Chuong 2 Khai niem chung ve MXD
CHƯƠNG II: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY XÂY DỰNG
§ 2.1. PHÂN LOẠI MÁY XÂY DỰNG
Máy xây dựng là danh từ chung để chỉ các máy và thiết bị phục vụ cho công tác xây dựng cơ bản: dân dụng, công nông nghiệp, giao thông vận tải, cảng…Do vậy máy xây dựng có rất nhiều chủng loại và đa dạng. Người ta phân loại máy xây dựng theo tính chất thi công hay công dụng như sau:
a. Tổ máy phát lực: Để cung cấp điện lực cho các máy khác làm việc, thường là những tổ máy diezel phát điện, tổ máy nén khí v.v…Các tổ máy này lại do các loại máy động cơ (động cơ đốt trong, động cơ điện…) cung cấp năng lượng.
b. Máy vận chuyển: Dùng để vận chuyển hàng hoá và được chia ra:
• Máy vận chuyển ngang: Hướng vận chuyển song song với bề mặt di chuyển. Trên đường bộ: ôtô, máy kéo; trên đường sắt: xe lửa, xe goòng…; trên mặt nước: tàu thuỷ, sà lan…và trên không: máy bay vận tải, trực thăng vv…
• Máy nâng chuyển: Hướng vận chuyển vuông góc với bề mặt chuyển động kích, palăng, cần trục, thang máy…
• Máy vận chuyển liên tục: băng tải, gầu tải, vít tải vv…
• Máy xếp dỡ: thường vận chuyển ở cự ly ngắn, chủ yếu làm công tác xếp dỡ, bốc xếp ở các nhà kho, bến cảng…như các loại xe nâng hàng, máy xúc lật…
c. Máy làm đất: gồm các loại máy phục vụ các khâu thi công đất, đá như các máy làm công tác chuẩn bị (phát cây, nhổ gốc…), máy đào đất (máy đào một gầu và nhiều gầu), máy đào - chuyển đất (máy ủi, máy cạp, máy san…), máy xúc lật và các loại máy đầm, nén đất.
d. Máy gia công đá: Phục vụ cho việc nghiền, sàng và rửa sỏi, đá, cát.
e. Máy phục vụ cho công tác bê tông, bê tông cốt thép: máy trộn. vận chuyển bê tông, đầm bê tông, các loại máy gia công cốt thép (cắt, uốn, hàn…).
f. Máy gia cố nền móng: máy đóng cọc, máy ép cọc, máy cắm bấc thấm, máy khoan cọc nhồi…
g. Các loại máy chuyên dùng cho từng ngành: các loại máy hoàn thiện, máy rải bê tông và bê tông nhựa, máy sản xuất vật liệu xây dựng như gạch, ngói, xi măng…
Ngoài cách phân loại trên người ta có thể phân loại máy xây dựng theo nguồn động lực (máy dẫn động bằng động cơ đốt trong, động cơ điện…), theo cách di chuyển (bằng bánh lốp, bánh xích, đặt trên sà lan hay phao nổi…), theo phương pháp điều khiển (cơ khí, thuỷ lực, khí nén…).
Máy xây dựng được coi như là một hệ thống bao gồm những bộ phận chính sau:
a. Thiết bị động lực (động cơ).
b. Cụm chuyển động.
c. Cơ cấu công tác.
d. Cơ cấu di chuyển.
e. Cơ cấu quay.
f. Hệ thống điều khiển.
g. Khung và bệ máy.
h. Các thiết bị phụ khác: thiết bị an toàn, chiếu sáng, trên một số máy hiện đại còn lắp cả máy vi tính để điều khiển và xử lý số liệu…
Các bộ phận này lại bao gồm các cụm, các đơn vị lắp ghép từ các chi tiết máy.
Tuỳ theo yêu cầu và chức năng, một số máy có thể có đầy đủ các bộ phận trên hoặc chỉ có một vài bộ phận trên mà thôi.
§ 2.2. LỢI ÍCH CỦA CƠ GIỚI HOÁ XÂY DỰNG
Việc sử dụng các loại xe máy, thiết bị để thi công các công trình xây dựng làm cho:
• Tăng năng xuất lao động (một máy ủi hoặc máy xúc cỡ trung bình có thể thay thế được đến 100 công nhân).
• Nâng cao chất lượng công trình (biện pháp đầm bê tông bằng máy cho phép tăng khả năng chịu lực của bê tông lên 10¸20%).
• Giảm giá thành công trình.
• Giảm cường độ lao động cơ bắp cho con người, đảm bảo an toàn lao động và trong một số trường hợp máy xây dựng là phương tiện duy nhất để thi công (đóng cọc nặng hàng trăm tấn xuống sâu hàng vài chục mét, nâng cấu kiện lên cao…).
2.3. yêu cầu chung đối với máy xây dựng
Ngoài yêu cầu quan trọng nhất là phải đảm bảo thực hiện tốt chức năng sản xuất, phục vụ, máy xây dựng còn phải đáp ứng những yêu cầu sau:
1. Về năng lượng: Chọn công xuất hợp lý, cơ động mà sử dụng được nhiên liệu hiện có.
2. Về kết cấu:
• Đơn giản, gọn nhẹ và có độ tin cậy cao.
• Có nhiều chủng loại, các cơ cấu chính phải có khả năng lắp lẫn.
3. Về công nghệ:
• Các chi tiết máy phải dễ chế tạo và tháo lắp.
• Các chi tiết máy phải được sản xuất theo tiêu chuẩn có thể chế tạo hàng loạt hoặc đại trà.
4. Về mặt sử dụng và bảo quản:
• Cần ít người sử dụng;
• Cơ động, lionh hoạt và dễ điều khiển;
• Dễ bảo quản, vận chuyển và sửa chữa;
• Làm việc bình thường trong điều kiện khí hậu, thời tiết cho phép.
5. Về mặt kinh tế:
• Phải sử dụng được các loại nhiên liệu rẻ tiền;
• Phải có năng suất và hiệu quả kinh tế cao.
6. Về mặt xã hội:
• Hình dáng, màu sắc phải hợp lý, trang nhã;
• ít gây ồn cũng như ô nhiễm môi trường.
2.4. Các chỉ tiêu đánh giá máy xây dựng
Máy xây dựng được đánh giá bằng ba loại chính: chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, chỉ tiêu về trình độ cơ giới hoá và chỉ tiêu về trình độ sử dụng.
I. CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT:
1. Giá thành một ca máy:
Chi phí sử dụng máy trong một ca được tính theo công thức:
Cva=(1+P)x
trong đó: P- phụ phí thi công bằng máy;
Ctc- chi phí sử dụng máy thường xuyên tính cho một ca bao gồm lương công nhân, nhiên liệu, bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên;
Ttc- tổng số ca máy làm việc trong năm;
H- chi phí khấu hao cơ bản và khấu hao sửa chữa lớn (đại tu):
H =
Trong đó: G0- Giá máy;
S- Tổng chi phí đại tu cho cả đời máy;
Hd- Chi phí hiện đại hoá máy (nếu có);
B- Chi phí dỡ bỏ máy lúc hỏng;
D- Giá trị thanh lý máy lúc đào thải;
T- tuổi thọ máy tính theo năm.
2. Giá thành một đơn vị sản phẩm:
Trong đó: - tổng chi phí sử dụng máy của tất cả các máy sử dụng, tính cho một ca;
'- tổng chi phí nhân công làm thủ công chưa tính vào chi phí sử dụng máy;
- tổng chi phí cho công tác chuẩn bị máy để làm việc;
Nca- năng suất ca máy tính theo mục 3 tuỳ theo cách tính;
Q- khối lượng công việc ở công trình thi công.
3. Năng suất máy: Người phân biệc ba dạng năng suất máy đó là: năng suất lý thuyết, năng suất kỹ thuật và năng suất thực tế.
a) Năng suất lý thuyết: hay còn gọi là năng suất thiết kế, là năng suất tối đa tính theo các thông số kỹ thuật của máy (công suất, tải trọng, vận tốc…) mà không xét tới điều kiện sử dụng.
Năng suất lý thuyết có ghi trong hồ sơ của máy và được tính như sau:
• Đối với các loại máy làm viêc theo chu kỳ (đvsp/ca):
• Đối với các máy làm việc theo liên tục (đvsp/ca)
Trong đó: M- thông số chính của máy (sức chở, sức nâng, dung tích gầu…);
n- số chu kỳ công tác thực hiện trong một giờ;
tca- thời gian làm việc trong một ca: 8h;
F- tiết diện mặt đất bị cắt hoặc tiết diện dòng vật liệu sản xuất được (hoặc vận chuyển được), m2;
v- Vận tốc công tác của máy, km/h;
b) Năng suất kỹ thuật: là năng suất tối đa của máy trong điều kiện làm việc cụ thể khi máy làm việc liên tục, không nghỉ giữa chừng vì một lý do nào đó:
trong đó: Ksd=0,4¸1,0- hệ số sử dụng hết năng suất, nó phụ thuộc vào điều kiện sử dụng cụ thể và trình độ tay nghề của công nhân điều khhiển.
c) Năng suất thực tế: là năng suất thực tế đạt được trong quá trình sử dụng máy tính bằng đvsp/ca:
trong đó: Ktg = 0,5¸0,9 - hệ số sử dsụng thời gian làm việc của máy (tính trung bình cho cả ca).
II. CÁC CHỈ TIÊU VỀ TRÌNH ĐỘ CƠ GIỚI HOÁ:
1. Mức độ cơ giới hoá:
trong đó: - khối lượng công tác xây lắp do xe máy thực hiện;
Qå- tổng khối lượng công tác xây lắp trên công trình.
2. Mức độ trang bị cơ giới: (Kw/người)
trong đó CMXD- chi phí mua sắm các loại máy móc thiết bị xây dựng;
Cå- tổng giá trị công trình
3. Mức độ trang bị động lực: (kw/người)
trong đó: Nå - tổng công suất xe máy trên công trình, Kw;
P- số công nhân lao động trực tiếp trên công trình.
III. CÁC CHỈ TIÊU VỀ TRÌNH ĐỘ SỬ DỤNG (KHAI THÁC):
1. Hệ số sử dụng máy móc:
trong đó: Msd- số máy đã và đang sử dụng trên công trình;
Må- tổng số máy trên công trình.
Lưu ý: Ksdm có thể được tính gộp cho tất cả các loại xe máy hoặc tính riêng cho từng loại xe máy.
2. Hệ số sử dụng thời gian:
• Trong một ca:
Trong đó: - tổng số thời gian máy làm việc thực hiện trong một ca.
Hệ số Ktg phụ thuộc vào các yếu tố: ý thức kỷ luật lao động của công nhân, trạng thái kỹ thuật của xe máy và trình độ tổ chức thi công.
• Trong một năm:
trong đó: åTlv=Tn- những ngày máy nghỉ vì tất cả các lý do (sửa chữa, bảo dưỡng, thời tiết xấu…)gọi là tổng số ngày máy làm việc thực sự trong một năm;
Tn=365-Tcác nghỉ-Tngày lễ gọi là tổng số ngày làm việc trong năm.
3. Hệ số sử dụng kỹ thuật:
trong đó: åTss- tổng số thời gian ở máy trạng thái hoạt động (ngày, ca);
åTkh.th- tổng số thời gian khai thác máy (ngày, ca);
åTbd.sc- tổng số thời gian bảo dưỡng và sửa chữa xe máy (ngày, ca).
Chú ý: åT sử dụng máy < åTss < åTkh.th
Hệ số Ksdkt- thường được tính riêng cho từng loại xe máy. Hệ số này phụ thuộc vào các yếu tố: độ tin cậy của xe máy; trình độ tổ chức bảo dưỡng, sữa chữa xe máy cũng như trình độ kỹ thuật bảo dưỡng và sửa chữa xe máy.
§ 2.3. THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC MÁY XÂY DỰNG
Thiết bị động lực (còn gọi là hệ thống phát lực) có thể bao gồm một hoặc nhiều động cơ.
Động cơ là một cơ cấu máy dùng để biến đổi dạng năng lượng nào đó (điện năng, nhiệt năng…) thành cơ năng. Sau đây là năm loại động cơ cơ bản vẫn được sử dụng rộng trong ngành xây dựng.
I. ĐỘNG CƠ HƠI NƯỚC: Là loại động cơ đốt ngoài: Sơ đồ nguyên lý của động cơ thể hiện trên hình 2.1.
Hình 2.1
Ưu điểm:
- Cấu tạo tương đối đơn giản;
- Tuổi thọ cao, sử dụng được nhiên liệu rẻ tiền (như than, củi…);
- Công suất khá lớn;
- Không chết máy khi bị quá tải;
- Dễ dàng đảo chiều quay cũng như thay đổi vận tốc quay.
Nhược điểm:
- Cồng kềnh, nặng nền (160¸170kg/1cv);
- Khởi động chậm;
- Hiệu suất quá thấp (3%¸6%);
- Tốn nhiều nước, gây ô nhiễm môi trường.
Phạm vi sử dụng: Hiện tại còn dùng rất hạn hữu (một vài loại búa hơi và một số xe lu cổ điển).
II. ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG:
1. Phân loại: Động cơ đốt trong có hai loại:
- Động cơ xăng (2 kỳ và 4 kỳ): có bộ chế hoà khí (carbuarator) và bộ phận đánh lửa (bugi).
- Động cơ diesel (2 kỳ và 4 kỳ): Không có hai bộ phận trên, nhiên liệu được phun trực tiếp qua kim phun (dưới áp suất P=12,5¸100MPa) vào buồng đốt. Dầu tự bốc cháy khi bị nén lại dưới áp suất cao và nhiệt độ cao trong buồng đốt.
Ngoài ra, còn có thể phân loại động cơ theo số lượng xi lanh & cách đặt xi lanh: Đặt đứng, đặt nghiêng và nằm ngang, một hàng, hai hàng và kiểu chữ V
2. Cấu tạo chung của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong bao gồm một số cơ cấu và hệ thống chính như sau:
a) Cơ cấu biên - tay quay
Cơ cấu biên - tay quay hay cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, có tác dụng biến chuyển động tịnh tiến của pittông thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Cơ cấu biên - tay quay gồm có: thân xi lanh, nắp xi lanh, pittông, chốt pittông, sécmăng, thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà.
b) Cơ cấu phối khí
Cơ cấu phối khí có tác dụng nạp đầy hòa khí (động cơ xăng) hoặc không khí động cơ điêzen) vào xi lanh và xả sạch khí cháy đã làm việc ra khỏi xi lanh.
Cơ cấu phối khí gồm có: xupáp nạp, xupáp xả, lò xo, con đội, trục cam, bánh răng dẫn động, đòn gánh và đũa đẩy…
c) Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu có tác dụng: cung cấp nhiên liệu, tùy theo phụ tải của động cơ, để hỗn hợp với không khí tạo thành hòa khí hoặc hỗn hợp cháy và xả khí cháy ra khỏi xi lanh.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu gồm có: thùng nhiên liệu, ống dẫn, bình lọc nhiên liệu, bơm, bộ chế hòa khí hoặc vòi phun xăng (động cơ xăng) hay bơm cao áp và vòi phun đầu (động cơ điêzen), bình lọc khí, ống nạp và ống xả…
d) Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn dùng trong động cơ có tác dụng cung cấp dầu nhờn đến các bề mặt làm việc của chi tiết để giảm ma sát và giảm mài mòn.
Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm, phin lọc, ống dẫn, bộ phận làm mát, dụng cụ kiểm tra và đo.
e) Hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát có tác dụng giữ cho động cơ làm việc ở một nhiệt độ nhất định để kéo dài tuổi thọ của động cơ.
Hệ thống làm mát động cơ gồm có: áo nước, bộ phận làm mát, ống dẫn quạt gió, bơm nước và nhiệt kế. Động cơ làm mát bằng khí, chỉ có quạt gió và các gờ hay phiến hoặc cánh tản nhiệt ở xung quanh hay mặt ngoài của thân và nắp và xi lanh (động cơ xe máy).
Ngoài ra, động cơ còn có các cơ cấu và hệ thống khác: hệ thống điều tốc, khởi động và đánh lửa (dùng ở động cơ xăng).
3. Những thông số cấu tạo cơ bản của động cơ
a) Hành trình
Hành trình (hình 2.2) hay khoảng chạy của pittông (S) là khoảng cách từ vị trí cao nhất (Đ.C.T) đến vị trí thấp nhất (Đ.C.D) của pittông, khi pittông dịch chuyển tịnh tiến trong xi lanh:
S = 2r
Trong đó: r- bán kính tay quay của trục khuỷu
b) Dung tích làm việc của xi lanh
Dung tích làm việc của xi lanh (Vs) là dung tích của xi lanh được giới hạn trong một khoảng hành trình của pittông:
Vs =
Trong đó: D- đường kính của xilanh;
S- hành trình của pittông
Hình 2.2:
c) Dung tích làm việc của động cơ
Dung tích làm việc của động cơ (Vh) là tổng dung tích làm việc của các xi lanh
Vh = Vs . i
Hay Vh = .i
Trong đó: Vs - dung tích làm việc của xi lanh;
i- số lượng xilanh của động cơ;
D- đường kính của xilanh;
S- hành trình của pittông
d) Dung tích buồng cháy
Dung tích buồng cháy hay buồng nén (Vc) là dung tích phần không gian giữa đỉnh pittông và nắp xilanh, khi pittông ở điểm chết trên (ĐTC).
e) Dung tích lớn nhất của xilanh & Tỷ số nén của động cơ
Dung tích lớn nhất hay dung tích toàn bộ (Vmax) là tổng dung tích làm việc của xilanh (Vs) và dung tích buồng cháy (Vc):
Vmax = Vs + Vc
Tỉ số nén của động cơ biểu thị hòa khí (động cơ xăng) hoặc không khí (động cơ điêzen) bị nén nhỏ đi bao nhiêu khi pittông dịch chuyển trong xilanh, từ điểm chết dưới lên điểm chết trên. Tỉ số nén có ảnh hưởng lớn đến công suất cũng như hiệu suất của động cơ.
Tỷ số nén của động cơ được tính theo công thức:
Tỷ số nén này bằng 6¸9 cho đcx và là 15¸20 cho động cơ diesel
4. Nguyên lý làm việc của động cơ
Hỗn hợp nhiên liệu (xăng hoặc dầu điêzen với không khí) được đốt cháy trong buồng kín sẽ làm dãn nở khí đốt dẫn tới sinh nhiệt và áp suất cao, áp suất này tác động lên bề mặt piston, làm piston di chuyển tịnh tiến trong lòng xi lanh, thông qua thanh truyền làm quay trục khuỷu
a) Động cơ 4 kì
* Động cơ xăng 4 kì
Khi động cơ xăng 4 kì làm việc (hình 2.3) trục khuỷu 1 quay (theo chiều mũi tên) còn pittông 3, nối bản lề với trục khuỷu, qua thanh truyền 10, sẽ chuyển động tịnh tiến trong xilanh 2.
Mỗi chu trình làm việc của động cơ xăng 4 kì, bao gồm bốn hành trình nạp, nén, nổ và xả là một lần sinh công (nổ), pittông phải dịch chuyển lên xuống bốn lần và trục khuỷu phải quay hai vòng (từ 00 đến 720o). Mỗi lần pittông lên hoặc xuống, gọi là một hành trình hay một kì hoặc một thì.
Chu trình làm việc của động cơ xăng bốn kì như sau:
+ Hành trình nạp
Trong hành trình nạp hay hút (hình 2.3.a), khi trục khuỷu 1 quay, pittông sẽ dịch chuyển từ Đ.C.T xuống Đ.C.D, xupáp nạp 6 mở, xupáp xả 8 đóng, làm cho áp suất trong xilanh 2 giảm và hòa khí, gồm hơi xăng hỗn hợp với không khí, từ bộ chế hòa khí hay cacbuaratơ 5, qua ống nạp 4 được hút vào xi lanh.
hình 2.3
Trên đồ thị công (hình 2.4.a) hay đồ thị biểu thị quan hệ giữa áp suất và dung tích làm việc của xi lanh, ứng với vị trí khác nhau của pittông, mà hành trình nạp được thể hiện bằng đường ra.
Trong hành trình nạp, xupáp nạp thường mở sớm một ít trước khi pittông đi tới Đ.C.T (điểm d1) để khi pittông vừa tới Đ.C.T, tức là lúc bắt đầu nạp, thì xupáp nạp đã được mở tương đối lớn làm cho tiết diện lưu thông trên đường ống nạp tăng, bảo đảm lượng hòa khí vào xilanh nhiều hơn, góc ứng với đường d1r hay góc quay a1 của trục khuỷu (hình 2.4.b) gọi là góc mở sớm của xupáp nạp. Đồng thời xupáp nạp cũng được đóng muộn hơn một chút, sau khi pittông đã qua Đ.C.D (điểm d2) để lợi dụng độ chân không còn lại trong xilanh và quán tính của dòng khí, làm tăng thêm lượng hòa khí vào xilanh. Góc ứng với đường ad2 hay góc a2 (hình 2.4.b) gọi là góc đóng muộn của xupáp nạp. Do đó, quá trình nạp không phải kết thúc ngay khi pittông vừa tới Đ.C.D, mà muộn hơn một chút, nghĩa là sang cả hành trình nén. Vì vậy, thời gian thực tế của quá trình nạp (a1 + 180o + a2) lớn hơn thời gian của hành trình nạp (180o).
hình 2.4
Cuối hành trình nạp, áp suất và nhiệt độ của hòa khí trong xilanh là:
pa = 0,08 ¸ 0,09 MN/m2
Ta = 350o¸ 400oK
+ Hành trình nén
Trong hành trình nén (hình 2.3b), xupáp nạp và xả đều đóng, pittông dịch chuyển từ Đ.C.D lên Đ.C.T, hòa khí trong xilanh bị nén, áp suất và nhiệt độ của nó tăng lên.
Hành trình nén được biểu thị bằng đường ac (hình 2.4.a), nhưng quá trình nén thực tế chỉ bắt đầu khi các xupáp nạp và xả đóng hoàn toàn, tức là lúc mà hòa khí ở trong xilanh đã cách li với môi trường bên ngoài. Do đó, thời gian thực tế của quá trình nén (180o - a2) nhỏ hơn thời gian của quá trình nén (180o).
Cuối hành trình nén (điểm c,, hình 2.3.a), bugi 7 của hệ thống đánh lửa phóng tia lửa điện để đốt cháy hòa khí. Góc ứng với đường C'C hay góc g (hình 2.3b) được gọi là góc đánh lửa sớm của động cơ.
Cuối hành trình nén, áp suất và nhiệt độ của hòa khí trong xi lanh là:
pc = 1,10 ¸ 1,20 MN/m2.
Tc = 500o¸ 700oK
+ Hành trình nổ
Hành trình nổ hay sinh công (hình 2.3.c), xupáp nạp và xả vẫn đóng. Do hòa khí đã được bugi đốt cháy ở cuối kì nén, nên khi pittông vừa đến Đ.C.T thì tốc độ cháy của hòa khí càng nhanh, làm cho áp suất của khí cháy tăng lên rất lớn và trên đồ thị công, được biểu thị bằng đường cong cz. Quá trình cháy kết thúc và quá trình dãn nở của khí cháy cũng bắt đầu (đường zb), pittông bị đẩy từ Đ.C.T xuống Đ.C.D và sinh công.
Cuối quá trình cháy và bắt đầu quá trình dãn nở, áp suất và nhiệt độ của khí cháy trong xilanh là:
pZ = 3 ¸ 4 MN/m2
TZ = 2200o¸ 2500oK
+ Hành trình xả
Trong hành trình xả (hình 2.3.d), xupáp nạp, vẫn đóng còn xupáp xả mở. Pittông dịch chuyển từ Đ.C.D lên Đ.C.T và đẩy khí cháy, qua ống xả 9 ra ngoài.
Trước khi kết thúc hành trình nổ hay sinh công, xupáp xả đã được mở sớm một chút trước khi pittông tới Đ.C.D (điểm b', hình 2.4.a) để giảm áp suất trong xilanh ở giai đoạn xả, do đó giảm được công tiêu hao để đẩy ra khỏi xilanh. Ngoài ra, khi giảm áp suất này, thì lượng khí còn lại trong xilanh cũng giảm, nhờ đó tăng được lượng hòa khí vào xilanh. Góc ứng với đường bb' hay góc a3 (hình 2.4.b) gọi là góc mở sớm của xupáp xả. Đồng thời để xả sạch khí cháy ra khỏi xilanh, xupáp xả cũng được đóng muộn hơn một ít so với thời điểm pittông đã qua Đ.C.T (điểm r', hình 2.4a). Góc ứng với đường r, r' là góc a4 (hình 2.4.b) gọi là góc đóng muộn của xupáp xả. Do xupáp xả mở sớm và đóng muộn nên thời gian của quá trình xả (a3 + 180o + a4) lớn hơn thời gian của hành trình xả (180o).
Cuối hành trình xả, áp suất và nhiệt độ của khí xả là:
pr = 0,10 ¸ 0,12 MN/m2
Tr = 900o - 1200oK
Trên đồ thị công, đường d1.r' biểu thị thời kì trùng điệp của xupát nạp và xả là thời kì mà hai xupát này cùng mở, góc ứng với đường d1.r' là góc () gọi là "góc trùng điệp" của xupát nạp và xupát xả.
Sau khi hành trình xả kết thúc, tức là động cơ xăng bốn kì, một xilanh đã hoàn thành một chu trình làm việc. Nếu động cơ tiếp tục làm việc hay trục khuỷu quay tiếp, thì một chu trình làm việc mới lại lặp như trên.
*. Động cơ điêzen 4 kì.
Quá trình làm việc của động cơ điêzen 4 kì cũng giống như động cơ xăng 4 kì, nghĩa là pittông cũng phải thực hiện bốn hành trình nạp, nén, nổ và xả, nhưng trong động cơ điêzen bốn kì quá trình nạp và nén là không khí (không phải hoà khí) và nhiên liệu tự cháy, do không khí nén có nhiệt độ cao (không dùng tia lửa điện).
Chu trình làm việc của động cơ điêzen 4 kì một xilanh như sau:
+ Hành trình nạp:
Trong hành trình nạp hay hút (hình 2.5.a), khi trục khuỷu 1 quay, pittông 7 dịch chuyển từ Đ.C.T xuống Đ.C.D, xupát nạp 4 mở, xupát xả 6 đóng, áp suất trong xi lanh 2 giảm, không khí bên ngoài, qua bầu lọc được hút vào xilanh.
Cuối hành trình nạp, áp suất và nhiệt độ của khí nạp trong xi lanh là:
Pa=0,08¸0,09 MN/m2
Tc=3300¸3800 K.
hình 2.5
+ Hành trình nén:
Trong hành trình nén (hình 2.5.b), xupát nạp và xả đều đóng. Pittông dịch chuyển từ Đ.C.D lên Đ.C.T, không khí trong xilanh bị nén và áp suất, nhiệt độ của nó tăng lên. Đồng thời ở cuối kì nén, vòi phun 5 nhờ bơm cao áp 3 sẽ phun nhiên liệu (dầu điêzen) vào xilanh, dưới dạng sương mù gặp không khí có nhiệt độ và áp suất cao tự bốc cháy. Góc ứng với thời điểm kể từ lúc nhiên liệu được phun vào xilanh ở cuối kì nén cho đến khi pittông ở Đ.C.T gọi là góc phun sớm.
Cuối hành trình nén, áp suất và nhiệt độ của không khí nén trong xilanh là:
Pc=4¸5 MN/m2
Tc=8000¸9000 K.
+ Hành trình nổ:
Trong quá trình nổ hay sinh công (hình 2.5.c), xupát nạp và xả vẫn đóng. Do nhiên liệu phun vào xilanh, ở cuối kỳ nén, đã được đốt cháy, nên khi pittông vừa đến Đ.C.T thì nhiên liệu càng cháy nhanh hơn, làm cho áp suất khí cháy tăng lên và đẩy pittông từ Đ.C.T xuống Đ.C.D, qua thanh truyền 8, làm quay trục khuỷu 1 và sinh công.
Cuối quá trình cháy và bắt đầu quá trình dãn nở, áp suất và nhiệt độ của khí cháy trong xilanh là:
Pz=6¸8 MN/m2
Tc=19000¸22000 K.
+ Hành trình xả:
Trong hành trình xả (hình 2.5.d), xupát nạp vẫn đóng, còn xupát xả mở. Pittông dịch chuyển từ Đ.C.D lên Đ.C.T và đẩy khí cháy đã làm việc ra khỏi xilanh.
Cuối quá trình xả, áp suất và nhiệt độ của khí xả là:
Pr=0,11¸0,12 MN/m2
Tr=800¸9000 K.
Sau hành trình xả, nếu động cơ vẫn tiếp tục làm việc, thì quá trình lại lập lại từ đầu hay một chu trình mới lại được thực hiện tiếp.
Hình 2.6 là đồ thị công của động cơ điêzen 4 kì. Đồ thị phối khí của động cơ điêzen 4 kì cũng giống như động cơ xăng 4 kì, nghĩa là khi động cơ điêzen 4 kì làm việc, các xupáp nạp và xả cũng mở sớm và đóng muộn.
Khi nghiên cứu nguyên lý làm việc của động cơ xăng và điêzen 4 kì, có thể rút ra một số nhận xét sau:
- Trong 4 hành trình của pitông, chỉ có một hành trình nổ hay cháy dãn nở là sinh công, còn ba hành trình nạp, nén và xả là những hành trình chuẩn bị và được thực hiện nhờ động năng hay quán tính của các bộ phận chuyển động quay như trục khuỷu, bánh đà và một phần công sinh ra của các xilanh khác đối với động cơ nhiều xilanh.
- Thời điểm mở và đóng của các xupáp nạp và xả không trùng với thời điểm khi pitông ở Đ.C.T và Đ.C.D, được gọi là "thời điểm phối khí". Đây cũng là một đặc điểm cơ bản để phân biệt giữa chu trình làm việc thực tế với chu trình làm việc lí thuyết của động cơ. Trong chu trình làm việc lí thuyết của động cơ, các xupáp nạp cũng như xupáp xả không mở sớm và đóng muộn như đã nói ở trên.
Thời điểm phối khí của các xupáp nạp và xả được biểu thị trên đồ thị phối khí hình 2.6 .
Hình 2.6
Các góc mở sớm và đóng muộn hay góc phối khí của các xupáp nạp và xả cũng như góc đánh lửa sớm (động cơ xăng) hoặc góc phun nhiên liệu sớm (động cơ điêzen) ở cuối kì nén có ảnh hưởng nhiều đến công suất, hiệu suất và lượng nhiên liệu.
b) Động cơ 2 kì:
Chu trình làm việc của động cơ hai kì cũng bao gồm các quá trình nạp, nén, nổ và xả, nhưng khác với động cơ 4 kì là muốn hoàn thành một chu trình làm việc, trục khuỷu của động cơ 2 kì chỉ cần quay một vòng, tức là 3600 và pitông dịch chuyển hai hành trình. Do đó, trong mỗi hành trình của pitông sẽ có nhiều quá trình cùng xảy ra.
Động cơ hai kỳ có hai loại: động cơ xăng 2 kì không có xupát và động cơ điêzen 2 kì chỉ có xupát xả.
*. Động cơ xăng 2 kì:
Chu trình làm việc của động cơ xăng 2 kì, loại không có xupát, một xilanh như sau:
+ Hành trình nén:
Trong hành trình nén (hình 2.7.a), khi trục quay, pitông 5 dịch chuyển từ Đ.C.D lên Đ.C.T lỗ xả 4 được pitông đậy kín. Hoà khí có sẵn trong xilanh 6 bị nén, áp suất và nhiệt độ tăng dần, đến khi pitông đi gần tới điểm Đ.C.T, thì bị bốc cháy, nhờ bugi 7 phóng tia lửa điện.
Hình 2.7
Khi pitông đi lên để nén hoà khí, ở phía dưới pitông, trong cacte1, áp suất giảm và hoà khí từ bộ chế hoà khí, qua ống nạp và lỗ nạp 3 được hút vào cacte để chuẩn bị cho việc thổi hoà khí vào xilanh ở hành trình sau.
Cuối hành trình nén, áp suất và nhiệt độ của hoà khí trong xilanh là:
Pc=0,06¸1,00 MN/m2
Tc=400¸6000 K.
+ Hành trình nổ và thay khí:
Trong hành trình nổ và thay khí (hình 2.7), do hoà khí đã được đốt cháy ở cuối kì nén, nên khi pitông đến Đ.C.T thì hoà khí càng cháy nhanh hơn, làm cho áp suất khí cháy tăng lên và đẩy pitông từ Đ.C.T xuống Đ.C.D, qua thanh truyền 10, làm quay trục khuỷu 2 sinh công.
Khi pitông dịch chuyển gần tới Đ.C.D, lỗ xả 4 mở đồng thời sau đó lỗ thổi, có chiều cao thấp hơn lỗ xả cũng được mở và lỗ nạp 3 đóng lại. Do đó, khí cháy sau khi đã làm việc, có áp suất (0,3¸0,4 MN/m2), được xả ra ngoài và hoà khí ở cacte bị nén có áp suất (0,12¸0,13 MN/m2) lớn hơn áp suất (0,11 MN/m2) của khí cháy còn lại trong xilanh sẽ theo rãnh dẫn 9, qua lỗ thổi 8 vào xilanh ở phía trên đỉnh của pitông, góp phần làm sạch khí cháy trong đó và tạo điều kiện cho hành trình sau.
Trong hành trình nổ và thay khí, áp suất và nhiệt độ của khí cháy ở xilanh là: Pz=2¸3 MN/m2
Tc=20000¸23000 K.
Sau hành trình nổ và thay khí, nếu trục khuỷu vẫn quay thì quá trình làm việc của động cơ xăng 2 kì lại lặp lại như trên.
Hình 2.8
Hình 2.8 là đồ thị công (a) và phối khí (b) của động cơ xăng 2 kì, loại không có xupáp.
* Động cơ điêzen 2 kì:
Động cơ điêzen 2 kì, loại có lỗ thổi và xupát, có đặc điểm là không dùng cacte để chứa và thổi khí, mà dùng máy nén khí để thổi khí trực tiếp vào xilanh.
Chu trình làm việc của động cơ điêzen 2 kì này như sau:
Hình 2.9
+ Hành trình nén: Trong hành trình nén (hình 2.9.a), khi trục khuỷu 1 quay, pittông 7 dịch chuyển từ Đ.C.D lên Đ.C.T,lỗ thổi 9 được đậy kín và sau đó xupáp xả 6 cũng được đóng lại, không có khí có sẵn trong xilanh 4 bị nén, áp suất và nhiệt độ của nó tăng lên cho đến khi pittông gần tới Đ.C.T, vòi phun 5 của hệ thống nhiên liệu sẽ phun nhiên liệu ở dạng sương mù, với áp suất cao (10¸14MN/m2) hỗn hợp với không khí nén có nhiệt độ cao, làm cho nhiên liệu tự cháy được.
Cuối hành trình nén, áp suất và nhiệt độ của không khí nén ở trong xilanh là:
Pc=4¸5 MN/m2
Tc=800¸9000 K.
b) Hành trình nổ và thay khí:
Trong hành trình nổ hay sinh công và sinh khí (hình 2.9.b), do nhiên liệu đã được đốt cháy, nhờ không khí nén, có nhiệt độ cao ở cuối hành trình nén, nên khi pittông đến Đ.C.T thì nhiên liệu càng cháy nhanh hơn, làm cho áp suất khí cháy tăng lên và đẩy pittông từ Đ.C.T xuống Đ.C.D, qua thanh truyền 2, làm quay trục khuỷu 1 và sinh công.
Khi pittông dịch chuyển gần tới Đ.C.D, xupát xả 6 mở, đồng thời sau đó lỗ thổi 9 cũng được pittông mở ra. Do đó, khí cháy sau khi đã làm việc, có áp suất (0,4¸0,5m2) lớn hơn áp suất khí trời, được xả ra ngoài, và không khí mới ở bên ngoài, qua bình lọc nhờ máy nén khí 3, buồng khí 8 và lỗ thổi 9 được cung cấp vào xilanh với áp suất 0,14¸15MN/m2 lớn hơn áp suất của khí xả còn lại trong xilanh (0,11¸0,12MN/m2) góp phần làm sạch khí cháy trong đó và tạo điều kiện tốt cho hành trình sau.
Hình 2.10
Trong hành trình nổ và thay khí, áp suất và nhiệt độ của khí cháy ở xilanh là:
Pz=8¸10 MN/m2
Tz=19000¸21000 K.
Sau hành trình nổ và thay khí, nếu trục khuỷu vẫn quay, quá trình làm việc của động cơ điêzen 2 kì, loại có xupáp xả lại và lặp lại như trên.
Hình 2.10 là đồ thị công (a) và phối khí (b) của động cơ điêzen 2 kì, loại có xupát xả.
Khi nghiên cứu nguyên lí làm việc của động cơ xăng và điêzen 2 kì, có thể rút ra một số nhận xét sau:
- Trong hai hành trình của pittông, chỉ có một hành trình sinh công còn hành trình kia được thực hiện nhờ động năng hay quán tính của các bộ phận chuyển động quay tròn (như trục khuỷu, bánh đà) và một phần công sinh ra của những xilanh khác đối với động cơ nhiều xilanh.
- Áp suất của hoà khí (động cơ xăng) hoặc không khí (động cơ điêzen) thổi hay đưa vào xilanh lớn hơn áp suất của khí trời. Do đó, phải dùng bơm hay máy nén, nhờ trục khuỷu dẫn động, nên công suất động cơ cũng giảm đi.
- Trong quá trình làm viêc có một phần hành trình của pittông dùng để thổi và xả khí.
- Khi thổi khí có một phần nhiên liệu hoặc không khí mới theo khí xả ra ngoài.
- áp suất và nhiệt độ của hoà khí hoặc không khí ở cuối quá trình nén cũng như quá trình cháy và dãn nở phụ thuộc nhiều vào vị trí của lỗ thổi, và lỗ xả và tỉ số nén của động cơ.
Tỉ số nén của động cơ 2 kì được tính như sau:
Trong đó: - dung tích làm việc thực tế của xilanh, được tính từ lúc pittông bắt đầu đậy kín lỗ xả hoặc xupát xả đóng, khi pittông dịch chuyển từ Đ.C.D lên Đ.C.T cho đến lúc pittông ở Đ.C.T.
Vc- dung tích buồng cháy hay buồng nén hoặc dung tích bé nhất của xilanh.
- Trong động cơ 2 kì, quá trình thổi (nạp, hút), nén, nổ và xả không được thể hiện rõ ràng ở mỗi hành trình như động cơ bốn kì. Do đó, ở động cơ 2 kì thứ nhất cũng có thể là hành trình thổi, xả và nén, còn hành trình thứ hai là hành trình sinh công hay nổ, xả và thổi v.v...
2.5. Ưu, Nhược điểm & phạm vi sử dụng
Ưu điểm:
- Tương đối gọn nhẹ (3¸5kg/Kw);
- Khởi động nhanh, dễ dàng thay đổi vận tốc quay;
- Công suất lớn (đến 2000Kw);
- Hiệu suất khá cao ()
- Tuổi thọ có thể tới 6000¸8000h.
Nhược điểm:
- Sử dụng nhiên liệu đắt tiền: xăng, dầu điêzen;
- Gây ô nhiễm môi trường do khí thải;
- Hệ số vượt tải thấp rễ chết máy.
Phạm vi sử dụng: Rất rộng rãi, thường được sử dụng trong các máy xây dựng lưu động và một số loại xe máy tĩnh tại.
III. ĐỘNG CƠ ĐIỆN:
1. Nguyên lý làm việc: Dòng điện đi qua stator gây ra cảm ứng điện tử làm cho rotor gắn với trục động cơ quay.
2. Phân loại động cơ điện:
- Động cơ điện xoay chiều 3 pha
- Động cơ điện xoay chiều 1 pha
- Động cơ điện 1 chiều
- Động cơ bước.
3. Động cơ điện xoay chiều 3 pha Rô to lồng sóc
a) Cấu tạo
Động cơ ba pha rô to lồng sóc là loại máy điện biến đổi điện năng ba pha thành cơ năng. Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc của hiện tượng cảm ứng điện từ. Gồm các bộ phận chính sau:
+ Phần tĩnh (Stato): Gồm các lá thép điện kỹ thuật cắt bỏ phần hình tròn ở giữa dập rãnh kiểu hướng tâm sau đó ghép lại với nhau tạo thành các rãnh để đặt dây quấn stato.
+ Dây quấn stato: Gồm ba cuộn dây giống hệt nhau về số vòng dây, tiết diện dây, vật liệu chế tạo dây được đặt lệch nhau 120o điện trên các rãnh của stato. Ba cuộn dây này được cách điện hoàn toàn với nhau và cách điện hoàn toàn với lõi thép stato.
Các cuộn dây này thường được kí hiệu là:
+ Cuộn dây AX tương ứng với pha A
+ Cuộn dây BY tương ứng với pha B
+ Cuộn dây CZ tương ứng với pha C.
Theo quy luật lồng dây các đầu dây ra có trật đầu đầu, đầu cuối, thường kí hiệu các đầu đầu là A, B, C còn các đầu cuối là X, Y, Z. Các cuộn dây stato có thể được đấu thành hình sao hoặc tam giác tùy theo điện áp nguồn.
+ Phần quay (Rôto): gồm các lá thép điện kỹ thuật ghép lại với nhau thành hình trụ tròn, trên đó có xẻ rãnh đặt các thanh dẫn bằng nhôm. Phần đầu các thanh nhôm được nối ngắn mạch với nhau vì vậy nó còn có tên rô tô ngắn mạch.
b) Quá trình tạo ra từ trường quay ở cuộn dây Stato động cơ xoay chiều ba pha.
Ta xét một động cơ xoay chiều ba pha đơn giản chỉ có 2 cực từ như hình vẽ 2.11.a.
ở đây ta quy ước mỗ vòng dây tương ứng với một cuộn dây pha. Cho dòng điện ba pha lần lượt đi vào 3 cuộn dây pha tương ứng với chiều quy ước như sau:
a) b)
Hình 2.11
- Ở bán kì dương thì dòng điện sẽ đi từ đầu đầu đến đầu cuối (từ A đến X hoặc từ B đến Y…).
- Ở bán kì âm thì dòng điện sẽ đi ngược lại (từ X đến A hoặc từ Y đến B…).
- Dòng điện đi vào mang dấu "+", dòng điện đi ra mang dấu "."
a) b) c)
hình 2.12
Theo quy ước trên, xét tại thời điểm t1, ta có dòng điện trong pha A sẽ đi từ A đến X, dòng điện trong pha B sẽ đi từ Y đến B, dòng điện trong pha C sẽ đi từ Z đến C. Bằng quy tắc vặn nút chai ta sẽ xác định được chiều từ trường của dòng điện chạy trong cuộn dây Stato như hình 2.12.a. Tại bề mặt của stato, nếu đường sức từ đi ra thì nó sẽ là cực bắc (N), ngược lại nếu đường sức từ đi vào thì đó là cực nam (S). Khi đó từ trường tại thời điểm t1 có phương là H1.
Tương tự ta xét tại thời điểm t2 và t3, ta có sẽ chiều dòng điện chạy trong cuộn dây và từ trường Stato tương ứng là H2, H3 như hình 2.12.b. và hình 2.12.c.
Nhận xét:
- Trong khoảng thời gian t1 đến t2, tương ứng với thì từ trường (nói đúng ra là phương của từ trường) đã quay được một góc là a = 60o, tương tự từ trong khoảng thời gian từ t2 đến t3, tương ứng với thì từ trường lại quay tiếp một góc là a = 60o.
- Xét trong khoảng thời gian bằng nhau, thì phương của từ trường quay được một góc như nhau. Hay nói khác đi là tốc độ từ trường không đổi xét trong một chu kì. Như vậy, vị trí tương đói của các cuộn dây trong không gian stato rất quan trọng đối với người thợ quấn dây, nó phụ thuộc vào số cực từ và được tính bằng công thức cụ thể. ở đây ta không xét đến.
Bây giờ ta sẽ tính tốc độ của từ trường quay:
Trong khoảng thời gian từ trường đã quay một góc 60o.
Vậy trong khoảng thời gian một chu kì T từ trường sẽ quay được một góc là a = 6.60 = 360o tương ứng với một vòng quay.
Nếu tần số lưới điện là 50Hz thì sau một giây từ trường sẽ quay được 50 vòng. Tương ứng sau một phút nó sẽ quay được 50 x 60 = 3.000 vòng. Hay nó khác đi tốc độ của từ trường quay của stato có số cực 2p = 2 là 3000 vòng/ phút.
Một cách tổng quát ta có: n1 = 60 (vòng/ phút)
Trong đó: n1 : Tốc độ quay của từ trường
f: Tần số dòng điện Hz;
p: Số đôi cực
c) Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Giả sử khi rô tô đang đứng yên, bằng cách nào đó ta cho từ trường quay với tốc độ n1. Theo định luật chuyển động tương đối, nếu ta coi từ trường đứng yên thì các thanh dẫn trên rô to sẽ quay theo chiều ngược lại. Hay nói khác đi các thanh dẫn chuyển động tương đối cắt ngang đường sức từ trường. Theo định luật cảm ứng có chiều được xác định bằng quy tắc bàn tay phải. Xem hình 2.13.
Hình 2.13.
Do thanh dẫn ngắn mạch nên trong thanh dẫn có dòng điện cùng chiều với chiều của sức điện động cảm ứng. Bây giờ thanh dẫn đã có dòng điện chạy qua nên nó chịu tác dụng lực bởi từ trường quay n1.
Xét tại thời điểm ti pha B và C, pha A âm sẽ xác định được chiều dòng điện, chiều của lực tác dụng lên 2 thanh dẫn trên đối diện như hình 2.13.
Nhìn vào hình vẽ này ta nhận thấy rằng 2 lực này sinh ra mô men quay cùng chiều với từ trường quay tức là chúng sẽ làm cho rôtô quay cùng chiều với chiều từ trường.
Tuy nhiên, tốc độ rô tô luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường. Vì nếu tốc độ rô to lớn hơn tốc độ từ trường quay thì sẽ sinh ra hãm tái sinh. Còn nếu tốc độ rô to bằng tốc độ từ trường quay thì tốc độ chuyển động tương đối giữa rô to và từ trường quay bằng không, dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn bằng không, lực điện từ tác dụng lên thanh dẫn bằng không và rô to lại quay lại chậm lại.
Chính vì lý do này mà người ta gọi động cơ này là "không đồng bộ". Để đánh giá sự không đồng bộ giữa tốc độ quay của roto n2 và tốc độ quay của từ trường quay n1 ta dùng khái niệm hệ số trượt S.
S =
Hệ số trượt S chủ yếu phụ thuộc vào mức độ kéo tải của động cơ. Đối với động cơ 1 pha thì hệ số trượt S còn phụ thuộc vào điện áp đặt vào dây quấn stato nên người ta có thể thay đổi điện áp để điều chỉnh tốc độ của động cơ 1 pha. Đối với động cơ không đồng bộ ba pha thì tốc độ của rô to ít phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato của động cơ (đặc tính cơ cứng) nên muốn thay đổi tốc độ động cơ này ta phải thay đổi số cực hoặc tần số lưới điện cung cấp cho động cơ.
Trên thực tế, khi một động cơ không đồng bộ làm việc bình thường (ở chế độ định mức) thì trị số S nằm trong khoảng từ 2 đến 5%; đối với động cơ không đồng bộ có hệ số trượt nâng cao, nó có thể đạt 10%.
Khi đã biết hệ số trượt S ta có thể tính tốc độ rô tô như sau:
n2 = 60(1 - s) (vòng/ phút)
Để đảo chiều quay của động cơ ba pha ta phải đảo chiều của từ trường quay. Muốn đảo chiều của từ trường ta phải đảo thứ tự của 2 trong 3 pha. Bạn đọc tự chứng minh dựa vào kết quả ở hình 3 - 3.
d) Ý nghĩa của các kí hiệu trên nhãn động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha.
+Trên nhãn động cơ thường ghi các kí hiệu như sau:
D/ Y - UD/ UY [V] - ID/ IY [A]
Kí hiệu trên có nghĩa là:
Khi điện áp dây của lưới điện ba pha có giá trị UD thì các cuộn dây động cơ cần phải được đấu hình sao (hình 2.14.b), dòng điện dây tương ứng khi đấu sao là:
Idây = ID [A]
Hình 2.14
Ngược lại khi điện áp dây của lưới điện ba pha là có giá trị UY thì các cuộn dây động cơ cần phải được đấu hình sao (hình 2.14.a), dòng điện dây tương ứng khi đấu sao là:
Idây = IY [A]
Nhận xét:
Qua sơ đồ trên ta nhận thấy:
- Điện áp pha định mức của động cơ (điện áp định mức của cuộn dây pha) có giá trị là UD, dòng điện pha định mức của động cơ có giá trị IY.
- Bất luận trong trường hợp nào thì điện áp đặt trên một cuộn dây pha cũng phải bằng điện áp định mức (UD), dòng điện tương ứng chạy qua cuộn dây là dòng điện pha định mức (IY).
- Ta luôn có tỉ số và
Bạn phải chú ý điều này khi muốn đấu động cơ 3 pha chạy lưới điện một pha
b) Ngoài ra còn các kí hiệu khác như:
P2 : Công suất trên trục động cơ (công suất cơ);
h : Hiệu suất của động cơ;
Cosj: Hệ số công suất;
n : Tốc độ quay của trục động cơ
e) Đặc điểm của động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha rô to lồng sóc
Sử dụng điện áp xoay chiều 3 pha 220V, 380V hoặc 660V.
- Hệ số công suất và hiệu suất lớn, mô men khởi động lớn thích hợp với phụ tải công suất lớn. Thông thường người ta chế tạo động cơ 3 pha có công suất từ vài trăm oát đến vài trăm ki-lô-oát.
- Hoạt động tin cậy, độ ồn nhỏ, độ bền cao, dễ kiểm soát tốc độ.
- Kết cấu đơn giản, ít hỏng hóc, dễ sửa chữa. Khi hoạt động không phát sinh tia lửa điện.
- Tuy nhiên sử dụng động cơ 3 pha thì đặc tính cơ cứng, khó thay đổi tốc độ, dòng khởi động lớn, đấu nối, vận hành phức tạp…
4. Động cơ xoay chiều 1 pha rô to lồng sóc
a) Từ trường động cơ điện xoay chiều 1 pha
Giả thiết ta có một động cơ xoay chiều 1 pha đơn giản chỉ gồm stato, rô to lồng sóc và một cuộn dây stato đấu vào lưới điện xoay chiều một pha. Ta xét từ trường của động cơ này tại các thời điểm t1, t2, t3 (hình 2.15)
Hình 2.15
Xét ở thời điểm t1, cực B dương hơn cực A, dòng điện chạy qua cuộn stato như hình 2.16a. Bằng quy tắc vặn nút chai ta xác định được chiều từ trường tương ứng chạy trong stato.
Xét ờ thời điểm t3, cực A dương hơn cực B, dòng điện chạy qua cuộn stato như hình 2.16b. Bằng quy tắc vặn nút chai ta xác định được chiều từ trường tương ứng chạy trong stato.
a) b)
Hình 2.16
Ở chu kì tiếp theo ta cũng có kết quả tương tự. Từ đó ta rút ra kết luận sau:
Khi cho dòng điện xoay chiều 1 pha chạy vào dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường. Độ lớn và chiều của từ trường này biến thiên theo quy luật của dòng đện xoay chiều nhưng phương của nó trong không gian không thay đổi (vẫn theo phương thẳng đứng như: hình 2.16 a,b). Ta nói từ trường này không quay hay nói khác đi đây không phải là từ trường quay mà là từ trường đập mạch. Nhưng nếu ta lấy tay mồi cho rô to quay thì nếu coi rô to đứng yên ta lại có từ trường đập mạch quay tương đối so với rô to và kết quả là rô to sẽ tiếp tục quay theo chiều ta đã "mồi".
Tuy nhiên, vì không phải là từ trường quay, nên khi cấp điện vào dây quấn stato của động cơ xoay chiều một pha có cấu tạo như trên thì rô to sẽ không tự quay được. Vì vậy chúng ta cần phải dùng các phần tử phụ để biến từ trường một pha thành từ trường quay.
Để biến từ trường 1 pha thành từ trường quay người ta sử dụng một trong các cách sau:
- Dùng vòng ngắn mạch đặt vào một phần của cực từ chính
- Dùng cuộn mở máy (cuộn dây phụ)
- Dùng cuộn mở máy đấu nối tiếp với tụ điện
Cả ba cách trên đều dựa trên một nguyên tắc chung là tạo ra một từ trường phụ lệch pha so với từ trường chính (từ trường chính là từ trường đập mạch như đã nói trên). Như vậy trong stato tồn tại đồng thời 2 từ trường lệch nhau. Tổng hợp 2 từ trường này ta sẽ được từ trường quay. Tuy nhiên ba cách mở máy trên sẽ cho các góc lệch pha giữa từ trường chính và phụ khác nhau và chỉ có cách thứ 3 là mở máy tốt nhất vì góc lệch pha có thể đạt được 90o.
b) Cách tạo ra từ trường quay ở động cơ điện xoay chiều 1 pha rô to lồng sóc.
Ở đây ta chỉ xét cách tạo ra từ trường quay bằng cuộn dây phụ và tụ điện. Những động cơ 1 pha như vậy còn gọi là động cơ 1 pha tụ điện. Sơ đồ nguyên lý như hình 2.17. Trong động cơ này có một cuộn đấu trực tiếp vào nguồn 1 pha gọi là cuộn làm việc (LV), cuộn còn lại đấu nối tiếp với tụ điện được gọi là cuộn khởi động.
hình 2.17
Để nghiên cứu cách tạo ra từ trường quay trong động cơ 1 pha tụ điện nói chung hãy xem xét một động cơ 1 pha tụ điện có sơ đồ dây quấn đơn giản như hình 2.1 a và cách bố trí các cuộn dây quấn như hình 2.18 b.
a) b)
Hình 2.18
Nhờ tụ điện mà dòng chạy trong cuộn làm việc (ilv) chậm pha so với dòng điện qua cuộn khởi động (ikđ). Để tạo được mô men mở máy tốt, người ta tính toán trị số tụ sao cho góc lệch pha giữa hai dòng điện này bằng 90o (tương ứng với . Được minh họa bằng đồ thị hình sin, hình 2.19.
Hình 2.19.
Cho hai dòng điện này lần lượt đi vào 2 cuộn dây tương ứng, ở đây ta quy ước ở bán kì dương thì dòng điện sẽ đi từ đầu đầu đến đầu cuối (từ Đlv đến Clv hoặc từ Đkđ đến Ckđ), còn ở bán kì âm thì dòng điện sẽ đi ngược lại.
Theo quy ước trên, xét tại thời điểm t1, ta có dòng điện trong cuộn dây khởi động đạt giá trị cực đại, còn dòng điện trong cuộn dây làm việc ilv = 0. Tương ứng ta có dòng điện chạy trong cuộn khởi động đi từ đầu đầu đến đầu cuối còn cuộn làm việc không có dòng điện chạy qua.
Sử dụng quy tắc vặn nút chai ta sẽ xác định được chiều từ trường của dòng qua cuộn khởi động (cũng chính là từ trường của stato) ở thời điểm t1 là (H1) như hình 2.20a.
Tương tự xét tại thời điểm t2, ta sẽ có chiều dòng điện chạy trong cuộn dây khởi động ikđ = 0V, còn dòng điện trong cuộn dây làm việc đạt giá trị cực đại nên ta có từ trường stato tương ứng là H2 (hình 2.20b).
Hình 2.20
Nhận xét:
- Trong khoảng thời gian từ t1 đến t2, tương ứng với thì từ trường đã quay được một góc là a = 90o theo chiều ngược với chiều kim đồng hồ. Tương tự ta xét tại thời điểm t3 sẽ cho kết quả tương tự.
Như vậy, xét tại các thời điểm khác nhau vì vị trí của từ trường khác nhau. Ta nói từ trường đập mạch đã biến thành từ trường quay. Kết quả này có được là do ta đã bố trí 2 cuộn dây đặt lệch nhau trong không gian của stato và cho 2 dòng điện khác pha đi vào 2 cuộn dây này.
Khi trong động cơ 1 pha đã có từ trường quay thì rô to sẽ tự quay được và nguyên lý hoạt động của nó chính là nguyên lý hoạt động của một động cơ không đồng bộ như ta đã nghiên cứu ở mục trên
5. Sử dụng động cơ ba pha chạy lưới điện 1 pha
Động cơ điện xoay chiều ba pha có thể làm việc ở lưới điện một pha như một động cơ một pha có phần tử mở máy hoặc động cơ một pha chạy tụ điện. Khi dùng tụ điện mở máy thì động cơ có thể đạt đến 80% công suất định mức. Tuy nhiên, người ta thường áp dụng với động cơ ba pha công suất nhỏ dưới 2kW. Khi đó mỗi động cơ cần phải chọn sơ đồ đấu dây và trị số tụ điện phù hợp.
Nguyên tắc chuyển các cuộn dây ba pha sang hoạt động ở lưới điện một pha:
- Điện áp định mức trên cuộn dây không đổi
- Phải đặt 1 hay 2 cuộn dây pha thành cuộn làm việc, cuộn còn lại thành cuộn khởi động.
- Trị số tụ được chọn sao cho góc lệch pha giữa dòng điện qua cuộn làm việc và dòng điện qua cuộn khởi động đạt xấp xỉ 900.
Theo nguyên tắc trên, tùy theo điện áp nguồn và điện áp định mức của các cuộn dây pha mà ta có thể chọn 1 trong 4 sơ đồ sau:
a) b) c) d)
Hình 2.21
Sơ đồ hình 2.21a và 2.21c áp dụng cho trường hợp điện áp lưới UL bằng điện áp pha động cơ.
Sơ đồ hình 2.21b và 2.21d áp dụng cho trường hợp điện áp UL bằng điện áp dây động cơ.
Ví dụ: Ta có động cơ ba pha có mã hiệu: D/Y - 220/380 [V]
- Nếu điện áp nguồn để cắm động cơ (sau khi đấu thành động cơ 1 pha) là 220V ~ thì ta có thể chọn sơ đồ 2.21a hoặc 2.21c.
- Nếu điện áp nguồn để cắm động cơ (sau khi đấu thành động cơ 1 pha) là 380V ~ thì ta có thể chọn sơ đồ 2.21b hoặc 2.21d.
6. Ưu, Nhược điểm & phạm vi sử dụng
Ưu điểm:
- Gọn nhẹ (khoảng từ 3 ¸ 11kg/Kw);
- Khởi động nhanh, dễ tự động hóa;
- Dễ đảo chiều quay;
- Hiệu suất cao (tới 80%);
- Chịu vượt tải tương đối tốt;
- Sạch sẽ, ít gây ồn và ô nhiễm môi trường.
Nhược điểm:
- Mômen khởi động nhỏ;
- Khó thay đổi vận tốc quay;
- Phụ thuộc vào nguồn điện.
Phạm vi sử dụng: Thường dùng trong các máy tĩnh tại và các máy hoạt động trong cự ly ngắn.
IV. CÁC LOẠI MÁY BƠM DẦU THỦY LỰC
1. Nguyên lý làm việc
Khác với các hoạt động cơ kể trên, các bơm dầu thuỷ lực lực thuộc loại động cơ thứ cấp, tức là tự bản thân không sinh ra cơ năng mà chỉ tiếp nhận cơ năng của các động cơ điện hoặc động cơ đốt trong, biến cơ năng này thành thế năng dưới dạng dầu có vận tốc hoặc áp suất cao.
Các bơm dầu làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích: Khi thể tích của buồng hút tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra, thực hiện chu kỳ nén. Phụ thuộc vào tốc độ thay đổi thể tích ta sẽ được dầu ở đầu ra có tốc độ khác nhau. Nếu trên đường dầu bị đẩy ra ta đặt một vật cản (van tiết lưu), dầu sẽ bị chặn, tạo ra một áp suất nhất định. Áp lực của dầu sau van tiết lưu phụ thuộc vào độ lớn của sức cản tức là thụ thuộc vào mức độ mở của van tiết lưu.
2. Phân loại bơm thuỷ lực:
Trong công nghiệp nói chung và trong nghành xây dựng công trình ngầm nói riêng người ta thường dùng các loại bơm dầu sau:
a) Nhóm bơm dầu với lưu lượng cố định gồm:
b) Nhóm bơm dầu với lưu lượng thay đổi gồm:
Bơm pittông hướng trục
Bơm pittông hướng tâm
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Bơm trục vít
Bơm pittông hướng trục truyền bằng đĩa nghiêng
Bơm bánh răng ăn khớp trong
Bơm pittông dãy
Bơm pittông hướng trục truyền bằng khớp cầu
Bơm rôto
Bơm cánh gạt kẹp
Bơm cánh gạt lệch tâm
Ký hiệu
Ký hiệu
Hình 1.2 Các loại bơm dầu thuỷ lực
3. Các thông số kỹ thuật và các yếu tố kinh tế - kỹ thuật khi chọn bơm dầu thuỷ lực.
* Các thông số kỹ thuật
a) Lưu lượng, ký hiệu Q (lít/phút);
b) Tốc độ quay, ký hiệu n (vg/ph);
c) Áp suất (bar);
d) Hiệu suât (%).
* Các yếu tố kinh tế - kỹ thuật
- Giá cả;
- Tuổi thọ;
- Lưu lượng cố định hay thay đổi được - nếu thay đổi được thì khả năng thay đổi max - min;
- Tiếng ồn;
- Hiệu suất.
4. Ưu-nhược điểm và phạm vi sử dụng
Ưu điểm:
- Kết cấu gọn nhẹ và tương đối đơn giản;
- Công suất khá lớn (tới 200 CV);
- Cho phép điều chỉnh vô cấp vận tốc công tác trong phạm vi rộng;
- Dễ dàng biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại.
- Có thể bố trí ở bất kỳ nơi nào trên máy;
- Hiệu suất cao (0,8 ¸ 0,9).
Nhược điểm:
- Đòi hỏi chế tạo và lắp ráp có độ chính xác cao;
- Đặc tính kỹ thuật của động cơ phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ môi trường xung quanh;
- Giá thành cao.
Phạm vi sử dụng: Rất rộng rãi trong các máy khoan nổ mìn từ máy khoan cầm tay cơ nhỏ tới các máy khoan cột cơ trung và các máy cỗ máy khoan với đầu khoan nặng và rất nặng. Trong các ô tô tải tự lật hầm lò cho tới các máy bốc xúc hoạt đông theo chu kỳ. Lý do là công suất của các bơm dầu thuỷ lực khá cao cho phép tự động hoá khâu điều khiển và dẫn động các cơ cấu công tác.
V. MÁY NÉN KHÍ
1. Nguyên lý hoạt động
Cũng như các bơm dầu thuỷ lực lực, các máy nén khí thuộc loại động cơ thứ cấp, tức là tự bản thân không sinh ra cơ năng mà chỉ tiếp nhận cơ năng của các động cơ điện hoặc động cơ đốt trong, biến cơ năng này thành thế năng dưới dạng không khí có áp suất cao tại bình tích áp để cung cấp cho các máy và thiết bị qua hệ thống đường ống dẫn khí nén trong công trình ngầm.
2. Phân loại máy nén khí:
Theo nguyên lý hoạt động, máy nén khí chia ra thành:
- Máy nén khí kiểu pittông tác dụng một chiều hoặc hai chiều;
Hình 1.3. Sơ đồ máy nén khí kiểu pittông:
а — Máy nén khí kiểu pittông tác dụng một chiều ; b — Máy nén khí kiểu pittông tác dụng hai chiều ; 1 — xi lanh; 2 — pittông; 3,4— su páp hút và đẩy;
5; 6 - trục khuỷu; 7 — tay biên; 8 – con trượt; 9 – thanh truyền.
- Máy nén khí kiểu rotor;
- Máy nén khí kiểu vít.
Hình 1.4. Máy nén khí kiểu vít: 1, 4 – các vòng bi đỡ quay, 2- vòng găng bịt kín, 3 - vỏ máy, 5 – bánh răng, 6 – vít chủ động; 7 – vít bị đông
Không khí được hút từ từ ngoài trời, qua hệ thống lọc được lọc sạch. Sau đó được nén lại tới áp suất P = 0,8 MPa trong buồng nén của máy nén khí (chạy nhờ động cơ đốt trong hay động cơ điện) và cuối cùng được dẫn tới bình chứa khí nén (bình tích áp).
Ưu điểm:
- Khởi động nhanh, làm việc an toàn;
- Không cần chất lỏng công tác đắt tiền như trong động cơ thủy lực;
- Có thể dẫn khí nén đi xa, đến những nơi chật hẹp
Nhược điểm:
- Cồng kềnh;
- Gây ô nhiễm không khí và ô nhiễm tiếng ồn.
- Hiệu suất thấp (0,07 ¸ 0,11) do ma sát;
- Công suất nhỏ (£ 30 Kw) do áp suất khí nén thấp hơn dầu.
Phạm vi sử dụng: Cung cấp khí nén cho các thiết bị dùng khí nén như các máy khoan khí nén, các máy phun phụt bê tông và đặc biệt là cung cấp khí nén cho các tổ hợp khiên đào tunnel có khoang giữ gương đào bằng khí nén và dung dịch bê tô nít
VI. CÁC CHỈ TIÊU HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ MÁY XÂY DỰNG
Ngoài các chỉ tiêu chính như công suất danh nghĩa Ne (kW, CV), vận tốc quay ở mức công suất danh nghĩa no (v/ph), mômen xoắn trên trục động cơ tại vận tốc quay danh nghĩa Mo (N.m), động cơ còn được đánh giá theo các chỉ tiêu sau:
1. Hệ số vượt tải:
Mômen xoắn lớn nhất của động cơ Mmax
Hệ số vượt tải jvt = ____________________________________________________________ (1.15)
Mômen làm việc định mức Mo
Những máy dễ bị vượt tải trong khi làm việc như máy đào, máy ủi… cần có hệ số vượt tải cao để không bị chết máy. Trong máy xây dựng thường yêu cầu jvt = 2,3 ¸ 3. Động cơ điện có jvt³ 2,5; động cơ đốt trong có jvt = 1,08 ¸ 1,15. Để không bị chết máy, đi kèm động cơ đốt trong phải có ly hợp ma sát, nếu quá tải thì sẽ có sự trượt giữa các đĩa chủ động và bị động của ly hợp.
2. Hệ số thay đổi vận tốc quay
lv = (1.16)
trong đó no - vận tốc quay của trục động cơ ở mức công suất danh nghĩa (v/ph);
nmin - vận tốc quay thấp nhất của trục động cơ (v/ph).
Những máy di động cần có hệ số thay đổi vận tốc lv lớn. Hệ số lv càng lớn thì càng dễ điều chỉnh vận tốc quay của động cơ.
3. Chỉ số trạng thái nhiệt (chỉ áp dụng cho động cơ điện): được biểu thị bằng hệ số thời gian làm việc liên tục PV%, tính như sau:
PV% = , (1.17)
trong đó - tổng số phút làm việc liên tục của máy trong một giờ mà đảm bảo động cơ không nóng quá 60oC.
Ví dụ: động cơ điện MT-31-6 (của Nga) phải có chỉ số PV là 25%, 60%, 100% (15, 36 và 60 phút trong một giờ) tương ứng với lúc hoạt động mà công suất động cơ đạt là 11, 7, 5 Kw.
Căn cứ vào chỉ số PV mà người ta duy trì chế độ làm việc liên tục của động cơ cho thích hợp.
§ 2.4. CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG TRONG MÁY XÂY DỰNG THƯỜNG GẶP
Hệ thống dẫn động bao gồm thiết bị động lực để tạo ra cơ năng và hệ thống truyền động truyền cơ năng tới các bộ phận công tác. Trong máy xây dựng có thể bố trí hay sử dụng các kiểu hệ thống dẫn động theo ba cách sau đây:
1. Hệ thống dẫn động một động cơ:
Bố trí một động cơ duy nhất qua các cơ cấu truyền lực như ly hợp, hộp số, khớp nối, trục truyền, đai, xích… truyền lực cho các cơ cấu công tác. Cách bố trí này được sử dụng khá phổ biến (trong ôtô tải hạng nhẹ, trung, cần trục ôtô, cần trục bánh hơi hạng nhẹ) bởi vì giảm bớt được trọng lượng máy so với kiểu bố trí nhiều động cơ và giá thành tương đối rẻ hơn kiểu bố trí nhiều động cơ. Nhưng nó có nhược điểm là khi động cơ hỏng hay một chi tiết nào đó hỏng thì tất cả phải ngừng hoạt động, hiệu suất truyền động thấp (0,65 ¸ 0,75) vì có nhiều bộ phận trong hệ thống truyền lực, do hệ thống truyền động cơ khí chung phức tạp nên chi phí bảo dưỡng và sửa chữa lớn cao, tốn nhiều nhiên liệu vì động cơ phải hoạt động liên tục.
2. Hệ thống dẫn động nhiều động cơ:
Bố trí nhiều động cơ cùng loại trên một máy, thông thường là động cơ điện, động cơ thủy lực; mỗi động cơ giữ một chức năng công tác của máy. Ví dụ: ở cần trục tháp, mỗi cơ cấu có một động cơ riêng biệt đảm nhiệm (cơ cấu nâng hạ vật, nâng hạ cần, di chuyển…). Cách bố trí này giảm được hệ thống truyền lực giữa các cơ cấu, mỗi cơ cấu làm việc độc lập với nhau. Nhưng do phải sử dụng nhiều động cơ nên cồng kềnh và hệ số sử dụng công suất không cao.
3. Hệ thống dẫn động hỗn hợp:
Bố trí hỗn hợp nhiều loại động cơ trên một máy. Các động cơ riêng biệt của mỗi cơ cấu công tác.
· Một động cơ chính (động cơ đốt trong) quay máy phát điện, cung cấp điện cho các động cơ riêng biệt của mỗi cơ cấu công tác.
· Một động cơ điện xoay chiều quay máy phát điện một chiều, cung cấp điện một chiều cho các động cơ điện một chiều của từng cơ cấu.
· Một động cơ chính quay máy nén khí cung cấp khí nén cho các động cơ khí nén hoặc quay bơm thủy lực, cấp năng lượng cho các động cơ thủy lực hay xilanh thủy lực.
Khi chọn động cơ cho máy xây dựng, ngoài việc căn cứ vào tình hình thực tế cung cấp động cơ, nguồn năng lượng, giá trị kinh tế… cần phải chú ý đến mặt kỹ thuật như công suất, tốc độ, mômen khởi động, hệ số vượt tải jvt, hệ số thay đổi tốc độ lv và trạng hái nhiệt PV của động cơ.
Bạn đang đọc truyện trên: AzTruyen.Top