thiết kế lắp đặt hệ thông gas lỏng trên xe ford transit (phần thiết bị đóng mở, an toàn và lắp đặt hệ thống)

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
1
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
LỜI NÓI ĐẦU
Môi trường hiện nay là mối quan tâm hàng đầu không những ở Việt Nam
mà là vấn đề toàn cầu , bởi vì mỗi ngày con người thải vào bầu khí quyển
của chúng ta hàng ngàn tấn khí thải có các chất độc hại cho sức khoẻ của
con người và môi trường ít gây ô nhiễm môi trường sống của chúng ta .
Thế kỷ 21 này con người chúng ta đang tìm năng lượng mới ít gây ô nhiễm
môi trường thay thế các năng lượng truyền thống đang ngày càng cạn kiệt
và chất thải có nhiều chất độc hại .Tuy rằng năng lượng mới này chưa được
sử dụng vào các hoạt động đời sống hàng ngày bởi những chi phí và công
nghệ hiện nay chúng ta chưa thể làm được , nhưng có một giải pháp làm
giảm ô nhiễm môi trường hiện nay là dùng gas hoá lỏng làm nhiên liệu cho
các động cơ ôtô thay thế việc dùng nhiên liệu cũ là xăng và diezen .
Được sự giúp đỡ của bộ môn cơ khí ôtô và đặc biệt là giúp đỡ nhiệt
tình của thầy Nguyễn Đức Tuấn em đã hoàn thành thiết kế tốt nghiệp với đề
tài thiết kế hệ thống gas lỏng lên xe Ford Transit dùng song nhiên liệu do
trình độ và thời gian có hạn nên không thể tránh được những sai sót.
Em rất mong được sự chỉ bảo các thầy của trong bộ môn để phần thiết kế
của em được hoàn thiện hơn .
Hà Nội 25/4/2003
Sinh Viên
Tống Quang Long
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
2
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
MỤCLỤC

Lời nói đầu
Chương 1 Giới thiệu xe lắp đặt…………………… 3
1.1 Giới thiệu xe Ford Transit……………… 3
1.2 Các phương án lắp đặt hệ thống gas lỏng …………6
Chương II Thiết kế thiết bị đóng , mở, an toàn……………… 13
2.1 Yêu cầu đặt ra đối với các loại van ……………… 13
2.2 Thiết kế tính toán các loại van …………………… 15
2.3 Hướng dẫn sử dụng và an toàn kỹ thuật ………… 41
Chương III Tính toán bình chứa 44
3.1 Yêu cầu của bình chứa …………………………… 44
3.2 Xác định kích thước bình chứa ……………… 44
Chương IV Thiết kế lắp đặt 48
4.1 Bố trí chung hệ thống gas lỏng trên ôtô …………….48
4.2 Các yêu cầu khi lắp đặt hệ thống gas lỏng lên ôtô… 52
4.3 Vị trí lắp đặt bình gas lỏng ……………………… 53
4.4 Tính toán lắp đặt ……………………………………5.3
Kết luận
Tài liệu tham khảo
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
3
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
Chương I GIỚI THIỆU XE LẮP ĐẶT
1.1 Giới thiệu xe Ford Transit
Xe Transit là một sản phẩm của tập đoàn xe hơi Ford của Hoa Kỳ được ra
đời năm 1965, đến năm 1997 thì loại xe này được giới thiệu tại thị trường
Việt Nam. Từ đó đến nay thì hãng luôn luôn cải tiến để tạo nên một chiếc xe
hiện đại chiếc xe Transit ngày nay có các thông số và tính năng sau :
Số lượng hành khách 16

Loại động cơ DOHC có 8 van
Số xi lanh 4 xếp thẳng hàng
Thứ tự nổ 1-3-4-2
Dung tích xi lanh (cc) 1998
Đường kính xi lanh (mm) 86
Hành trình piston (mm) 86
Tỷ số nén 9,8 : 1
Công suất cực đại KW/tại tốc độ quay (v/ph) 84/ 5000
Mô men xoắn cực đại Nm/tại tốc độ quay (v/ph) 170/2700
Tốc độ quay tối thiểu ( vòng /phút ) 850
Tốc độ quay tối đa ( vòng /phút ) 5950
Hộp số 5 số tay
Tỷ số truyền 1;2;3;4;5;L 3,89;2,08;1,34;1,00;0,82; 3,51
Hệ thống phanh trước Đĩa
Sau Tang trống
Bánh xe Bánh đơn
Kiểu lốp 225/70R15C8PR
Hệ thống lái Bánh răng và thanh răng
Bán kính quay vòng nhỏ nhất (m) 6,9
Chiều dài toàn thể (mm) 5368
Chiều rộng toàn thể (mm) 1972
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
4
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
Chiều cao toàn thể (mm) 2270
Chiều dài cơ sở (mm) 3570
Vệt bánh trước (mm) 1692
Vệt bánh sau (mm) 1700

Khoảng sáng gầm xe (mm) 188
Trọng lượng không tải (kG) 2130
Trọng lượng toàn tải (kG) 3500

SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
5
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
Hình 1.1 Xe Ford Transit 16 chỗ ngồi
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
6
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
1.2 Các phương án lắp đặt hệ thống gas lỏng lên xe
Xe transit hiện nay có hai loại động cơ là loại động cơ dùng nhiên liệu
Diezen và loại động cơ dùng nhiên liệu xăng với cơ cấu phun xăng điện tử .
Do xu hướng chung của thế giới người ta muốn sử dụng nhiên liệu ít ô
nhiễm môi trường, gọi là nhiên liệu sạch cho các động cơ ôtô, mà khí gas là
một sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thô nhiên liệu khí hoá
lỏng có thể thu được từ công đoạn lọc dầu hoặc làm sạch khí thiên nhiên ,
đây là một nhiên liệu sản phẩm cháy có ít chất độc hại hơn nhiên liệu xăng
và dầu diezen cho nên việc sử dụng khí gas là một giải pháp làm giảm ô
nhiễm môi trường và cũng có hiệu quả về mặt kinh tế.
Hiện nay mạng lưới các trạm cung cấp gas lỏng của Việt Nam chưa phát
triển và không có các trạm cung cấp gas ở dọc đường cho nên việc chuyên
hẳn sang dùng nhiên liệu gas trên ôtô thì khi xe bị hết nhiên liệu giữa đường
thì khó trong việc tiếp nhiên liệu.Cho nên các loại xe hiện nay nếu sử dụng
gas thì thường sử dụng song song cả hai loại nhiên liệu .

Các yêu cầu khi lắp hệ thống gas lỏng lên ô tô
- Ở điều kiện bình thường LPG tồn tại ở trạng thái hơi khi lắp trên ôtô LPG
được hoá lỏng bằng cách nén vào bình với áp suất cao và nhiệt độ bình
thường . Do vậy LPG luôn ở trạng thái bão hoà thiết lập cân bằng lỏng – hơi
nên với một tỷ lệ butan/propan nhất định , áp suất LPG hoàn toàn phụ thuộc
vào nhiệt độ mà không phụ vào lượng LPG trong bình chứa . Khi nhiệt độ
trong bình tăng thì áp suất trong bình tăng và ngược lại , xuất phát từ điều
kiện trên nên khi lắp đặt hệ thống gas gas lỏng lên xe cần tránh nơi có nhiệt
độ cao như động cơ , gần ống xả.
- LPG có độ nhớt rất thấp 0,3cst ở 20
o
C và nén áp suất cao nên LPG lỏng có
tính linh động cao , có thể bị dò rỉ , thẩm thấu ở những nơi mà nước và xăng
không rò được nên bình chứa phải chắc chắn chịu được áp suất cao khi thiết
kế lắp đặt cần tránh xa nơi có lửa
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
7
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
- LPG là chất khí có thể gây ngạt , dễ bốc cháy cho nên khi lắp đặt ở trong
khoang xe thì van an toàn xả ra trong trường hợp áp suất cao thì không được
xả vào trong khoang xe.
- Vị trí lắp đặt phải thuận tiện cho việc tiếp gas , sửa chữa , lắp đặt.
- Vị trí lắp đặt phải đảm bảo khối lượng gia công là nhỏ nhất để đảm bảo
hiệu quả về kinh tế .
- Đảm bảo chắc chắn , chịu được tải trọng động khi phanh đột ngột , khi va
đập.
- không ảnh hưởng đến hình dáng , kết cấu của xe cơ sở không ảnh hưởng
đến khí động học , không làm giảm khoảng sáng gầm xe .

Trong thiết kế tốt nghiệp thì em có nghiên cứu lắp đặt hệ thống dùng
nhiên liệu gas hoá lỏng cho xe ôtô Ford Transit có động cơ dùng nhiên liệu
xăng với cơ cấu phun xăng điện tử do loại xe này không có khoang trống
nằm ở vị trí kín của xe cho nên không có chỗ đặt bình gas vào trong đó sau
đây là một số phương án lắp bình gas trên xe .
1, Lắp lên nóc xe
a, Sơ đồ lắp đặt
Phương pháp lắp đặt này bình gas được định vị bởi các bu lông đai ốc giữa
đế bình gas và nóc xe , dây dẫn gas được bố trí ở bên trong sườn vỏ xe đi
đến bộ phận công tác .
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
8
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn



Hình 1.2 Lắp đặt bình gas lên nóc xe
1 : Xe cơ sở
2 : Bình gas
3 : Thiết bị đóng mở an toàn
4 : Hộp chứa bình gas
b,Ưu điểm phương pháp lắp đặt này
- Lắp đặt dễ dàng .
- Không chiếm không gian hữu ích của xe .
- Phân bố tải trọng sau khi lắp đặt ít thay đổi so với sự phân bố tải
trọng xe cơ sở.
- Việc tiếp nhiên liệu vào bình được tiến hành một cách dễ dàng
c, Nhược điểm

- Phải có hộp đặt bình gas nên tạo lực cản với không khí dạng khí
động học ảnh hưởng đến tốc độ của xe .
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39
2
3
2
4
1

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
9
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
- Độ bền khi lắp đặt kém nhất là khi có tải trọng động , phanh gấp , va
đập, đâm nhau.
- Tính thẩm mỹ kém
- Phải tốn thêm hộp đặt bình gas cho nên tăng chi phí lắp đặt.
- Tăng chiều cao cơ sở của xe.
d, Kết luận
Với cách lắp đặt này thì nó ảnh hưởng đến kết cấu của xe và xấu về mặt
thẩm mỹ nên không chọn cách lắp đặt này .
2, Lắp nối dài thêm ở đuôi xe
a, sơ đồ lắp đặt
Với cách lắp đặt này nối dài thêm khung xe thêm một đoạn ra phía sau rồi
đặt bình gas lỏng ở đó bình gas được định vị nhờ bulông đai ốc , đường
cung cấp gas đi dưới gầm xe .

Hình 1.3 Lắp đặt bình gas ở cuối xe
1 : Xe cơ sở 3 : Thiết bị đóng mở an toàn
2 : Bình gas
b, Ưu điểm của phương pháp lắp đặt này

SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39
3
2
2
1

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
10
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
- Dễ dàng lắp đặt khi sử dụng
- Không ảnh hưởng đến không gian hữu ích của xe .
- Dễ dàng tiếp nhiên liệu .
- Dễ dàng thay bình gas khi hết ở những nơi không có trạm tiếp gas
c, Nhược điểm
- Tăng chiều dài tổng thể của xe
- Thay đổi xe về mặt kết cấu làm ảnh hưởng đến phân bố tải trọng
làm của xe cơ sở.
- Về hình thức thẩm mỹ kém .
- Nguy hiểm khi bị xe khác đâm vào .
d, Kết luận
Cách lắp đặt ở sau xe này còn có nhiều nhược điểm làm thay đổi về kết
cấu của xe và xấu về hình thức nên khách hàng không thể chấp nhận cách
này, cho nên không thể chọn cách lắp đặt bình gas lỏng ở sau xe .
3, Lắp đặt ở bên dưới gầm xe
a, Sơ đồ bố trí
Với cách lắp đặt này lắp thêm các giá đỡ ở dưới khung xe sau đó định vị
bình gas bằng các bu lông đai ốc .
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp

11
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
Hình 1.4 Lắp đặt bình gas ở gầm xe
1 : Xe cơ sở
2 : Bình gas
b, Ưu điểm
- Đẹp về mặt hình thức kín và gọn
- Không ảnh hưởng đến không gian hữu ích của xe
c, Nhược điểm
- Khó lắp đặt , khó thay thế bình gas .
- Làm giảm khoảng sáng gầm xe .
- Rất nguy hiểm khi xe đi trên các địa hình gồ ghề bình gas dễ bị
va đập với nền đường gây nổ bình gas .
c, Kết luận
Do kết cấu khung gầm của xe thấp và không có khoang trống ở dưới sàn
xe nên khi lắp đặt dưới gầm xe thì bình gas lỏng tạo thành điểm thấp nhất
của khoảng sáng gầm xe dễ va đập khi xe đi ở những địa hình phức tạp gồ
ghề cho nên cách này không phải là tốt nên không chọn phương án này.
4, Lắp đặt ở hàng ghế cuối cùng
a, Sơ đồ bố trí
Với cách lắp đặt này bình gas lỏng ở ngay bên trong của cửa hậu và bên
dưới hàng ghế cuối cùng , hàng ghế cuối cùng có thể nâng cao lên một chút
hoặc bỏ hàng ghế cuối cùng đi để đặt bình gas và làm khoang hành lý .
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
12
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
1 : Xe cơ sở
2 : Bình gas

3 : Thiết bị đóng
mở, an toàn

Hình 1.5 Lắp đặt bình gas ở hàng ghế cuối cùng
b, Ưu điểm của phương pháp này
- Đặt ở vị trí này là chỗ kín không ảnh hưởng đến thẩm mỹ của xe
không ảnh hưởng đến kết cấu của xe .
- Dễ dàng lắp đặt, ở vị trí này dễ dàng tiếp nhiên liệu.
c, Nhược điểm
- Ảnh hưởng đến lối ra cửa hậu , làm cản trở lối ra ,vào của cửa này
d, Kết luận
Với tất cả các cách lắp đặt trên thì cách đặt bình gas ở hàng ghế cuối
cùng này có ưu điểm lớn nhất nên phương pháp này được chọn để thiết kế
lắp đặt .


SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
13
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
Chương II THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐÓNG,
MỞ, AN TOÀN
2.1 Yêu cầu đặt ra đối với các loại van
I, Van đóng, mở
Khi sử dụng nhiên liệu gas lỏng làm nhiên liệu cho động cơ xăng , như
vậy trên ôtô tồn tại hai hệ thống cung cấp nhiên liệu đó là hệ thống cung cấp
gas lỏng và hệ thống cung cấp xăng. Như vậy trên ôtô phải có hệ thống van
đóng, mở để thực hiện nhiệm vụ khi cần hệ thống nào nhiên liệu nào thì mở
loại nhiên liệu đó còn lại phải đóng hệ thống nhiên liệu kia lại .

Yêu cầu đối với các loại van đóng, mở:
- Cung cấp đầy đủ lượng nhiên liệu cho động cơ làm việc ở mọi chế độ
- Đóng kín hoàn toàn hệ thống cung cấp nhiên liệu nếu như hệ thống cung
cấp nhiên liệu không sử dụng.
- Có kêt cấu gọn nhẹ, dễ thao tác, sử dụng .
- Đảm bảo độ bền trong quá trình sử dụng , chịu được áp lực cao .
- Van phải được bố trí ở những nơi an toàn , thuận tiện.
II, Van an toàn
1, Van an toàn trong trường hợp áp suất quá cao
Điều đáng lo ngại nhất đối với người sử dụng gas lỏng là bình chứa có áp
suất cao chứa loại nhiên liệu dễ cháy , nên mọi người nghi nhất bình gas có
thể nổ ở áp suất cao. Vì vậy bình chứa gas lỏng phải có thiết bị an toàn khi
áp suất quá cao việc dùng gas cho động cơ có yêu cầu về tính an toàn cao
hơn dùng nhiên liệu xăng bởi gas là chất dễ bắt lửa lại nén ở áp suất cao cho
nên thiết bị không thể thiếu với mỗi bình gas là thiết bị an toàn khi áp suất
trong bình quá cao.
Các yêu cầu kỹ thuật khi lắp van an toàn bảo vệ bình chứa :
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
14
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
- Với áp suất giới hạn cho phép ở áp suất bình thường của bình chứa thì
van luôn luôn phải đóng kín .
- Khi áp suất trong bình tăng một cách đột ngột vượt quá giới hạn cho phép
thì van phải được mở ra ngay , và phải đảm bảo giảm áp suất trong bình
chứa xuống áp suất giới hạn cho phép trong thời gian nhanh nhất để đảm
bảo an toàn cho bình chứa và các hệ thống ống dẫn .
- Khi van an toàn mở thì lối thoát gas phải thoát ra ngoài môi trường , tuyệt
đối không được thải vào trong xe và chỗ thoát ra không có nguồn lửa và

nhiệt độ cao dễ bốc cháy .
- Trong quá trình sử dụng van phải đảm bảo được độ bền , sử dụng được lâu
dài.
- Van an toàn có thể điều chỉnh được áp suất mở cửa van theo ý muốn.
2, Van an toàn trong trường hợp hở đường dẫn
- Tất cả các hệ thống như đường ống dẫn các thiết bị đều hoạt động tốt và
kín thì không có điều gì xảy ra nhưng trường hợp đường ống dẫn bị dò rỉ, bị
đứt thì gas trong bình sẽ bị xả ra hết nếu như van không được con người
đóng lại , điều này rất là nguy hiểm với con người nếu như gas đó lại xả vào
trong xe hoặc gas xả ra bị bốc cháy . Vì vậy một thiết bị an toàn nữa cũng
không thể thiếu đó là van an toàn lưu lượng đóng bình gas lại nếu đường
dẫn bị hở.
Yêu cầu kỹ thuật đối với van an toàn lưu lượng :
- Với bình thường của bình gas thì van an toàn lưu lượng phải luôn luôn
được mở ra
- Khi áp suất trên đường ống dẫn giảm mạnh hoặc đã ngừng sử dụng mà áp
suất vẫn giảm thì van an toàn lưu lượng phải đóng lại .
- Van đã đóng lại thì phải được đóng kín , van phải chịu được áp lực bình
thường của bình gas lỏng trở lên .
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
15
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
- Van phải có độ bền và tuổi thọ làm việc van phải được mở ở mọi chế độ
làm việc của động cơ kể cả trường hợp tăng tốc đột ngột lưu lượng gas cũng
tăng một cách đột ngột làm giảm áp suất trong đường ống dẫn.
2.2 Thiết kế, tính toán các loại van
A, Thiết kế van an toàn
I, Van an toàn khi áp suất cao

Van an toàn có nhiều loại khác nhau , mỗi loại có những ưu điểm riêng
của nó nhưng trong thực tế hay sử dụng hai loại chủ yếu là van đóng mở
kiểu bi và van đóng mở kiểu phẳng
1, Van an toàn kiểu bi cầu
a, Cấu tạo

1: Đế van
2 : Vòng đệm
3 : Thân van
4 : Bi
5 : Lò xo
6 : Đai ốc hãm
7 : Vít điều chỉnh
Hình 2.1 van an toàn kiểu bi
b, Nguyên lý hoạt động
- Cửa van được đóng bởi viên bi 4 ở mức áp suất bình thường là 13÷14
KG/cm
2
đó

là trạng thái bình thường của bình gas thì van luôn luôn đóng
chặt nhờ lò xo 5 ép bi cầu khi áp suất trong bình vượt quá giới hạn cho phép
thì lực của khí gas sẽ thắng lực nén của lò xo và đẩy cho bi mở ra cho gas
thoát ra môi trường bên ngoài làm giảm áp suất bình chứa trở về áp suất
bình thường làm cho bình không bị nổ .
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39
3
1
2
6

4
5
7

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
16
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
- Van an toàncó thể điều chỉnh được lực mở cửa van bằng cách ta điều chỉnh
vít 7 sau khi điều chỉnh theo áp suất theo quy định xong thì hãm cố định lại
bằng đai ốc 6
Ưu nhược điểm :
- Ưu điểm : Độ bền sử dụng cao , dễ điều chỉnh áp suất mở cửa van .
Nhược điểm : Do van đóng bằng bi nên yêu cầu kỹ thuật chế tạo cao thì
mới đảm bảo được độ kín khít , van có kích thước lớn làm cho bình chứa có
kích thước cũng lớn nó ảnh hưởng đến việc bố trí bình chứa trên xe .
2, Van an toàn kiểu phẳng
a , Cấu tạo
1 Tấm đệm
2 : Thân van
3 : Nắp đạy cửa van
4 : Lò xo
5 : Đai ốc hãm
6 : Vít điều chỉnh

Hình 2.2 van an toàn kiểu phẳng
b Nguyên lý hoạt động
Ở trạng thái hệ thống cung cấp gas làm việc bình thường thì van luôn
đóng kín, cửa van được đóng kín bởi nắp đạy 3 , nắp đạy 3 được nén bởi lò
xo 4 sự kín khít của van nhờ vào tấm đệm cao su 1 . Vì một lý do nào đó mà
áp suất trong bình tăng lên cao vượt quá giới hạn cho phép thì lực của khí

gas sẽ thắng lực nén của lò xo 4 làm mở cửa van cho gas thoát ra ngoài để
đảm cho các thiết bị cũng như bình chứa .
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39
3
1
2
5
4
6

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
17
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
Việc điều chỉnh áp suất mở cửa van nhờ vào việc chỉnh vít 6 sau khi điều
chỉnh áp suất mở cửa van chính xác thì hãm chặt van bằng đai ốc 5.
Ưu điểm
Loại van này có kích thước về chiều cao nhỏ thuận tiện cho việc bố trí
van lên bình chứa và việc lắp đặt bình lên xe , van có độ kín cao bởi khe hở
đóng mở có đệm cao su , việc chế tạo đơn giản không đòi hỏi độ chính xác
cao .
3, Lựa chọn phương án thiết kế
Như đã trình bày ở trên với chiếc xe Ford Transit không gian lắp đặt rất
hẹp mà sử dụng cả hai nguồn nhiên liệu nên phải có cả hai loại bình chứa
khác nhau vì vậy khi chọn bình gas phải có kết cấu nhỏ gọn , kinh tế. Không
phải sửa đổi thêm về mặt kết cấu của xe và cũng như không mất đi chỗ ngồi.
Với hai loại van an toàn là van an toàn kiểu bi và van an toàn kiểu phẳng
thì van an toàn kiểu phẳng đạt được yêu cầu bởi vì nó có kết cấu gọn, độ
chính xác khi chế tạo không đòi hỏi cao. Cho nên van an toàn kiểu phẳng
được chọn để lắp đặt trên bình gas.
Vật liệu chế tạo thân van là : Đồng thanh thiếc

Vật liệu chế tạo bu lông nắp van : Thép
Vật liệu chế tạo lò xo : thép man gan 65r
4,Tính toán các thông số cơ bản của van an toàn
- Xác định áp suất mở cửa van và đường kính van
Với áp suất 7÷8 KG/cm
2
thì gas được hoá lỏng , nhưng hiện nay thì các
bình gas ở Việt Nam có áp suất từ 13÷14 KG/cm
2
. Do điều kiện khí hậu
cũng như thời tiết ở Việt Nam thì để đảm bảo an toàn cho bình chứa thì van
an toàn phải mở để xả gas ở áp suất trong bình là 16 KG/cm
2
.
Với áp suất 16 KG/cm
2
thì lực khí gas mở cửa van an toàn là Pr
Pr = P
1
.f
1
Trong đó : P
1
là áp suất lớn nhất của bình chứa P
1
= 16KG
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
18

GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
f
1
diện tích của van an toàn
Chọn đường kính của van là d
v
= 15 mm
Diện tích của van là f
1
=
4
.
2
r
d
π
=
4
15.14,3
2
= 176 mm
2
= 1,76cm
2
Lực khí gas mở cửa van là Pr = 16.1,76 = 28,27 KG
Xác định độ mở cửa van (h) :
Khi áp suất trong bình tăng đột ngột thì van an toàn có nhiệm vụ mở cửa van
xả khí ra bên ngoài để giảm áp suất trong bình xuống đảm bảo an toàn cho
bình chứa , với bình chứa có van an toàn đường kính là d
v

=1,5 cm thì đảm
bảo được lượng khí thoát ra ngoài nhanh và có kết cấu van không quá lớn .
Gọi F
m
là tiết diện khi mở cửa van thì :
F
m
=
π
.d
v
.h
h =
v
v
d
F
.
π
=
5,1.14,3
76,1
= 0,375 cm
Như vậy khi mở cửa van an toàn thì lò xo 4 của van bị nén lại một đoạn là
∆l = h = 0,375 (cm) để đảm bảo lượng gas thoát ra bên ngoài và giảm nhanh
áp suất trong bình . Lực làm cho lò xo bắt đầu dịch chuyển là 28,27 KG
tương ứng với áp suất trong bình là 16 KG/cm
2
.
Khi áp suất tăng lên thì làm cho lò xo dịch chuyển , giả sử độ gia tăng áp

suất ∆p = 0,5 KG/ cm
2
thì lực tác động lên van tăng là ∆P
v
= ∆p.F
v
∆P
v
= 0,5.1,76 = 0,88 KG
Như vậy khi tăng lực là 0,88 KG thì lò xo dịch chuyển một đoạn là
∆l = 0,375 cm do đó độ cứng của lò xo là
k =
cm
KG
l
P
v
356,2
375,0
88,0
==
∆
∆

SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
19
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
- Xác định kích thước của lò xo

δ
Hình 2.3 cấu tạo lò xo van an toàn
D : Đường kính trung bình của lò xo
d : Đường kính trung bình của dây lò xo
H : Chiều dài của lò xo
t : Bước của lò xo
δ : Khe hở giữa các vòng của lò xo
Tỷ số đường kính c
d
D
=
chọn c = 7
Chọn vật liệu chế tạo lò xo là thép Mangan 65r có giới hạn bền là
Δ
bk
= 1600 N/ cm
2

[τ]
x
= 0,3 .δ
bk
= 480 N/ cm
2

Do lò xo là dây chịu uốn nên hệ số xét đến độ cong của dây lò xo là

ϕ
=
34
24
−
+
C
c
=
37.4
27.4
−
+
= 1,2
Chọn đường kính của lò xo D = 2,8 cm thì dường kính lò xo là :
d =
4,0
7
8,2
==
c
D
(cm)
Kiểm tra độ bền của theo ứng suất cắt của lò xo :
τ
max
=
33
0
4.14,3

28.7,282.2,1.8
.
8
W
.
=≈
d
DPM
vx
π
ϕϕ
τ
max
= 377 N/mm
2
< [τ]
x
Thoả mãn điều kiện bền cắt
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
20
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
Xác định số vòng làm việc của lò xo

( )
minmax 8

3
PPc

dGx
i
−
=
Trong đó
x: Là chuyển vị lớn nhất của lò xo
x = h = 0,375cm = 3,75mm
G : Mô đun đàn hồi trượt G = 8.10
4
N/mm
2

Pmax : Lực lớn nhất để mở cửa van ứng với khi áp suất
bình chứa 16 KG/cm
2

Pmin : Lực mở cửa van nhỏ nhất ứng với ứng với áp suất
khi áp suất trong bình chứa 13 KG/ cm
2
Pmin = 13.1,76 = 23 KG = 230 N
Thay vào công thức ta được

)(
8
2307,282.7.8
4.10.8.75,3
3
4
=
−

=
i
( vòng)
Số vòng thực tế : i
0
= i +2 = 8+2 = 10 vòng
Chuyển vị lớn nhất của lò xo để tạo lực ép P
v

===
44
3
4
3
4.10.8
8.24.7,282.8
.
8
dG
iDP
v
λ
12 mm
Bước của lò xo khi chưa chịu tải
T = d +
i
λ
+ δ
δ : Khe hở ở giữa các vòng lò xo khi chịu lực lớn nhất P
max

Để tránh các vòng tiếp xúc nhau δ = 0,75d
δ = 0,75. 0,4 = 0.3 cm
t = 0,4 +
8
2,1
+ 0,3 = 0,85 (cm)
- Chiều dài lò xo lúc các vòng chịu tải
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39
74
28
8,5
ø
4

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
21
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
H
v
= ( i
o
- 0,5).d + i.δ
H
v
= (10 - 0,5).0,4 +8.0,3 = 6,2 cm
Chiều dài của các lò xo khi chịu
H
o
= H
v

+ λ = 6,2 + 1,2 = 7,4 (cm)
Như vậy lò xo van an toàn có các kích thước sau:
D = 28 mm
d = 4 mm
H
o
= 74 mm
t = 8,5 mm
k = 2,356 KG/cm

Hình 2.4 Kích thước của lò xo van an toàn
Kích thước của nắp đạy cửa được chọn theo kích thước hợp lý
Kích thước thân van chọn theo nắp van và lò xo
Kích thước bu lông nắp van chọn theo thân van
Xác định đường kính lỗ thoát .
Để đảm bảo lượng khí thoát ra ngoài hoàn toàn không có sự cản trở của
đường ống thoát hơi thì diện tích thoát hơi không không nhỏ hơn diện tích lỗ
van.
Gọi d
c
là đường kính lỗ thoát hơi , do người ta thường khoan hai lỗ đối
xứng nhau để thoát hơi về hai hướng nên điều kiện đường kính lỗ thoát là :

v
c
F
d
≥
4
2

2
π
= 1,76 cm
2
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
22
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
d
c
≥
1cm Lấy d
c
= 1.2 cm
Ngoài miệng lỗ thường được khoan mở rộng để khí gas thoát ra ngoài dễ
dàng và tăng góc thoát khí làm vùng làm vùng thoát khí rộng giảm mật độ
khí thoát gas ít gây nguy hiểm cho người và phương tiện .
Kích thước nắp đạy , cửa van được chọn theo kích thước hợp lý

Kích thước cụ thể của van như sau



Hình 2.5 Kích thước van an toàn kiểu phẳng
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39
Ø28
Ø
4
Ø15

Ø30
Ø29
Ø
3
2
1
4
5
6

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
23
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
II, Van an toàn lưu lượng
1,Van lưu lượng kiểu khí động
1:Dòng khí gas vào
2 :Cửa van
3 : Lò xo hồi vị
Hình 2.6 : Cấu tạo van an toàn lưu lượng kiểu khí động
Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ hoạt động bình thường cửa van được mở ra dưới tác dụng
của lực lò xo đảm bảo lưu lượng đi qua van đủ cung cấp cho động cơ hoạt
động ở mọi chế độ .
Khi có sự dò rỉ gas lưu lượng đi qua van tăng một cách đột ngột làm cho
lực tác dụng lên cửa van tăng lên đến khi thắng được lực ép của lò xo thì cửa
van đóng lại , do chênh áp giữa đường gas vào và đường gas ra nên cửa van
được giữ ở vị trí đóng , sau khi sửa chữa hệ thống cung cấp nhiên liệu người
ta mở cửa van cho gas đi qua nên trong cơ cấu van còn có cơ cấu để mở cửa
van khi không còn sự cố về đường ống nữa .
2, Van lưu lượng kiểu cơ khí

Van an toàn lưu lượng kiểu cơ khí có hai loại sử dụng tín hiệu điều khiển
là áp suất hoặc lưu lượng
- Với tín hiệu điều khiển là lưu lượng người ta có thể dùng các cảm biến là
các datrich hoặc các cơ cấu đo để xác định lưu lượng đi qua đường cung cấp
nhiên liệu nếu lớn hơn lưu lượng lưu lượng động cơ tieu thụ thì các cảm
biến này truyền tín hiệu về thành tín hiệu điện điều khiển cơ cấu chấp hành
đóng đường cung cấp nhiên liệu
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39
1
2
3

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
24
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
- Với tín hiệu điều khiển theo áp suất
Cấu tạo

Hình 2.7 : Cấu tạo van lưu lượng kiểu cơ khí
01 : Nắp van 06 : Gich lơ
02 : Lò xo hồi vị 07 : Ống giảm tải
03 : Hạn chế hành trình cam 08 : Nắp đỡ lò xo
04 : Cam 09 : Lò xo cân bằng
05 : Cơ cấu hãm 10 : Màng trên
11 : Màng dưới
Nguyên lý hoạt động
Ở trạng thái bình thường , áp suất vào van là p
1
áp suất trong van là p
2

áp
suất cửa ra của van là p
3
. Khi động cơ làm việc ﴾ p
1
› p
2
› p
3
﴿ lúc này lực lò
xo đủ lớn để đẩy mở cửa van để gas đi qua.
Khi có sự dò gas áp suất p
3
giảm xuống nhanh làm cho sự chênh áp
∆p ═ p
2
- p
1
tăng lên đến một giá trị cho phép thì lực tác
dụng của lò xo lên màng không còn đủ để thắng lực đẩy của lực khí thể lên
màng làm cho màng chuyển động đi lên qua cơ cấu trục và cam làm cho cơ
cấu đóng lại.
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39

ThiÕt kÕ tèt nghiÖp
25
GVHD : TS NguyÔn §øc TuÊn
Sau khi cửa van đóng lại làm cho áp suất p
2
giảm xuống nhanh nên độ

chênh áp ∆p giảm dần tới ∆p ═ 0 lực lò xo có xu hướng đẩy mở cửa van làm
cho gas thoát ra ngoài nhưng nó bị hãm lại nhờ tính tự hãm của cơ cấu cam
lệch tâm.
a, Lựa chọn phương án thiết kế:
Đối với van lưu lượng kiểu khí động có kết cấu đơn giản nhưng có độ
chính xác không cao do xác định độ chính xác lưu lượng dòng khí đi qua
van rất khó vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên van này ít được sử dụng.
Đối với van lưu lượng kiểu cơ khí tín hiệu điều khiển là lưu lượng có kết
cấu là đơn giản, nhỏ gọn nhưng độ chính xác không cao và độ tin cậy kém
do thông số và dụng cụ đo chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ
ẩm, độ đồng nhất của khí gas…
Van lưu lượng kiểu cơ khí tín hiệu điều khiển là áp suất có kết cấu là
phức tạp hơn nhưng có độ chính xác cao, dễ tính toán, dễ chế tạo nên việc
thiết kế được tính toán cho van lưu lượng cơ khí với thông số điều khiển là
áp suất.


Hình2.8 Van lưu lượng cơ khí
Chọn tiết diện màng van d
v
= 32 mm
Chọn tiết diện trục trong van d
t
= 6 mm
SVTH : Tèng Quang Long Líp C¬ khÝ « t«- K39
Ø32
Ø
3
2