Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - Xi lanh động cơ diesel lai máy phát điện tàu thủy

 TĨ_
 (2.60)
 A. = D - d'h = [D + D.Л T - T )] - [d,h + dh.Л p (Th - TÕ_ 
trong đó :
 ЛХ1, Лр - hệ số giãn nở dài vì nhiệt của vật liệu xi lanh, pít tông, [1/K];
 Txl, Tũ, Tth - nhiệt độ thành xi lanh, đầu pít tông và thân pít tông, [K];
 Để xác định khe hở giữa pít tông - ống lót xi lanh ta sử dụng 3 mặt cắt 
đặc trưng như Hình 2.5. Mặt cắt 1 nằm phía dưới của rãnh xéc măng dầu nơi 
bắt đầu của phần thân pít tông. Mặt cắt 2 đi qua tâm chốt pít tông. Mặt cắt 3 
đi qua mép dưới của thân pít tông. Sở dĩ lựa chọn ba mặt cắt này bởi vì mặt 
cắt 1 và 3 là nơi bắt đầu và kết thúc của thân pít tông và còn là phần có khả 
năng xảy ra va chạm cao với ống lót xi lanh. Mặt cắt 2 đi qua tâm chốt pít 
tông được giả thiết sử dụng để tính toán lực va đập khi pít tông va chạm với 
thành ống lót xi lanh như đã trình bày trong phần 2.2.2. Ba mặt cắt cũng được 
sử dụng để tính vận tốc chuyển động ngang của pít tông trong khe hở giữa pít 
tông và ống lót xi lanh. Mặt cắt đi qua trọng tâm của hệ pít tông khi xác định 
vận tốc chuyển động ngang sẽ mất phần vận tốc dài sinh ra do chuyển động 
quay quanh trọng tâm nên không được chọn làm mặt cắt đặc trưng, các vị trí 
khác trên thân pít tông do nằm ở vị trí bất kì nên không có tính đặc trưng. 
Phần đầu của pít tông do có kích thước nhỏ và có các xéc măng luôn tì sát vào 
thành xi lanh nên không xảy ra va chạm do đó không cần thiết phải xác định 
khe hở giữa pít tông và xi lanh khi có ảnh hưởng của phụ tải nhiệt.
 Như vậy, để xác định khe hở giữa pít tông và xi lanh tại các mặt phẳng 
ngang cần phải xác định nhiệt độ của pít tông và xi lanh tại các mặt phẳng 
tương ứng. Đây là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất để xác định ảnh 
hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác giữa pít tông và xi lanh động cơ.
 54
2.4. Mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác 
của cặp pít tông - xi lanh
 Từ mô hình tương tác và mô hình tính toán trường nhiệt độ, biến dạng 
nhiệt, ta rút ra được các hệ phương trình sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng 
của phụ tải nhiệt như sau:
 Õ2T Õ2T Õ 2TA 
 ÕT = «v 2T = 1 + --^T +
 Õt cp ^ Õx2 Õy2 Õ 2
 ự h } = AT [ [ 4 0 0 0 ]T > (2.61)
 A = D - d
 A - D - d' = [d + D.A D - T0 )]-[[ + [.Ap [T - T0)]
 Hệ phương trình (2.61) biểu diễn sự cân bằng nhiệt trong một vật thể, 
sử dụng để tính toán trường nhiệt độ của pít tông và xi lanh (phương trình thứ 
nhất); biểu diễn biến dạng nhiệt của vật thể, sử dụng để tính toán biến dạng 
nhiệt sau khi xác định được trường nhiệt độ của cặp pít tông - xi lanh (phương 
trình thứ hai); xác định khe hở nhiệt giữa pít tông và xi lanh ở trạng thái nguội 
(phương trình thứ ba); xác định khe hở nhiệt giữa pít tông và xi lanh tại mỗi 
chế độ phụ tải nhiệt khác nhau (phương trình thứ tư). Sau khi tính được 
trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt, từ phương trình này sẽ xác định 
được khe hở nhiệt phụ thuộc vào phụ tải và hành trình của pít tông. Giá trị 
này được sử dụng làm giá trị đầu vào để tính ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến 
chuyển động phụ của pít tông.
 t* = 3
 N(IOI +ỉcmiH) 
 A.l .m,
 r =
 I + lcm1H
 (2.62)
 ÚN t2PX m x tỗ ỉ xO p mx
 x = - y
 6m, 2m, 4L
 ỤịN t2Mmc tỉlP r A.t
 + y c 5 m c _|_ ờ X m x Pk.-
 6I 2I,O, 2Ir
 55
 Hệ phương trình (2.62) sử dụng để tính chuyển động phụ của pít tông: 
phương trình thứ nhất dùng để xác định thời gian chuyển động ngang của pít 
tông trong khe hở phụ thuộc vào thông số khe hở nhiệt A; phương trình thứ 
hai để tính toán góc xoay của pít tông trong khe hở phụ thuộc vào thông số 
khe hở nhiệt A; phương trình thứ ba là phương trình chuyển vị ngang của pít 
tông, phương trình này cũng phụ thuộc vào thông số khe hở nhiệt A, từ phương 
trình này sẽ tính được vận tốc chuyển động ngang của pít tông trong khe hở 
phụ thuộc vào khe hở nhiệt A tại các góc quay trục khuỷu tương ứng. Giá trị 
vận tốc ngang này là đầu vào để tính toán lực va đập của pít tông lên xi lanh.
 £ = kN'3V = —— 1 v0 sinopt H— N-—r(1 - cosopt) - 
 op mj co2
 1 ị
 ------- J Nvd (t) sin0p (t - t1 )dt1 - (2.63)
 m1op 0
 - ẳ — T X‘ - Ị Nrj(t)e~-('- s i n o ’jt ~ t1)dt1
 i- PLFL< Ị X (x)dx 0
 0
 Phương trình (2.63) sử dụng để tính lực va đập của pít tông lên xi lanh. 
Ảnh hưởng của phụ tải nhiệt lên lực va đập được thể hiện qua vận tốc ban đầu vo 
(vận tốc chuyển động ngang của pít tông tương ứng tại thời điểm xảy ra va đập).
 Mô hình tổng thể trình bày ở hệ phương trình (2.61), (2.62) và (2.63) 
có tính tổng quát hơn các mô hình đã xét như là các mô hình thành phần, vì 
đây là mô hình có khe hở và có tương tác, ngoài ra còn xét thêm ảnh hưởng 
của phụ tải nhiệt thông qua trị số khe hở nhiệt tại các chế độ công tác của 
động cơ.
2.5. Lựa chọn phương pháp tính và phần mềm tính toán
2.5.1. Các phương pháp tính toán trường nhiệt độ và lựa chọn phương 
pháp tính
2.5.1.1. Phân loại bài toán truyền nhiệt
 Việc phân loại các phương pháp tính toán trường nhiệt độ có liên hệ 
mật thiết với dạng biểu diễn toán học của bài toán truyền nhiệt. Ngoài ra theo 
dấu hiệu chung có thể phân chia chúng thành các phương pháp phân tích 
chính xác và gần đúng, phương pháp số.
 56
 Căn cứ mục tiêu cuối cùng, bài toán truyền nhiệt được chia theo các dạng:
 - Bài toán trực tiếp: Cho phương trình vi phân cơ bản, hoặc cho hệ 
phương trình vi phân với điều kiện biên xác định trường nhiệt độ.
 - Bài toán nghịch: Cho biết trường nhiệt độ và phương trình vi phân, 
xác định điều kiện hoặc phân bố nhiệt ban đầu.
 - Bài toán thụ động: Cho trước trường nhiệt độ và điều kiện biên cần 
xác định các hệ số của phương trình vi phân.
 - Bài toán cảm ứng: Cho biết sự phân bố nhiệt độ, điều kiện biên và lí tính 
của vật thể, phải chuẩn hóa hoặc thiết lập phương trình vi phân của quá trình.
 Nếu phân loại bài toán truyền nhiệt từ mối quan hệ giữa nhiệt độ và 
thời gian thì chúng ta chia làm hai loại:
 - Bài toán tĩnh (ổn định).
 - Bài toán động (không ổn định).
 Khi mà hệ số của phương trình vi phân và của điều kiện biên không phụ 
thuộc vào nhiệt độ thì bài toán gọi là tuyến tính, trường hợp ngược lại là phi tuyến.
2.5.1.2. Các phương pháp tính toán trường nhiệt độ và lựa chọn phương pháp tính
 Tính trường nhiệt độ của các kết cấu có thể dùng các phương pháp sau: 
các phương pháp phân tích chính xác và phân tích gần đúng, các phương pháp 
số, các phương pháp đồ thị, các phương pháp tương tự. Các phương pháp trên 
có thể được áp dụng độc lập hoặc hợp thành các tổ hợp khác nhau.
 Việc sử dụng các phương pháp phân tích giới hạn bởi dạng miền và 
điều kiện biên, bởi thế phương pháp phân chia biến chỉ phù hợp cho vật thể 
có hình dáng đơn giản. Phương pháp thế nhiệt chỉ có thể sử dụng trong 
trường hợp điều kiện đồng nhất.
 Phương pháp giải bài toán phi tuyến được nghiên cứu ít hơn vì nó rất 
phức tạp, phổ biến nhất vẫn là bước chuyển từ bài toán phi tuyến sang bài 
toán tuyến tính. Khó khăn nhất vẫn là việc giải bài toán phi tuyến, không ổn 
định với sự bố trí 2, 3 số đo cho vật thể nhiều thành phần. Hiện nay, phương 
pháp duy nhất có thể giải bài toán trên là phương pháp số, đương nhiên 
phương pháp số có thể giải được các bài toán tuyến tính.
 Trong các phương pháp số để giải bài toán biên thì phổ biến nhất trong 
kỹ thuật là phương pháp sai phân hữu hạn. Những năm gần đây thì phương 
pháp phần tử hữu hạn (PTHH) rất hay được sử dụng trong các ngành kỹ thuật 
vì có nhiều ưu điểm. Phương pháp PTHH kế thừa tư tưởng của phương pháp
 57
sai phân hữu hạn và phương pháp xấp xỉ hàm, với sự hỗ trợ của phương pháp 
này có thể giải được các bài toán nhiệt, kết cấu, điện từ, mô phỏng, tối ưu 
hóa... Phương pháp PTHH là cơ sở của lĩnh vực mô phỏng hóa trong các bài 
toán thiết kế, kiểm nghiệm. Thông qua sự phát triển của khoa học kỹ thuật đồ 
họa trên máy tính người ta có thể mô phỏng các hoạt động của kết cấu. Điều 
này cho phép giảm chi phí và thời gian thực hiện các thí nghiệm theo phương 
pháp truyền thống.
 Phương pháp mô phỏng toán học (phương pháp tương tự) có cơ sở là 
mô phỏng tương tự các quá trình vật lý khác nhau theo bản chất: lan tỏa nhiệt, 
sự phân bố thế trong mạch điện, dòng chất lỏng, sự khuếch tán và các hiện 
tượng khác bằng các phương trình vi phân.
 Các phương pháp đồ thị sử dụng để giải các bài toán tuyến tính với 
cấu trúc đơn giản.
 Trường hợp bài toán động (không ổn định) với chi tiết của thiết bị năng 
lượng thì phần lớn các trường hợp đó là phi tuyến. Điều đó có liên quan đến 
sự thay đổi tính chất nhiệt - vật lí của vật liệu, cấu trúc vật liệu vào nhiệt độ. 
Càng đặc biệt quan trọng với các chi tiết như xi lanh, pít tông, nắp máy của 
động cơ đốt trong, rô to tuabin khí, nơi mà nhiệt độ tăng quá 500oC. Trong 
những trường hợp mà điều kiện biên phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt thì được 
xếp vào bài toán phi tuyến loại II.
 Việc giải bài toán bù truyền nhiệt ở dạng trực tiếp hoặc dạng ẩn có thể 
sử dụng phương pháp đồng dạng. Lí thuyết đồng dạng cho phép biến đổi các 
đại lượng vật lí thông thường thành biến tổ hợp, qua đó làm giảm số lượng 
biến. Ngoài ra lí thuyết đồng dạng còn cho phép nhận các phương trình đồng 
dạng chứa sự phụ thuộc suy rộng, trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm các hiện 
tượng vật lí và dùng phương pháp phân tích hoặc dùng phương pháp số để 
giải các mô hình toán học của chúng cũng như xác định giới hạn sử dụng các 
mối liên hệ đó.
 Trong bài toán truyền nhiệt, lí thuyết đồng dạng được sử dụng để nhận 
các lời giải ở dạng đại lượng không thứ nguyên. Sử dụng lí thuyết đồng dạng 
trong phương pháp số giải các bài toán biên khi không thể tìm thấy sự phụ 
thuộc giữa các biến ở dạng trực tiếp sẽ tiết kiệm được rất nhiều thời gian. 
Trong trường hợp này bằng việc thiết lập mối liên hệ giữa các biến có thể 
làm giảm các phương án tính toán.
 58
 Qua các phương pháp tính toán trường nhiệt độ của các chi tiết động cơ 
đốt trong, ta thấy phương pháp PTHH là phương pháp có thể giải được bài 
toán phi tuyến không ổn định, cho vật thể nhiều thành phần, có kết cấu phức 
tạp [8], [17], [19]. "
 Trường nhiệt độ của chi tiết xác định bằng lí thuyết PTHH được thực 
hiện theo các nội dung sau:
 Định luật nhiệt động I [17]:
 r dT , „ , , , ế „ ế ,
 Pc ■ + {v}T {L}T^ + {L}T {q} = qỆẳ (2.64)
 õt
 Định luật Fourier vê thông lượng nhiệt [17]: 
 ịq}=-[D]ịL}T (2.65)
 Kxx 0 0 
trong đó: [ D] = 0 Kyy 0 - Ma trận các hệ số dẫn nhiệt.
 0 0 Kzz
 Trường nhiệt độ được xác định bởi [17]:
 T = {n}t {Te} (2.66)
trong đó:
 T = T(x, y, z, t) - Trường nhiệt độ cần xác định.
 {N} = {N(x, y, z)} - Ma trận hàm dạng.
 {Te} = {Te(x, y, z, t)} - Véc tơ nhiệt độ tại các nút của phần tử. 
 Hệ phương trình xác định trường nhiệt độ [17]:
 [cilííM t^M Cl+M Hr.Haí+ísí+íQ?} (2.67)
 Gradient nhiệt được xác định như sau [17]:
 ÕT ÕT ÕT 
 ịa}={L}T = (2.68)
 õx Õy Õx
 Véc tơ mật độ dòng nhiệt được tính theo gradient nhiệt [17]:
 ịq] = -[ D]ịa} = -[ D][ B]ịT } (2.69)
 Mật độ dòng nhiệt qua bê mặt đối lưu [17]:
 ịq Ỵ = hf (T - Tb ) (2.70)
 Việc dùng phương pháp PTHH để giải bài toán tính toán trường nhiệt 
độ và biến dạng nhiệt của cặp xi lanh và pít tông là phù hợp vì xi lanh và pít
 59
tông phải chịu phụ tải nhiệt lớn trong quá trình làm việc. Bên cạnh đó, với sự 
phát triển của máy tính và các phần mêm chuyên dụng, việc sử dụng phương 
pháp PTHH để giải các bài toán truyền nhiệt có nhiêu thuận lợi. Các phần 
mêm chuyên dụng có thể sử dụng để giải bài toán truyền nhiệt của động cơ 
đốt trong bằng phương pháp PTHH như phần mêm ANSYS, FEMAB, SAP 
v.v... Thông qua kết quả tính được, người ta có thể mô phỏng các hoạt động 
của kết cấu. Điêu này cho phép giảm chi phí và thời gian thực hiện các thí 
nghiệm theo phương pháp truyên thống. Phần mêm ANSYS do hãng ANSYS 
của Mỹ phát triển. Đây là một bộ phần mêm hoàn chỉnh dựa trên phân tích 
PTHH để xác định các ứng xử của hệ vật lí khi chịu tác động của các loại tải 
trọng khác nhau. Phần mêm ANSYS được sử dụng rộng rãi trên thế giới để 
giải quyết các bài toán thiết kế, mô phỏng tối ưu kết cấu và các quá trình 
truyên nhiệt, dòng chảy, tĩnh điện, điện từ v .v . cũng như tương tác giữa các 
môi trường và hệ vật lí khác nhau. Trong luận án này, tác giả sử dụng phương 
pháp PTHH cùng phần mêm ANSYS Workbench để tính toán trường nhiệt độ 
và biến dạng nhiệt của cặp pít tông, xi lanh.
2.5.2. Các phương pháp tính toán tương tác của cặp pít tông - xi lanh
 Để tính toán tương tác của cặp pít tông - xi lanh, trên cơ sở lí thuyết đã 
xây dựng, có thể dùng phương pháp giải tích truyên thống hoặc phương pháp 
số. Việc sử dụng giải tích để tính toán sẽ cho cái nhìn tổng quát, rõ ràng, tuy 
nhiên khi đó việc tính toán sẽ gặp nhiêu khó khăn, phức tạp nhất là khi khảo 
sát nhiêu trường hợp, nhiêu yếu tố ảnh hưởng. Sử dụng phương pháp số với 
sự hỗ trợ của máy tính và các phần mêm chuyên dụng là hướng đi phù hợp 
hiện nay, trong đó có bài toán tương tác giữa các vật thể.
 Trong bài toán tương tác của cặp pít tông - xi lanh cần giải quyết hai 
vấn đê sau: Tìm vận tốc chuyển động phụ của pít tông khi chuyển động ngang 
trong khe hở giữa pít tông và xi lanh và góc quay của pít tông trong khe hở 
đó; tìm lực va đập của pít tông với xi lanh.
 Để giải quyết vấn đê thứ nhất, do vận tốc chuyển động phụ thuộc vào lực 
ngang N nên có thể sử dụng phương pháp ma trận và phần mêm Matlab để giải. 
Trong luận án này sử dụng phần mêm Matlab để xác định chuyển động phụ.
 Vấn đê thứ hai, do sử dụng mô hình va đập để xác định lực tương tác 
nên có thể sử dụng các phần mêm tính toán va đập để giải. Có thể sử dụng 
phần mêm như LS-DYNA, AUTODYN v .v .
 60
 Trong luận án này, sau khi nghiên cứu phương pháp giải bài toán va chạm 
bằng phần tử hữu hạn [19], [46] đã quyết định lựa chọn phần mêm ANSYS 
Workbench LS-Dyna để giải quyết bài toán va chạm giữa pít tông và xi lanh.
Kết luận chương 2
 Trên cơ sở mô hình tính toán sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh của 
của Nikishin V.N., lí thuyết biến dạng đàn hồi và lí thuyết truyên nhiệt và 
biến dạng nhiệt của vật thể đã xây dựng được mô hình lí thuyết để xác định sự 
ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh động 
cơ diesel lai máy phát tàu thủy, cụ thể như sau:
 - Khe hở nhiệt là đại lượng phản ánh phụ tải nhiệt của cặp pít tông - xi 
lanh động cơ đốt trong.
 - Sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh được thể hiện qua hai yếu tố: 
Thứ nhất là chuyển động phụ của pít tông trong khe hở giữa pít tông và xi 
lanh; Thứ hai là lực va đập của pít tông lên xi lanh trong khe hở nêu trên.
 - Qua kết quả tính toán trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt của pít tông 
và xi lanh tại các chế độ công tác của động cơ sẽ xác định được khe hở nhiệt 
giữa chúng. Đây là cơ sở để tính toán xác định ảnh hưởng của phụ tải nhiệt 
đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh theo mô hình đã chọn.
 Việc xây dựng mô hình tương tác của cặp chi tiết pít tông - xi lanh có 
xét đến ảnh hưởng của phụ tải nhiệt (thông qua khe hở nhiệt) là đóng góp mới 
của luận án.
 Từ mô hình lí thuyết đã xây dựng lựa chọn các phần mêm phù hợp để 
tính toán là kết hợp phần mêm Matlab để tính toán chuyển động phụ của pít 
tông, phần mêm ANSYS Workbench LS-Dyna để tính toán va chạm của pít 
tông với thành xi lanh; phần mêm ANSYS Workbench Steady - State 
Thermal và ANSYS Workbench Static Structural để tính toán nhiệt, biến dạng 
nhiệt và khe hở nhiệt của cặp pít tông - xi lanh.
 61
 Chương 3. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI NHIỆT TỚI 
 SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PÍT TÔNG - XI LANH 
 ĐỘNG CƠ 6H 12/14
3.1. Đặc điểm kết cấu của cặp pít tông - xi lanh động cơ 6H 12/14
3.1.1. Giới thiệu sơ bộ về động cơ 6H12/14
 Động cơ 6^ 12/14 là động cơ diesel 4 kì, 6 xi lanh do Liên Xô (cũ) chế 
tạo để lai máy phát điện và được sử dụng trên các tàu quân sự kiểu 205, 206 của 
Hải quân nhân dân Việt Nam.
 Động cơ có loại có tăng áp, có loại không có tăng áp. Công suất động 
cơ từ (59 - 66) kW cho loại không tăng áp, từ (84,5 - 132) kW cho loại có 
tăng áp.
 Thông số chính của động cơ có tăng áp [5]
 - Số xi lanh : 6
 - Đường kính xi lanh : 120 mm
 - Hành trình pít tông: 140 mm
 - Thứ tự nổ của xi lanh : 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4
 - Tỉ số nén: 14
 - Tỉ số tăng áp: 1,4
 - Góc mở sớm xupap nạp (độ GQTK): 45±8
 - Góc đóng muộn xupap nạp (độ GQTK): 45±8
 - Góc mở sớm xupap thải (độ GQTK): 45±8
 - Góc đóng muộn xupap thải (độ GQTK): 45±8
 - Góc phun sớm (độ GQTK): 19
 - Công suất của động cơ, kW (mã lực): 110 (150)
 - Suất tiêu hao nhiên liệu, g/kW.h: 254
 Động cơ 6^ 12/14, tăng áp (6^H 12/14) lai máy phát điện như Hình 3.1
 62
 Hình 3.1. Động cơ 6Ч 12/14 tăng áp lai máy phát điện
3.1.2. Giới thiệu sơ bộ về kết cấu ống lót xi lanh của động cơ 6Ч 12/14
 Ong lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14 là loại ống lót xi lanh ướt có vai tựa 
trên, được chế tạo bằng gang. Mặt trong ống lót (mặt gương xi lanh) được gia 
công chính xác, mài nhẵn, được nhiệt luyện để tạo độ cứng cần thiết. Ong lót 
có hai đai để định tâm khi lắp ghép. Trên bề mặt đai định tâm phía dưới có xẻ 
hai rãnh vòng để lắp gioăng làm kín nước. Kiểu ống lót này khó làm mát đầy 
đủ ở vùng tiếp xúc với nhiệt độ và áp suất cao của khí thể do có vai tựa và gờ 
định tâm phía trên. Hình dáng và kết cấu của ống lót xi lanh động cơ 
6Ч 12/14 được cho trên Hình 3.2.
 б3
 Hình 3.2. Hình dáng và kết cấu của ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14
3.1.3. Đặc điểm kết cấu của pít tông động cơ 6Ч 12/14
 Pít tông của động cơ 6Ч 12/14 được chế bằng hợp kim nhôm rèn AK4, 
gồm phần đầu pít tông với đỉnh có khoét lỗ để tránh va đập với đế xu páp. Trên 
đỉnh pít tông cũng được khoét để cùng nắp máy tạo thành buồng cháy kiểu 
xoáy lốc. Đầu pít tông được xẻ các rãnh lắp xéc măng, có 3 rãnh xéc măng khí 
và 1 rãnh xéc măng dầu. Thân pít tông được khoét bệ đỡ chốt pít tông, hai bên 
thân gần bệ chốt pít tông có khoét các rãnh nhằm giảm trọng lượng và tránh 
giãn nở quá lớn gây bó kẹt.
 Hình dáng và kết cấu của pít tông động cơ 6Ч 12/14 như trên Hình 3.3.
 64
 Hình 3.3. Hình dáng và kết cấu của pít tông động cơ 6Ч 12/14
3.2. Xây dựng mô hình tính toán cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14
 Mô hình tính toán của cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14 được 
được xây dựng để tính toán cho các bài toán sau:
 - Tính sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh. Trong bài toán này cần 
tính chuyển động ngang của pít tông trong khe hở giữa pít tông với xi lanh và 
chuyển động xoay của pít tông trong khe hở đó, các chuyển động này gọi 
chung là chuyển động phụ của pít tông. Bên cạnh đó là tính lực va đập của pít 
tông lên thành xi lanh dưới tác dụng của lực ngang N và vận tốc ban đầu v0. 
Mô hình toán học của bài toán này được trình bày trong phần 2.2. Khi tính 
toán ta giả thiết bỏ qua lực ma sát của xéc măng trong rãnh xéc măng Pmx và 
mô men ma sát của chốt pít tông Mmc. Mô hình hình học của cặp pít tông - xi 
lanh sử dụng mô hình trên Hình 2.1 và Hình 2.2. Vị trí tính toán chuyển động 
phụ của pít tông là tại ba mặt cắt 1, 2, 3. Vị trí tính toán lực va đập tại mặt cắt 2. 
Khi tính lực va đập chỉ tính cho ba trường hợp đại diện là vận tốc chuyển 
động ngang lớn nhất vmax, lực ngang lớn nhất Nmax và khi v và N đều lớn.
 - Tính ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - xi 
lanh. Trong bài toán này mục đích cuối cùng là tìm được khe hở nhiệt của cặp 
pít tông - xi lanh ở các chế độ công tác khác nhau. Đối với động cơ 6Ч 12/14 lai 
máy phát điện đó là các chế độ (20, 40, 60, 80, 100)% tải v.v... Sở dĩ chọn các 
chế độ tính toán này do điều kiện thực nghiệm chỉ đo được nhiệt độ ống lót xi
 65
lanh ở các chế độ (20, 40, 60)% tải, nên lựa chọn chế độ tính toán tương ứng để 
kiểm định mô hình tính trường nhiệt độ của ống lót. Để xác định được khe hở 
nhiệt cần phải tính toán trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt của cặp pít 
tông - xi lanh. Mô hình toán của việc tính toán trường nhiệt độ và biến dạng 
nhiệt cũng như tính khe hở nhiệt đã được trình bày trong phần 2.3. Mô hình hình 
học để tính trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt củ