THIẾT KẾ VÀ CẢI TIẾN BỘ ĐIỀU TỐC CHO

ĐỘNG CƠ DIESEL

DESIGNING AND IMPROVING THE GOVERNOR FOR DIESEL ENGINE

SVTH: LÊ QUANG THẮNG

Lớp 06C2, Khoa Cơ Khí, Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại

Học Đà Nẵng

GVHD: TS NGUYỄN XUÂN HÙNG

Hiệu Phó Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng

TÓM TẮT

Trên cơ sở sử dụng bộ truyền vít đai ốc, đề tài ứng dụng nguyên tắc sai số tốc độ quay tương

đối của trục vít và đai ốc để thiết kế nguyên lý hoạt động bộ điều tốc mới.

ABSTRACT

Based on using screw-bolt transmission screw-nut, the topic applies rotating speed error

principle relativistic of screw and nut to design new governor action principle.

1. Mở đầu

Bộ điều tốc có vai trò rất quan trọng đối với động cơ diesel, hệ thống các máy phát điện và

trong điều khiển đồng tốc cho nhiều động cơ, tự động điều chỉnh tốc độ quay theo thông số

được đặt trước. Dựa theo nguyên tắc hoạt động của phần tử cảm biến có điều tốc: cơ khí, thuỷ

lực, chân không, điện và điện tử. Nguyên lý cảm biến cơ khí là cân bằng lực ly tâm của quả

văng khi động cơ quay với lực đàn hồi của lò xo điều tốc, nguyên lý cảm biến chân không là

cân bằng lực do dòng khí đi qua van hút chân không tác động lên màng ép lò xo điều tốc,

nguyên lý cảm biến thuỷ lực là cân bằng lực do áp suất dầu sinh ra khi hoạt động với lực đàn

hồi của lò xo điều tốc, nguyên lý cảm biến điện là cân bằng lực từ do máy phát điện một chiều

cấp cho cuộn cảm khi động cơ hoạt động với lực đàn hồi của lò xo điều tốc. Cảm biến điện tử

thì hiện đại hơn các tín hiệu điện của các phần tử cảm biến tạo ra chuyển tới bộ điện tử trung

tâm ECU để phân tích theo chương trình có sẵn, kết quả tính được tạo thành các xung điều

khiển chuyển tới bộ phận chấp hành. Ta nhận thấy để thay đổi tốc độ đặt cho bốn loại điều tốc

trên cần thay đổi lực đàn hồi của lò xo điều tốc. Tốc độ đặt của các bộ điều tốc trên là tốc độ

ảo, đối với bộ điều tốc này tốc độ đặt là tốc độ thực vòng/s. Đó là điểm khác biệt của bộ điều

tốc đang nghiên cứu với các bộ điều tốc hiện có. Đây là bộ điều tốc kiểu cơ điện nguyên tắc

cảm ứng là so sánh tốc độ đặt và tốc độ thực.

2. Nội dung

2.1.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

2.1.1. Sơ đồ cấu tạo

Bộ phận chính của bộ điều tốc là phần tử cảm ứng gồm trục vít 4 và đai ốc 13, đai ốc 13 gia

công riêng và lắp chặt trong trục ống 14 nhờ chốt chống xoay 12, trục 14 nối đồng trục với

trục ống 16, trục 16 nối đồng trục với trục 21 để nhận mômen từ trục khuỷu của động cơ, trục

16 phay xuyên thủng dọc trục. Trục vít 4 tiện ren ở giữa hai đầu tiện trơn một đầu phay rãnh

then, được bạc 15 đỡ quay đầu bên phải, bạc 15 lắp chặt trong trục ống 16, bạc 6 đỡ trục vít

quay đầu bên trái, bạc 6 có lỗ để lắp then bằng 7 truyền mômen cho trục vít 4, bạc 6 được lắp

chặt trên trục ống 8, trục ống 8 nối đồng trục với trục ống 3, trục 3 nối đồng trục với trục 1 để

nhận mômen từ trục động cơ điện. Trục định tâm 17 lắp trơn với trục vít 4, trên trục 17 khoan

lỗ để lắp càng gạt 18, càng 18 có khoan lỗ hai đầu để lắp chốt thẻ giữ khỏi văng ra khi quay

sau khi đã lồng vòng đỡ 19, vòng đỡ 19 sau khi nhận chuyển động tịnh tiến từ trục vít 4 sẽ

truyền cho vòng trượt 20, vòng trượt 20 sẽ tác động vào phần tử chấp hành điều khiển cơ cấu

cấp nhiên liệu, lò xo 2 lắp lồng tự do ở trong trục ống 3 và 20, để tạo lực đàn hồi giúp vít tự

động ăn khớp với đai ốc khi khởi động bộ điều tốc hoặc quá tải (Hình 2.1). Hành trình tịnh

tiến của vít bằng chiều dài của ren trên vít cộng chiều dài của ren trên đai ốc. Vị trí max và

min của vít tương đương với vị trí max và min của bộ phận cấp nhiên liệu. Ren có hướng xoắn

phải chiều quay của hai trục trùng với hướng xoắn này, chiều từ trái qua phải là chiều tăng

nhiên liệu cấp cho động cơ, chiều từ phải sang trái là chiều giảm nhiên liệu cấp cho động cơ.

2.1.2. Nguyên tắc hoạt động

Khi máy hoạt động trục 21 quay theo trục khuỷu thông qua trục ống 14 và 16 đai ốc 13 sẽ

được kéo quay theo, vòng đỡ 19, trục định tâm 17, càng gạt 18 cũng sẽ quay cùng với trục ống

16. Cấp nguồn cho động cơ điện sẽ kéo trục 1 quay thông trục ống 8, trục ống 3, bạc 6 và mối

ghép then bằng 7 trục vít 4 sẽ được kéo quay theo. Khi tốc độ quay của đai ốc và trục vít đồng

bộ thì trục vít sẽ không chuyển động tương đối đối với đai ốc nên cơ cấp chấp hành không

điều chỉnh tốc độ thực cân bằng với tốc độ đặt. Nếu giảm tải động cơ tăng tốc tốc độ trục

khuỷu tăng sẽ kéo tốc độ đai ốc tăng trong khi tốc độ trục vít không đổi, tốc độ đai ốc nhanh

hơn, ren của vít và đai ốc là ren phải chiều quay cũng theo chiều xoắn này đai ốc cố định theo

phương dọc trục buộc trục vít phải tịnh tiến sang trái lò xo đàn hồi lắp trên bộ phận chấp hành

sẽ tự đẩy vòng trượt 19 trục định tâm 17 luôi lại theo chiều giảm nhiên liệu (đai ốc quay vít

tịnh tiến). Nếu động cơ tăng tải diễn biến sẽ ngược với trên, nghĩa là tốc độ động cơ giảm dẫn

đến tốc độ đai ốc giảm trong khi tốc độ trục vít không đổi, tốc độ vít nhanh hơn vít sẽ dịch

chuyển sang phải tác động vào trục định tâm 17 đẩy vòng trượt 20 dịch chuyển tác động vào

cơ cấu chấp hành tăng nhiên liệu (vít vừa quay vừa tịnh tiến). Như vậy khi tốc độ trục kéo vít

nhanh hơn tốc độ trục kéo đai ốc thì vít sẽ vừa quay vừa tịnh tiến theo chiều từ trái sang phải.

Còn nếu tốc độ trục kéo đai ốc nhanh hơn tốc độ trục vít thì vít sẽ tịnh tiến theo chiều từ phải

sang trái.

2.1.3. Đặc điểm điều khiển

Ta nhận thấy rằng khi điều chỉnh vị trí max và min của vít trùng với vị trí max và min của van

nhiên liệu, quãng đường di chuyển không đổi, điều ta mong muốn là giảm thời gian điều chỉnh

để nhanh chóng cân bằng tốc độ t=s/v, s=const nên phải tăng v, v lớn hay nhỏ phụ thuộc vào

sai số tốc độ Δn giữa hai động cơ và bước ren p. Khi ta tăng tỷ số truyền thì Δn tăng và v tăng.

Khi xảy ra sai số tốc độ thì giữa hai trục có sai số vận tốc góc ω rad/s tương đương với số

bước/s. Chiều dài đoạn tiện ren cố định ta muốn vận tốc tăng lên thì giảm số ren lại trong

quãng đường đó tức là phải tăng giá trị bưóc ren p. Khi ta tăng tốc độ và tăng giá trị bước ren

p lên thì thời gian điều chỉnh nhanh, điều này phụ thuộc vào đặc tính kỷ thuật của động cơ.

Giả sử tốc độ đặt 50 vòng/s số ren là 10 bước ren pr1, chiều dài đoạn tiện ren là (l), tốc độ

thực 49 vòng/s vít sẽ có vận tốc 1 vòng/s tương đương với 1 bước/s, nghĩa là trong 1 giây cơ

cấu chấp hành di chuyển một đoạn s = pr1(mm). Nếu tăng tốc độ lên gấp đôi và giảm số ren

xuống một nữa, tốc độ đặt là 100/vòng/s tốc độ thực 98 vòng/s số ren là 5, bước ren pr2 (pr2

=2pr1) chiều dài đoạn tiện ren vẫn là (l) vậy vít có tốc độ 2 vòng/s tương đương 2 bước/s

nghĩa là trong 1 giây cơ cấu chấp hành di chuyển một đoạn bằng 2pr2 hay 4pr1. So sánh ta

thấy tăng tỷ lệ truyền và tăng giá trị bước ren p lên thì thời gian điều chỉnh sẽ ngắn lại. Trong

bộ điều tốc trên ta nhận thấy để vít dịch chuyển được thì phải có sai số tốc độ Δn giữa hai trục,

khi đó vít sẽ có vận tốc (v), và đi được đoạn đường (s), s là một hàm theo thời gian s=s(t). Nên

bộ điều tốc này có vùng không nhậy bằng 0. Giả sử tốc độ đặt là 50 vòng/s tốc độ thực là 49,9

vòng/s sai số tốc độ là 0,1 vòng/s. Đối với các bộ điều tốc khác tốc độ 49,9 vòng/s nằm trong

vùng không nhậy nên không cảm ứng được và không điều chỉnh. Nhưng đối với bộ điều tố