MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.. viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU.. xi

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2. Mục tiêu của đề tài 1

1.3. Ý nghĩa của đề tài 1

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 2

1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu. 2

1.6. Các phương pháp nghiên cứu. 2

1.6.1. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn. 2

1.6.2. Phương pháp nghiên cứu tài liệu. 3

CHƯƠNG 2. KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.. 4

2.1. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. 4

2.1.1. Piston. 4

2.1.2. Thanh truyền. 6

2.1.3. Trục khuỷu. 7

2.2. Bộ phận cố định của động cơ. 9

2.2.1. Thân máy. 9

2.2.2. Nắp máy. 10

2.2.3. Bánh đà. 11

2.3. Cơ cấu phân phối khí 11

2.3.1. Nhiệm vụ. 11

2.3.2. Yêu cầu. 11

2.3.3. Phân loại 12

2.4. Hệ thống bôi trơn. 15

2.4.1. Nhiệm vụ. 15

2.4.2. Yêu cầu. 15

2.4.3. Các bộ phận chính của hệ thống bôi trơn. 15

2.4.4. Các phương pháp bôi trơn động cơ. 17

2.5. Hệ thống làm mát 19

2.5.1. Nhiệm vụ. 19

2.5.2. Yêu cầu. 19

2.5.3. Phân loại 19

2.6. Hệ thống cung cấp nhiên liệu. 21

2.6.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng. 21

2.6.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 23

2.7. Hệ thống khởi động. 28

2.7.1. Nhiệm vụ. 28

2.7.2. Yêu cầu. 28

2.7.3. Cấu tạo hệ thống khởi động bằng động cơ điện. 29

CHƯƠNG 3. QUY TRÌNH ĐẠI TU ĐỘNG CƠ MÁY ỦI CATERPILLAR D6R.. 30

3.1. Động cơ máy ủi CATERPILLAR D6R.. 30

3.1.1. Giới thiệu động cơ trên máy ủi CATERPILLAR D6R.. 30

3.1.2. Thông số kĩ thuật cơ bản của động cơ CATERPILLAR C9. 31

3.2. Quy trình vệ sinh động cơ. 31

3.2.1. Quy trình trước khi rửa. 31

3.2.2. Quy trình rửa động cơ. 31

3.3. Quy trình tháo rời các chi tiết của động cơ. 32

3.3.1. Quy trình tháo các hệ thống nhiên liệu kết nối với kim phun. 32

3.3.2. Quy trình tháo bơm kim phun. 32

3.3.3. Quy trình tháo giàn cò. 33

3.3.4. Quy trình tháo bưởng sau động cơ. 33

3.3.5. Quy trình tháo bưởng trước động cơ. 34

3.3.6. Quy trình tháo mặt máy. 34

3.3.7. Quy trình tháo piston, thanh truyền. 35

3.3.8. Quy trình tháo trục khuỷu. 36

3.4. Quy trình kiểm tra các chi tiết 37

3.4.1. Quy trình kiểm tra trục khuỷu. 37

3.4.2. Quy trình kiểm tra lốc máy. 39

3.4.3. Quy trình kiểm tra mặt máy. 40

3.4.4. Quy trình kiểm tra trục cam.. 43

3.4.5. Quy trình kiểm tra piston và thanh truyền. 45

3.4.6. Quy trình kiểm tra turbo. 48

3.5. Quy trình lắp ráp động cơ. 49

3.5.1. Quy trình lắp trục khuỷu. 49

3.5.2. Quy trình lắp piston và thanh truyền. 50

3.5.3. Quy trình lắp mặt máy. 51

3.5.4. Quy trình lắp bưởng trước động cơ. 52

3.5.5. Quy trình lắp bưởng sau động cơ. 53

3.5.6. Quy trình lắp giàn cò. 54

3.6. Chạy rà và test thông số. 55

3.6.1. Quy trình nổ thử máy. 55

3.6.2. Thiết kế quy trình chạy rà động cơ CATERPILLAR C9. 56

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PISTON TRÊN ĐỘNG CƠ MÁY ỦI CATERPILLAR D6R   59

4.1. Piston. 59

4.1.1. Nhiệm vụ. 59

4.1.2. Điều kiện làm việc. 59

4.1.3. Vật liệu chế tạo piston. 59

4.1.4. Kết cấu của pitston. 60

4.2. Chốt piston. 63

4.2.1. Nhiệm vụ. 63

4.2.2. Điều kiện làm việc. 63

4.2.3. Vật liệu chế tạo. 63

4.2.4. Kết cấu và các kiểu lắp ghép chốt piston. 63

4.3. Xéc măng. 65

4.3.1. Nhiệm vụ. 65

4.3.2. Điều kiện làm việc của xéc măng. 65

4.3.3. Vật liệu và công nghệ chế tạo phôi xéc măng. 65

4.3.4. Kết cấu của xéc măng. 65

4.4. Thông số ban dầu, thông số chọn của piston. 68

4.4.1. Các thông số ban đầu. 68

4.4.2. Xác định các kích thước cơ bản của piston, chốt piston và xéc măng. 69

4.4.3. Các thông số chọn cơ bản của piston, chốt piston, xéc măng. 71

4.5. Ứng dụng phần mềm solidworks vào thiết kế piston. 72

4.5.1. Giới thiệu phần mềm solidworks. 72

4.5.2. Thiết kế piston bằng phần mềm solidworks. 73

KẾT LUẬN.. 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 76

LỜI NÓI ĐẦU

Máy xây dựng bao gồm tất cả các loại máy, thiết bị dùng để thực hiện các công việc xây dựng thay thế sức người. Trong xây dựng công trình nói chung và xây dựng thủy lợi, thủy điện nói riêng, lao động thủ công không thể đáp ứng được các yêu cầu về quy mô, khối lượng công việc và tiến độ cũng như kỹ thuật thi công, vì vậy công tác cơ giới hóa xây dựng ngày càng trở nên quan trọng. Ngày nay, để hội nhập với nền kinh tế khu vực và thế giới thì công nghiệp hóa, hiện đại hóa không những là một chủ trương của Đảng và Nhà nước mà còn là một xu thế phát triển tất yếu. Hiện nay ở các nước phát triển, máy xây dựng thường xuyên được cải tiến, hoàn thiện và đáp ứng được các đòi hỏi khó khăn nhằm đảm bảo hiệu quả và chất lượng kỹ thuật xây dựng tiên tiến. Ở nước ta, cho đến nay, đa số các loại máy xây dựng đều được nhập khẩu từ nước ngoài, trong đó có rất nhiều loại máy xây dựng hiện đại. Do vậy các cán bộ kỹ thuật cần nghiên cứu tìm hiểu, nắm bắt sự thay đổi thường xuyên về máy xây dựng để khai thác có hiệu quả, đáp ứng các quy trình công nghệ xây dựng tiên tiến, nâng cao chất lượng công trình, giảm giá thành xây lắp. Một trong những công tác đó là lập quy trình chẩn đoán, kiểm tra, sửa chữa khi máy gặp các vấn đề hư hỏng cũng như kiểm nghiệm bền một số chi tiết có điều kiện làm việc phức tạp và khắc nghiệt.

Sau 4 năm học tập và rèn luyện tại trường em đã được khoa tin tưởng giao cho để tài: “Tìm hiểu các hệ thống, xây dựng quy trình đại tu động cơ máy ủi CATERPILLAR D6R và tính toán, thiết kế piston”. Với sự cố gắng của bản thân và dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy: TS………………cùng với sự giúp đỡ của các thầy trong Khoa Cơ khí, em đã hoàn thành đề tài đáp ứng được yêu cầu đưa ra. Tuy nhiên trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, với khả năng và trình độ còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy em rất mong sự góp ý của các thầy trong khoa để đề tài được hoàn thiện hơn nữa.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong khoa, đặc biệt là thầy: TS……………… đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn chúng em để đề tài được hoàn thành.

                                                                               Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                            Sinh viên thực hiện

                                                                           ………………..

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong cuộc sống phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, việc tiếp cận với những công nghệ tiên tiến trên thế giới càng trở lên dễ dàng hơn. Để có thể nắm bắt được công nghệ tiên tiến này đòi hỏi học sinh, sinh viên và người kỹ thuật viên phải có trình độ hiểu biết sâu sắc. Từ đó có thể chẩn đoán hư hỏng và đề ra phương án khắc phục tối ưu khi có hư hỏng xảy ra.

Tại trường Đại học Thủy lợi các trang thiết bị về hệ thống động cơ có thể đáp ứng cho nhu cầu của học sinh sinh viên về cách quan sát, tìm hiểu kết cấu và thực hiện quy trình tháo lắp nhưng vẫn chưa có sự đánh giá và có cái nhìn tổng quan nhất về hệ thống nào, việc nghiên cứu về động cơ còn chưa đủ. Những mô hình và hệ thống bài tập tư liệu nghiên cứu, tài liệu tham khảo, các bài tập thực hành về tháo lắp động cơ phục vụ cho học tập và nghiên cứu cũng như ứng dụng trong thực tế chưa nhiều.

Chính vì vậy việc thực hiện đề tài: “Tìm hiểu các hệ thống, xây dựng quy trình đại tu động cơ máy ủi CATERPILLAR D6R và tính toán, thiết kế piston” là cần thiết.

1.2. Mục tiêu của đề tài

Hiểu rõ kết cấu, nắm vững được cấu tạo, mối tương quan lắp ghép của các chi tiết, cụm chi tiết của động cơ, nêu được nguyên lý hoạt động của động cơ.

Hiểu và phân tích các hư hỏng, những nguyên nhân, tác hại và sửa chữa các chi tiết trong động cơ máy ủi CATERPILLAR D6R. Thực hiện tháo lắp đúng quy trình và kiểm tra sửa chữa các chi tiết trong hệ thống.

Xây dựng được quy trình đại tu động cơ.

Tính toán, thiết kế được piston.

1.3. Ý nghĩa của đề tài

Đề tài góp phần củng cố và nâng cao kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức ngoài thực tế của sinh viên, học sinh, những kỹ thuật viên và những người quan tâm đến động cơ CATERPILLAR kiểu C9 nói riêng và động cơ máy xây dựng nói chung. Đề tài giúp cho sinh viên biết cách tìm hiểu và tổng hợp tài liệu, giúp cho sinh viên có ý thức tự học tập, tự nghiên cứu về lĩnh vực chuyên ngành.

1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu

Phân tích đặc điểm, kết cấu, nguyên lý làm việc của các hệ thống trong động cơ máy ủi CATERPILAR D6R.

Tổng hợp các phương pháp kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa.

Xây dựng quy trình kiểm tra đại tu động cơ máy ủi CATERPILLAR D6R.

Nghiên cứu quy trình nổ thử máy và test các thông số.

1.6. Các phương pháp nghiên cứu

1.6.1. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

1.6.1.1. Khái niệm

Là phương pháp trực tiếp tác động vào đối tượng trong thực tiễn làm bộc lộ bản chất và các quy luật vận động của đối tượng.

1.6.1.2. Các bước thực hiện

Bước 1: Quan sát, tìm hiểu các thông số kết cấu của động cơ.

Bước 2: Xây dựng tiến độ thực hiện đồ án.

Bước 3: Lập phương án kiểm tra chẩn đoán hư hỏng của động cơ.

Bước 4: Từ kết quả kiểm tra, lập phương án bảo dưỡng, sửa chữa, khắc phục hư hỏng.

1.6.2. Phương pháp nghiên cứu tài liệu

1.6.2.1. Khái niệm

Là phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin khoa học trên cơ sở nghiên cứu các văn bản, tài liệu đã có sẵn bằng các thao tác tư duy logic để rút ra kết luận khoa học cần thiết.

1.6.2.2. Các bước thực hiện

Bước 1: Thu thập, tìm tòi các tài liệu về hệ thống động cơ.

Bước 2: Sắp xếp các tài liệu khoa học thành một hệ thống chặt chẽ theo từng bước, từng đơn vị kiến thức, tư vấn đề tài khoa học có cơ sở và bản chất nhất định.

Bước 4: Tổng hợp kết quả thu được, hệ thống hóa các kiến thức liên quan (liên kết từng mặt, từng bộ phận thông tin đã được phân tích) tạo ra một hệ thống lý thuyết đầy đủ và sâu sắc.

CHƯƠNG 2. KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

2.1.1. Piston

2.1.1.1. Nhiệm vụ

Nhiệm vụ chủ yếu của piston là cùng với các chi tiết khác như xi lanh, nắp xi lanh bao kín tạo thành buồng đốt, đồng thời truyền lực khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí. Ngoài ra ở một số động cơ 2 kỳ, piston còn có nhiệm vụ đóng mở cửa nạp và thải của cơ cấu phối khí.

2.1.1.2. Cấu tạo

a. Đỉnh piston: Công dụng cùng với xilanh, nắp xilanh tạo thành buồng cháy.

b. Thân piston

Tác dụng của thân piston là dẫn hướng cho piston chuyển động tịnh tiến theo phương đường tâm xylanh và chịu lực ngang N. Khi thiết kế phần thân piston thường phải giải quyết những vấn đề sau:

- Chiều dài của thân piston

- Chiều dài của thân piston được quyết định bởi điều kiện áp suất tiếp xúc, do lực ngang N gây ra, phải nhỏ hơn áp suất tiếp xúc cho phép.

- Vị trí của lỗ bệ chốt.

d. Xéc măng

Duy trì nén khí giữa piston và thành xy lanh.

Tạo màng dầu bôi trơn tối thiểu cần thiết để ngăn ngừa trầy xước.

Truyền nhiệt từ piston đến xy lanh.

Ngăn không cho piston gõ vào thành xy lanh.

2.1.2. Thanh truyền

2.1.2.1. Nhiệm vụ

Thanh truyền là chi tiết nối giữa chốt piston và trục khuỷu. Nó có nhiệm vụ truyền lực tác dụng từ chốt piston xuống làm quay trục khuỷu và truyền lực từ trục khuỷu lên chốt piston trong quá trình nạp, nén, xả. Đồng thời biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.

2.1.2.2. Cấu tạo

Đầu nhỏ thanh truyền: được lắp với chốt piston bên trong có bạc lót, phía trên có lỗ dầu bôi trơn cho bạc, bạc lót được ghép chặt vào đầu nhỏ thanh truyền.

Thân thanh truyền được nối đầu nhỏ với đầu to.

Đầu to thanh truyền: được nối với cổ trục khuỷu gồm 2 nửa, nửa trên liền với thanh truyền, nửa dưới chế tạo rời ghép với nhau bằng bulong thanh truyền.

2.1.3. Trục khuỷu

2.1.3.1. Nhiệm vụ

Nhận lực từ thanh truyền tạo ra momen quay để kéo máy công tác, nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho piston để thực hiện các quá trình hút, nén và xả. Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính và lực quán tính ly tâm.

2.1.3.2. Cấu tạo

Cổ biên và cổ trục khuỷu được gia công tăng cứng để làm cho nó cứng chắc và chịu được mài mòn.

Lắp đối trọng lên để làm cân bằng chuyển động quay của trục khuỷu.

Cổ biên và cổ trục khuỷu có một lỗ dầu. Dầu từ thân máy chảy vào lỗ dầu của cổ trục khuỷu và chảy qua cổ biên.

2.1.3.4. Yêu cầu

Độ bền cao, cứng vững lớn, trọng lượng nhỏ.

Độ bóng bề mặt lớn, độ chính xác gia công cao.

Đảm bảo độ cân bằng, cả cân bằng tĩnh và cân bằng động.

2.2. Bộ phận cố định của động cơ

2.2.1. Thân máy

2.2.1.1. Nhiệm vụ

Là nơi gá lắp các chi tiết của động cơ, thân máy có bố trí xy lanh, hộp trục khuỷu, các bộ phận dẫn động trục cam, bơm dầu, bơm nhiên liệu, quạt gió,…

Lấy nhiệt từ thành vách xy lanh tỏa ra môi trường xung quanh làm mát cho động cơ trong quá trình làm việc.

2.2.1.2. Yêu cầu

Chịu nhiệt độ cao trong quá trình làm việc.

Trong động cơ đốt trong thân máy là nơi có các kích thước và khối lượng chiếm từ 30-60% trọng lượng của động cơ. Trong quá trình làm việc thân máy chịu lực khí thể rất lớn và trọng lượng các chi tiết gá lên thân máy.

2.2.2. Nắp máy

2.2.2.1. Nhiệm vụ

Nắp máy đậy kín một đầu xy lanh, cùng với piston và xy lanh tạo thành buồng cháy.

Làm giá đỡ cho một số bộ phận của động cơ như: Buzi, vòi phun, cụm xupap, cơ cấu phối khí.

Nắp máy còn bố trí các đường nạp, đường thải, đường nước làm mát.

2.2.2.2. Yêu cầu

Chịu nhiệt độ cao, áp suất khí thể lớn.

Không bị ăn mòn hóa học bởi các chất ăn mòn trong sản vật cháy hay nước làm mát.

Chịu lực xiết ban đầu của bu lông, chịu va đập trong quá trình làm việc.

2.2.3. Bánh đà

2.2.3.1. Nhiệm vụ

Bánh đà của động cơ đốt trong có vai trò giữ cho độ không đồng đều của động cơ nằm trong giới hạn cho phép, ngoài ra bánh đà còn là nơi lắp các chi tiết của cơ cấu khởi động như vành răng khởi động và là nơi đánh dấu tương ứng với điểm chế và khắc vạch chia độ góc quay của trục khuỷu.

2.2.3.2. Vật liệu chế tạo

Bánh đà động cơ tốc độ thấp thường là gang xám, còn riêng của động cơ tốc độ cao thường dùng thép ít cacbon.

2.3. Cơ cấu phân phối khí

2.3.1. Nhiệm vụ

Đóng mở các cửa nạp thải đúng lúc để động cơ thực hiện quá trình nạp khí mới vào xy lanh và thải khí đã cháy trong xy lanh ra ngoài.

Các bộ phận trong động cơ làm việc cùng nhau sẽ tạo ra các hệ thống. Trong số đó có hệ thống phân phối khí, bao gồm xu pắp và và trục cam. Trục cam giúp các van xu páp đóng mở đều đặn. Thông thường, động cơ sử dụng trục cam trên capo máy. Ngoài ra, trong hệ thống sẽ có những thanh nối để truyền lực nâng của mấu cam đến xu páp nhờ vào cơ chế đòn bẩy.

2.3.3. Phân loại

Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt.

Cơ cấu phân phối khí dùng xupap.

2.3.3.1. Cơ cấu phân phối khí dùng xupap

Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo:

- Xupap đóng mở được dẫn động bằng một cam, con đội, đũa đẩy, cò mổ, lò xo xupap.

- Trục cam được dẫn động nhờ trục khuỷu, nhờ cặp bánh rang phân phối.

Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt:

- Mỗi xupap được dẫn động bằng một cam, con đội, lò xo xupap.

2.3.3.2. Một số cơ cấu phân phối khí thông minh hiện nay

Cơ cấu phân phối khí VVT - i của Toyota: Sử dụng áp suất thủy lực điều khiển bằng van điện tử để xoay trục cam nạp. Có thể xoay trục cam một góc 40 độ so với góc quay trục khuỷu để đạt thời điểm phối khí tối ưu dựa vào cảm biến và được điều khiển bằng ECU.

2.4. Hệ thống bôi trơn

2.4.1. Nhiệm vụ

Liên tục cung cấp dầu bôi trơn đến bề mặt ma sát của các chi tiết để giảm tiêu hao năng lượng do ma sát, chống mài mòn do cơ học và do hóa học, làm nguội bề mặt ma sát, tăng cường sự kín khít của khe hở.

2.4.2. Yêu cầu

Lựa chọn được phương án bôi trơn cho các cụm chi tiết dựa vào tính năng: Tốc độ, công suất, mức phụ tải tác dụng lên ổ trục, công dụng của động cơ.

Dầu nhờn dùng cho động cơ cần phải bám chắc vào bề mặt các chi tiết, chống han gỉ, hút nhiệt, mang mùn kim loại.

Dầu dùng để làm mát động cơ cần có những yêu cầu nhất định về hàm lượng lưu huỳnh, nước và tạp chất.

2.4.4. Các phương pháp bôi trơn động cơ

2.4.4.1. Bôi trơn vung té

Khi động cơ làm việc, các chi tiết như trục khuỷu, thanh truyền, bánh răng sẽ vung té dầu lên bề mặt làm việc của các chi tiết cần bôi trơn như xi lanh, các te, các cam. Ngoài ra, một phần dầu vung té dạng sương mù sẽ rơi vào các kết cấu hứng dầu của các chi tiết khác cần bôi trơn, như đầu nhỏ thanh truyền. Phương án bôi trơn này đơn giản, nhưng khó đảm bảo đủ dầu bôi trơn cho các cổ trục. Vì vậy phương pháp này chỉ sử dụng ở động cơ có công suất nhỏ như động cơ xe máy, thuyền máy, bơm nước.

2.4.4.2. Bôi trơn cưỡng bức

Trong hệ thống này dùng bơm dầu để đưa dầu đến các bề mặt làm việc có ma sát. Dầu bôi trơn luôn luôn lưu động tuần hoàn và có một áp suất nhất định, thường khoảng 0, 1 - 0,04MN/m2.

Hệ thống bôi trơn cưỡng bức có cấu tạo phức tạp, nhưng có ưu điểm là điều chỉnh được lượng dầu, tẩy rửa sạch bề mặt ma sát và hiệu quả bôi trơn tốt.

2.4.4.3. Hệ thống bôi trơn hỗn hợp

Hầu hết các động cơ dùng trên ôtô đều sử dụng hệ thống bôi trơn hỗn hợp gồm bôi trơn cưỡng bức và bôi trơn theo các te dầu. Các chi tiết quan trọng chịu tải trọng lớn như bạc cổ trục chính và bạc đầu to thanh truyền, các bạc trục cam, các bạc đòn mở của cơ cấu phân phối khí … 

2.5. Hệ thống làm mát

2.5.1. Nhiệm vụ

Giữ cho nhiệt độ các chi tiết trong động cơ không vượt quá giới hạn cho phép khi động cơ hoạt động.

Để giúp động cơ luôn được mát mẻ và hoạt động trơn tru cần một hệ thống làm mát chất lưọng.

2.5.2. Yêu cầu

Bảo đảm động cơ có nhiệu độ ổn định trong suốt quá trình làm việc.

Rút ngắn thời gian chạy ấm máy, nhanh chóng đưa động cơ đến nhiệt độ làm việc.

2.6. Hệ thống cung cấp nhiên liệu

2.6.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng

2.6.1.1. Nhiệm vụ

Hệ thống cung cấp của động cơ xăng có nhiệm vụ tạo thành hỗn hợp giữa hơi xăng và không khí với tỉ lệ thích hợp đưa vào trong xy lanh của động cơ và thải sản phẩm đã cháy ra ngoài, đảm bảo cung cấp đủ, kịp thời, đều đặn hỗn hợp cho động cơ làm việc tốt ở các chế độ tải trọng.

Thành phần của hỗn hợp cung cấp vào động cơ ngoài đảm bảo sự làm việc tối ưu của động cơ về công suất và tieu thụ nhiên liệu còn phải đảm bảo khí thải có thành phần độc hại thấp nhất.

2.6.1.2. Yêu cầu

Đảm bảo công suất động cơ.

Tiết kiệm nhiên liệu trong quá trình động cơ hoạt động.

Hạn chế ô nhiễm môi trường và tiếng ồn khi động cơ hoạt động.

2.6.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel

2.6.2.1. Nhiệm vụ

Cung cấp nhiên liệu cần thiết tuỳ theo chế độ làm việc của động cơ.
Cung cấp lượng nhiên liệu đồng đều cho các xi lanh động cơ đúng thời điểm và đúng thứ tự thì nổ.
Phun sương và phân tán đều hơi nhiên liệu vào buồng đốt.

2.6.2.2. Yêu cầu

Thùng nhiên liệu dự trữ phải đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong suốt thời gian quy định.

Các lọc phải sạch nước và tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu.

Các chi tiết phải chắc chắn, có độ chính xác cao, dễ chế tạo.

Dễ dàng trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.

2.6.2.4. Một số hệ thống cung cấp nhiên liệu điều khiển điện tử

a. Hệ thống nhiên liệu diesel điện tử loại bơm dãy (PE) điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều khiển ga điện tử.

Những cơ cấu chính như bơm PE thông thường chỉ khác các điểm sau:

- Bộ điều tốc ly tâm ở phía cuối trục cam được thay bằng cảm biến tốc độ động cơ.

- Cơ cấu điều khiển thanh răng loại cơ khí hoặc loại chân không được thay bằng cơ cấu điều ga điện từ nhận xung điều khiển từ ECU động cơ.

b. Hệ thống nhiên liệu diesel điện tử loại bơm chia (VE) điều khiển điện tử

Những cơ cấu chính giống như bơm VE cơ khí. Điểm khác biệt là thay bộ điều tốc cơ khí loại ly tâm và hệ đòn dẫn ga bằng cơ cấu điều ga điện từ. Cơ cấu này sẽ thực hiện việc dịch chỉnh quả ga trên piston để thay đổi lượng phun.

2.7. Hệ thống khởi động

2.7.1. Nhiệm vụ

Trên động cơ đốt trong cần có một hệ thống khởi động riêng biệt nhằm truyền cho trục khuỷu động cơ một momen với số vòng quay nhất định nào đó để có thể khởi động được động cơ. Cơ cấu khởi động chủ yếu hiện nay là khởi động bằng động cơ điện một chiều. Tốc độ khởi động của động cơ phải trên 100 vg/ph đối với động cơ diesel.

2.7.2. Yêu cầu

Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động cơ có thể nổ được.

Momen truyền động phải đủ để khởi động động cơ.

Phải bảo đảm khởi động lại được nhiều lần.

Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép.

Chiều dài, điện tở của dây dẫn nối từ ắc quy đến máy khởi động phải nằm trong giới hạn quy định, thông thường nhỏ hơn 1 mét.

CHƯƠNG 3. QUY TRÌNH ĐẠI TU ĐỘNG CƠ MÁY ỦI CATERPILLAR D6R

3.1. Động cơ máy ủi CATERPILLAR D6R

Động cơ được lắp trên máy ủi CATERPILLAR D6R là loại động cơ CATERPILLAR C9 do chính hãng thiết kế và sản suất.

3.2. Quy trình vệ sinh động cơ

3.2.1. Quy trình trước khi rửa

Tháo hộp đen, máy phát và đề.

Bọc và bịt các đường ống tránh cho nước lọt vào khi rửa động cơ.

3.2.2. Quy trình rửa động cơ

Dùng máy phun áp lực cao phun rửa động cơ cùng với hóa chất rửa động cơ để làm sạch bề mặt động cơ. Dùng chế độ nước nóng để rửa những khu vực khó làm sạch.

Quy trình rửa phải tuân thủ quy trình rửa các bộ phận và các chi tiết trong quy chuẩn của xưởng.

Chuyển động cơ đã vệ sinh xong về vị chí chờ tháo rỡ.

3.3. Quy trình tháo rời các chi tiết của động cơ

3.3.1. Quy trình tháo các hệ thống nhiên liệu kết nối với kim phun

Tháo phích cắm phía sau đầu xi lanh. Để dầu động cơ chảy ra khỏi lỗ trên đầu xi lanh trước khi tháo kim phun.

Sử dụng tuốc nơ vít đầu dẹt nhỏ để ngắt cụm dây nịt (2) khỏi bộ phận kim phun (1).

Tháo bu lông đầu ổ cắm (3).

Điều chỉnh và sử dụng dụng cụ để tháo bộ kim phun (1) khỏi đầu xi lanh.

3.3.4. Quy trình tháo bưởng sau động cơ

Tháo bu lông (1) và bộ phận giữ (4).

Gắn móc treo (A) và một thiết bị nâng phù hợp vào vỏ bánh đà. Trọng lượng của vỏ bánh đà xấp xỉ 113 kg (250 lb).

Tháo bu lông (2) và (3). Sử dụng thiết bị nâng phù hợp và móc treo (A) để tháo vỏ bánh đà ra.

3.3.6. Quy trình tháo mặt máy

Ngắt kết nối các cụm dây nịt (5), (6) và (7).

Ngắt cụm ống (8) khỏi bộ tăng áp.

Ngắt kết nối cụm ống (9).

Tháo bu lông (10).

3.3.8. Quy trình tháo trục khuỷu

Tháo tia làm mát piston (3).

Tháo nắp thanh truyền (1) và nắp ổ trục chính trục khuỷu (2).

Tháo các tấm đẩy ra khỏi khối xi lanh.

3.4. Quy trình kiểm tra các chi tiết

3.4.1. Quy trình kiểm tra trục khuỷu

Chuẩn bị trước khi kiểm tra:

- Lau chùi sạch sẽ cẩn thận từng bộ phận.

- Các bộ phận lắp ráp xếp gọn gàng không được nhầm lẫn.

Kiểm tra đường dầu có tắc, bẩn hay không:

- Dùng khí nén thổi vào đường dầu xem có bị tắc không.

Kiểm tra độ côn, độ ô van của cổ trục và cổ biên:

- Dùng Panme hoặc đồng hồ so để kiểm tra độ côn, độ ô van.

- Độ côn bằng hiệu hai đường kính vuông góc đo trong cùng một mặt phẳng.

- Độ ô van bằng hiệu hai đường kính đo ở hai vị trí trong cùng mặt phẳng dọc trục.

- Độ côn và độ ô van cho phép là: 0,03 mm.

- Mỗi cổ đo ở 3 vị trí cách má khuỷu (3 ÷ 8) mm.

3.4.2. Quy trình kiểm tra lốc máy

Kiểm tra các kích thước cơ bản trên lốc máy:

A: Khoảng cách từ đỉnh của khối hình trụ đến đỉnh của chốt bằng: 14,0 ± 0,5 mm.

D: Khoảng cách từ mặt sau của khối xi lanh đến đầu chốt bằng: 12,0 ± 0,5 mm.

E: Khoảng cách từ mặt trước của khối hình trụ đến phần cuối của chốt. 8,0 ± 0,5 mm.

F: Độ sâu lắp đặt của phích cắm cốc từ mặt khối đến mép trên của phích cắm bằng: 1,25 ± 0,25 mm.

G: Khoảng cách từ đường tâm của trục khuỷu đến bề mặt trên cùng của khối xi lanh bằng: 356,50 ± 0,15 mm.

3.4.4. Quy trình kiểm tra trục cam

Kiểm tra sơ bộ:

- Quan sát trên toàn bộ trục cam để phát hiện các vết nứt, gãy, vết mòn, rỗ sâu.

- Nếu trục cam bị nứt, gãy thì phải thay trục cam mới.

- Nếu trục cam có các vết mòn sâu, vết rỗ thì phải sửa chữa.

Kiểm tra độ cong của trục cam:

- Đặt trục can lên 2 mũi chống tâm hoặc lên 2 khối chữ V.

- Cho đầu tiếp xúc của đồng hồ so tiếp xúc với cổ trục ở giữa.

- Điều chỉnh cho kim đồng hồ chỉ về 0.

3.4.5. Quy trình kiểm tra piston và thanh truyền

3.4.5.1. Quy trình kiểm tra piston

Vệ sinh piston:

- Dùng dao cạo, cạo sạch muội than bám trên đỉnh piston.

- Dùng dung môi hòa tan và bàn chải làm sạch kỹ piston.

- Dùng dụng cụ chuyên dùng hoặc xéc măng gẫy làm sạch rãnh lắp xéc măng.

3.4.5.2. Quy trình kiểm tra thanh truyền

Kiểm tra độ cong của thanh truyền: Đẩy cả 2 chốt (2 chốt phơng thẳng đứng) trên thước tiếp xúc với mặt phẳng chuẩn của dụng cụ. Cả 2 chốt tiếp xúc đều với mặt phẳng thì thanh truyền không bị cong. Nếu một trong 2 chốt không tiếp xúc hoặc tiếp xúc không đều thì thanh truyền bị cong.

3.4.6. Quy trình kiểm tra turbo

Kiểm tra momen và kích thước:

- Số 1: Bu lông.

- Số 2: Momen xoắn tiêu chuẩn cho các bu lông giữ tấm sau bằng: 10 ± 1 N.m

- Số 3: Momen xoắn tiêu chuẩn cho bu lông kẹp bằng: 14,0 ± 1,3 N.m

Nếu momen không đạt tiêu chuẩn thì khắc phục bằng cách: Đánh nhẹ xung quanh kẹp bằng búa mềm và lại siết chặt đến momen tiêu chuẩn.

- Số 4: Lỗ trong vòng bi bằng: 15,921 đến 15,931 mm.

- Đường kính bề mặt (rãnh) trên trục của ổ trục bằng: 15,875 đến 15,885 mm.

- Số 5: Lỗ trong vỏ bằng: 24,961 đến 24,973 mm.

- Đường kính ngoài của vòng bi bằng: 24,846 đến 24,859 mm.

3.5. Quy trình lắp ráp động cơ

3.5.1. Quy trình lắp trục khuỷu

Gắn móc treo (A) và một thiết bị nâng phù hợp vào trục khuỷu (4). Trọng lượng của trục khuỷu (4) xấp xỉ 79 kg (175 lb). Căn chỉnh các mốc thời gian và định vị trục khuỷu (4) trong khối xi lanh.

Tra dầu động cơ sạch vào các tấm đẩy và lắp các tấm đẩy vào khối xi lanh.

- Đặt một dấu chỉ mục trên mỗi bu lông. Vặn chặt mỗi bu lông thêm 90 ± 5 độ (1/4 lượt).

Lắp tia làm mát piston (3).

3.5.2. Quy trình lắp piston và thanh truyền

Kiểm tra khe hở giữa các đầu của các vòng piston (5). Tham khảo Thông số kỹ thuật, "Piston và xéc măng".

Lắp vòng piston kiểm soát dầu. Các đầu của lò xo phải được quay 180 độ so với khe hở cuối vòng.

Lắp vòng piston trung gian với mặt được đánh dấu "UP-2" về phía trên cùng của piston.

Lắp vòng piston trên cùng với mặt được đánh dấu "UP-1" về phía trên cùng của piston.

Kiểm tra vòng bi (7) trong núm piston (6). Nắp piston phải được thay thế nếu núm piston bị mòn hoặc bị hỏng.

3.5.4. Quy trình lắp bưởng trước động cơ

Làm sạch mặt khớp trên vỏ trước (4).

Rải đều chất bịt kín. Vỏ trước (4) phải được lắp đặt trong vòng mười phút sau khi áp dụng chất bịt kín.

Định vị vỏ trước (4) trên khối trụ.

Lắp bu lông (3).

Lắp đặt bu lông (5)

3.5.6. Quy trình lắp giàn cò

Áp dụng móc treo (A) cho cả hai đầu của thanh đẩy.

Bôi trơn thanh đẩy bằng dầu động cơ sạch. Lắp các thanh đẩy và cầu van.

Định vị trục (4) trên đầu xi lanh. Lắp bu lông (1).

Siết chặt các bu lông (1) theo trình tự được hiển thị. Vặn chặt bu lông (1) đến momen tiêu chuẩn.

3.6. Chạy rà và test thông số

3.6.1. Quy trình nổ thử máy

3.6.1.1. Quy trình trước khi nổ thử

Sau khi động cơ được đại tu, nổ thử máy là hết sức quan trọng. Nếu quy trình nổ thử được thực hiện tốt thì các vấn đề nhỏ có thể chỉ trong phạm vi bảo hành của động cơ.  Trước khi nổ thử cần thực hiện các tinh chỉnh cho động cơ:

- Vị trí van, các điều chỉnh bộ điều tốc đều phải xác lập trong phạm vi các yêu cầu kĩ thuật.

- Kiểm tra phía ngoài động cơ xác định các mối nối bị hỏng.

3.6.1.2. Quy trình nổ thử máy

Bước 1: Đưa chất làm nguội vào hệ thống làm nguội, xả hết không khí trong hệ thống của động cơ. Không khí phải được loại bỏ khỏi hệ thống làm nguội để tránh sự cố nghiêm trọng.

Bước 2: Lắp ống trong suốt ở phía hút của hệ thống nhiên liệu để khử không khí lọt vào hệ thống, lắp các đường ống nhiên liệu vào động cơ và khử không khí khỏi hệ thống này.

Bước 3: Lắp các dây điện nối acquy với động cơ khởi động và nối các đồng hồ đo.

Bước 4: Đóng nguồn không khí cung cấp cho động cơ, có thể sử dụng tấm thép dày 6 (mm) để che cửa nạp không khí vào động cơ để phòng trường hợp động cơ quá tốc độ khi khởi động.

3.6.2. Thiết kế quy trình chạy rà động cơ CATERPILLAR C9

3.6.2.1. Ý nghĩa của việc chạy rà

Sau khi sửa chữa các chi tiết đều có chất lượng bề mặt nhất định được đánh giá bởi một số tham số như: Độ bóng bề mặt, độ cứng, trạng thái ứng suất, sai lệch hình dáng hình học. Chúng là hậu quả của các tác động hoá lý trong quá trình gia công để lại. Việc chạy rà nhằm cải thiện chất lượng bề mặt theo hướng san phẳng các nhấp nhô, làm tăng diện tích tiếp xúc thực, từ đó nâng cao khả năng chị lức và truyền nhiệt của chúng, cho phép các chi tiết làm việc với tải trọng cũng như vận tốc trượt theo đúng thiết kế mà không bị hư hỏng.

3.6.2.2. Quy trình chạy rà

Để chạy rà động cơ cần phải chọn một quy trình hợp lý, quy trình này bao gồm nhiều bước chạy rà hợp thành, trong mỗi bước được quy định cụ thể các chế độ tải trọng, tốc độ, thời gian cũng như điều kiện bôi trơn, nhiệt độ... sẽ được áp dụng.

Quá trình chạy rà chia làm các bước chạy rà nguội không nén khí, chạy rà nguội có nén khí, chạy rà nóng không tải và chạy rà nóng có tải.

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PISTON TRÊN ĐỘNG CƠ MÁY ỦI CATERPILLAR D6R

4.1. Piston

4.1.1. Nhiệm vụ                   

Piston là một chi tiết máy rất quan trọng thuộc cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền của động cơ đốt trong, nó có nhiệm vụ là:

- Cùng với nắp máy, xylanh bao kín tạo thành buồng cháy.

- Truyền lực của khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén hỗn hợp khí nhiên liệu.

- Ngoài ra ở một số động cơ hai kỳ, piston còn có nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp và thải của cơ cấu phối khí.

4.1.2. Điều kiện làm việc

4.1.2.1. Chịu tải trọng cơ học lớn và có chu kỳ

Áp suất lớn, có thể đến 1200 N/cm2 hoặc hơn nữa.

Lực quán tính lớn, đặc biệt là ở động cơ cao tốc.

4.1.2.2. Chịu tải trọng nhiệt

Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ (khoảng 2200 - 2800 K) nên nhiệt độ phần đỉnh piston có thể đến khoảng (500 - 800 K). Do nhiệt độ cao, piston bị giảm sức bền, bó kẹt, nứt, làm giảm hệ số nạp, gây kích nổ, làm đầu nhờn chóng bị phân huỷ.

4.1.3. Vật liệu chế tạo piston

Vật liệu chế tạo piston phải đảm bảo cho piston làm việc ổn định và lâu dài trong những điều kiện làm việc khắc nghiệt đã nêu trên. Trong thực tế một số vật liệu sau đây được dùng để chế tạo piston:

- Gang: Thường dùng gang xám, gang dẻo, gang cầu. Gang có sức bền nhiệt và bền cơ học khá cao, hệ số giãn dài nhỏ nên khó bị bó kẹt, dễ chế tạo và rẻ. Tuy nhiên gang rất nặng nên lực quán tính của piston lớn do đó gang chỉ dùng ở những động cơ tốc độ thấp. Mặt khác hệ số dẫn nhiệt của gang nhỏ nên nhiệt độ đỉnh piston cao.

4.2. Chốt piston

4.2.1. Nhiệm vụ

Chốt piston là chi tiết nối piston với thanh truyền và truyền lực tác dụng trên piston cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu. Vì vậy tuy là một chi tiết máy có kết cấu đơn giản nhưng lại rất quan trọng, yêu cầu có độ bền và độ tin cậy rất cao.

4.2.2. Điều kiện làm việc

Chốt piston chịu lực va đập, tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bôi trơn khó khăn.

4.2.3. Vật liệu chế tạo

Để đảm bảo độ tin cậy cao, người ta thường dùng các loại thép hợp kim thành phần các bon thấp để chế tạo chốt piston như 20Cr; 15CrM; 18CrNiM… Để tăng độ cứng vững cho bề mặt, tăng sức bền mỏi chốt được thấm than, xianua hoá, hoặc tôi cao tần và được mạ bóng.

4.3. Xéc măng

4.3.1. Nhiệm vụ

Như đã trình bày ở phần đầu piston, xecmang khí làm nhiệm vụ bao kín tránh lọt khí còn xéc măng dầu ngăn dầu bôi trơn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy.

4.3.2. Điều kiện làm việc của xéc măng

Cũng như piston xéc măng chịu tải trọng cơ học lớn, nhất là xéc măng đầu tiên. Ngoài ra xéc măng còn chịu lực quán tính lớn có chu kỳ và va đập. Đồng thời phải kể đến nhiệt độ cao, ma sát lớn, ăn mòn hoá học và ứng suất uốn ban đầu khi lắp xéc măng vào rãnh piston.

4.4. Thông số ban dầu, thông số chọn của piston

4.4.1. Các thông số ban đầu

Các thông số ban đầu được cho trong: Bảng 4.1 và bảng 4.2

4.4.2. Xác định các kích thước cơ bản của piston, chốt piston và xéc măng

Xác định chiều dày đỉnh piston (δ): (Tra bảng 1.1 – Tài liệu [5]).

δ = (0,1 ÷ 0,2).D (mm).

Với D là đường kính xy lanh: D =112 (mm).

δ = (0,1 ÷ 0,2).112 = 11,2 ÷ 22,4 (mm).

Chọn δ = 15 (mm).

Xác định vị trí của chốt piston (đến chân piston) H-h: (Tra bảng 1.1 – Tài liệu [5]).

H-h = (0,5 ÷ 1,2).D = (0,5 ÷ 1,2).112 = 56 ÷ 134,4 (mm)

Chọn H-h = 60 (mm)                      

→ h = H 60 = 130 - 60 = 70 ( mm )

Xác định chiều dày hướng kính t của xéc măng khí: (Tra bảng 1.1 – Tài liệu [5]).

t = (1/22 ÷ 1/26).D

t = (1/22 ÷ 1/16).112 = 5,09 ÷ 7 (mm)

Chọn t = 5,5 (mm).

4.5. Ứng dụng phần mềm solidworks vào thiết kế piston

4.5.1. Giới thiệu phần mềm solidworks

4.5.1.1. Khái niệm

SOLIDWORKS là phần mềm thiết kế 3D chạy trên hệ điều hành Windows và có mặt từ năm 1997, được tạo bởi công ty Dassault Systèmes SOLIDWORKS Corp là một nhánh của Dassault Systemes (Velizy, Pháp). SOLIDWORKS còn được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong các ngành khác như: đường ống, kiến trúc, nội thất, xây dựng… nhờ tính năng thiết kế 3D mạnh mẽ và danh mục các giải pháp hỗ trợ đa dạng.

4.5.1.2. Tính năng

Thiết kế mô hình 3D.

Lắp ráp các chi tiết.

Xuất bản vẽ dễ dàng.

4.5.2. Thiết kế piston bằng phần mềm solidworks

Bước 1: Vào giao diện Sketch của phân mềm solidworks để vẽ hình 2D pisto

Bước 2: Thoát khỏi Sketch và chọn lệnh Revole thực hiện tạo khối chi tiết trên solidworks.

KẾT LUẬN

Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp đề tài: “Tìm hiểu các hệ thống, xây dựng quy trình đại tu động cơ máy ủi CATERPILLAR D6R và tính toán, thiết kế piston”. Nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn về kết cấu để hiểu rõ về “các hệ thống và động cơ máy ủi CATERPILLAR D6R” phục vụ cho công tác đào tạo. Đến nay đề tài đã thực hiện được:

1. Tìm hiểu các kết cấu, hệ thống trong động cơ đốt trong.

2. Lập quy trình đại tu động cơ máy ủi CATERPILLAR D6R.

3. Thiết kế quy trình chạy rà động cơ CATERPILLAR C9.

4. Tính toán thiết kế piston.

Đề tài “Tìm hiểu các chi tiết, xây dựng quy trình đại tu động cơ máy ủi CATERPILLAR D6R và tính toán, thiết kế piston” là một đề tài mang tính ứng dụng thực tiễn cao nên được tiếp tục phát triển.

Nhằm tăng khả năng ứng dụng cũng như phát triển mở rộng phạm vi nghiên cứu thì đề tài nên mở rộng thêm hướng nghiên cứu vào phương pháp sửa chữa động cơ đa dạng hơn.

Mặc dù rất cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng do thời gian, kiến thức cũng như kinh nghiệm bản thân còn hạn chế nên đề tài của em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các thầy cô, bạn bè đóng góp ý kiến xây dựng để đề tài được tốt hơn.

Cuối cùng em xin chân trọng cảm ơn sự nhiệt tình chỉ bảo giúp đỡ của các thầy, cô trong khoa Cơ khí đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn: TS……………. đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Part Manual - D6R Track - Type Tractors, Caterpillar Inc, 2002.

[2]. Schematic - D6R Track Type Tractor - Electical System, Caterpillar Inc, 2014.

[3]. Asian Pacific learning, Caterpillar Inc, 2005.

[4]. Parts Manual - C9 Engine, Caterpillar Inc, 2006.

[5]. TS. Trần Thanh Hải Tùng, Tính toán thiết kế động cơ đốt trong, 2007.

[6]. Speclaog for D6R Track Type Tractor - AEQ7517 - 00, Caterpillar Inc.

[7]. System Operation Testing and Adjusting C-9 Engine for Caterpillar Built Machine, Caterpillar Inc, 2003.

[8]. Electrical - Specification and Selection Guide - Starters and Alternators, Delco Remy Inc, 2008.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"