1) i 1 Tính: (y i S ts  0,0042  0,0007  y i )  0,0042  i 1 Ft  0,0322  45,874 0,0007 Ta thấy Ft < F(5; 1; 0,95): Vậy hàm hồi quy tương hợp với thực nghiệm  Tính khoảng sai lệch yi : ˆ yi  S du u ii t (n  m  1;1  Trong đó:   ˆ )  yi  yi  S du u ii t ( n  m  1;1  ) 2 n = 6; m = 1;   0,05  t (4;0,975)  2,776 u ii số hạng thứ ii ma trận U Ma trận: U = [X.(XT.X)-1].[XT] = (u ij)nxn Tính ma trận:  0,6503  0,1203  0,5023  0,0834    0,2950  0,0319 T -1 X.(X X) =  ; 0,0123   0,1173  0,2084 0,0933      0,3564 0,1301    68  0,4666 0,3748  0,3748 0,3111   0,2463 0,2219 U=   0,1361 0,1454 - 0,0660 0,0053  - 0,1578 - 0,0585  0,2463 0,1361 - 0,0660 - 0,1578 0,2219 0,1454 0,0052 - 0,0585  0,1878 0,1585 0,1049 0,0806   0,1585 0,1698 0,1904 0,1998  0,1049 0,1904 0,3471 0,4183   0,0806 0,1998 0,4183 0,5176   Kết quả: u 11 = 0,4666; u22 = 0,3111; u33 = 0,1878; u 44 = 0,1698; u55 = 0,3471; u66 = 0,5176;  Khoảng sai lệch y1 : 0.7374  2,776 0,0322.0,4666  y1  0.7374  2,776 0,0322.0,4666  0.3967  y1  1.0781  Tương tự ta có: 0.6903  y  1.2466 1.0367  y