Báo cáo thực hành Tự động điều chỉnh và điều khiển hệ động lực

BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 1 -
5–2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ
BÁO CÁO THỰC HÀNH
Đề bài: Mô phỏng hệ động cơ – phụ tải khi trang bị bộ điều tốc có phản
hồi phụ tổng hợp cứng kiểu lực – mềm kiểu động học bộ điều tốc UG40-TL
TÊN HỌC PHẦN : TĐ ĐC&ĐK HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
MÃ HỌC PHẦN : 14206
HỆ ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC CHÌNH QUY
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
NGUYỄN VĂN TỐT
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 2 -
5–2014
1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC BỘ ĐIỀU TỐC UG40-TL
Sơ đồ nguyên lý bộ điều tốc UG40-TL
1-bình ổn áp; 2-piston secvomotor; 3-bơm dầu; 4-trục dẫn; 5-con trượt; 6-quả
văng; 7-lò xo bộ điều tốc; 8-piston; 9-ống lót; 10, 15, 17, 18, 19, 21, 25, 27, 29, 30, 33,
37, 41, 43- thanh ruyền; 11-piston bị động; 12-kim tiết lưu; 13-piston chủ động; 14-gối
đỡ; 16, 36, 42-khuỷu; 20- chốt; 22, 38- trục; 23- thanh ngang; 24- van điện từ; 26- vít
hạn chế tốc độ tối thiểu; 28- vít; 31- mặt côn; 32- lò xo; 34 trục ra; 35- trục vào; 39-
thanh cong; 40- cung răng; 44- piston; 45- piston; 46- xi phông; 47- bộ phận tiết lưu.
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
NGUYỄN VĂN TỐT
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 3 -
5–2014

1.1.SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG
Sơ đồ chức năng bộ điều tốc UG40-TL
Bộ điều tốc UG40-TL là bộ điều tốc tác động gián tiếp, có phản hồi phụ tổng
hợp cứng kiểu lực – mềm kiểu động học. Trong đó:
- Khâu cảm biến: 6 ,7
- Khâu khuếch đại: 2, 5
- Liên hệ ngược cứng: 27, 37, 38, 39, A, B
- Liên hệ ngược mềm: 11, 12, 13
- Bơm dầu và điều áp: 1, 3
Nhận xét: Do liên hệ ngược cứng tác động làm thay đổi biến dạng lò-xo, lực
đàn hồi thay đổi, lực ly tâm cân bằng thay đổi, vòng quay động cơ sau điều tốc thay
đổi
)(
0
nn ≠
.
1.1.1 XÉT SỰ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ ĐIỀU TỐC-ĐỘNG CƠ-PHỤ TẢI
Sơ đồ cấu trúc bộ điều tốc UG40-TL
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
NGUYỄN VĂN TỐT
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 4 -
5–2014
1.1.2. Xác định hàm truyền của hệ
Đưa hệ về dạng có hàm truyền như sau:
- Tong đó: Tín hiệu vào Ψ
( )p
; α
( )p

Tín hiệu ra W
( )p
- Hàm truyền qua
3
W

.
3( )
1
. .
W
. .
1
( . . . . . ). .
1 . . .
. . 1
a f a
a
p
f
a f a a KB f a
a KB
a f
T T p T
T p
T p
T T p T K K T T p
K K
T p T p
β

β
+
= =
+ +
−
+
-Xét hàm truyền của hệ theo W:

( ) ( ) 2 3
.W .W
p p
H X=

( ) ( ) ( ) 5 4 ( ) 2 3 ( ) 5 4
W ( .W ).W ( .W .W .W ).W
p p p p p
H X
α α
= − = −
( ) 1 ( ) ( ) 7 ( ) 6 1 ( ) ( ) 2 3 ( ) 5 4 7 ( ) 2 3 6
1 ( ) ( ) 4 5 7
2 3 4 7 2 3 6
W . W .W .W W . ( .W .W .W ).W .W .W .W .W
W . .W .W .W
1 W .W .W .W W .W .W
p p p p p p p p
p p
X H X X
ψ ψ α
ψ α

= − − = − − −
+
=
+ +
=>
1 ( ) ( ) 4 5 7
( ) 2 3 ( ) 5 4
2 3 4 7 2 3 6
W . .W .W .W
W ( .W .W .W ).W
1 W .W .W .W W .W .W
p p
p p
ψ α
α
+
= −
+ +
- Thay số:
T
a
T
d
T
f
K
a
K
b
K

d
β
ψ
θ
2 5,5 2 0,1 1 1,5 0,5 1


3( )
2
4. 2
W
8. 4. 0,2.
p
p
p p p
+
=
+ +
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
NGUYỄN VĂN TỐT
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 5 -
5–2014

4( )
1
W
5,5. 1,5
p

p
=
+
Suy ra:
( ) ( )
( ) ( )
2
2 2
1
.
4. 2 1
5,5. 1,5
W ( . ).
4. 2 1 4. 2
8. 4. 0,2. 5,5. 1,5
1 .
8. 4. 0,2. 5,5. 1,5 8. 4. 0,2.
p p
p p
p
p
p p
p p p p
p p p p p p p
ψ α
α
+
+
+
= −

+ +
+ + +
+ +
+ + + + +
1.1.3. Xét sự ổn định của hệ:
-Phương trình đặc trưng của hệ:

2
( )
((8. 4. 0,2. 4. 2) (4. 2)).(6. 1,5) 0
p
y p p p p p p= + + + + + + + =
 p = -0,47 ;
15
60
p
−
=
Vậy hệ đang xết ổn định theo tiêu chuẩn đại số.
1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Trục dẫn 4 truyền chuyển động quay cho ống lót có chứa con trượt điều
khiển 5, bơm dầu kiểu bánh răng 3 và các quả văng 6 của BCB. Lò xo điều tốc 7
có thể thay đổi được biến dạng ban đầu nhờ piston 8. Piston này nằm trong ống lót
9 được bố trí thanh răng. Piston và ống lót sẽ chuyển động đồng thời khi cho trước
chế độ tốc độ bằng cách quay cung răng 40 từ trục vào 35. Piston 8 và ống lót 9
chỉ có thể dịch chuyển tương đối với nhau dưới tác động của thanh truyền liên hệ
ngược cứng 27.
1.2.1. Khi tải không đổi
Khi chế đọ hoạt động của động cơ cân bằng ổn định, thì lực ly tâm của quả
văng 6 của BCB sẽ cân bằng với lực căng của lõ xo điều tốc 7, con trượt 5 nằm ở

vị trí đóng kín cửa sổ ngăn kéo của BKĐ, thanh răng nhiên liệu không đổi.
1.2.2. Khi tải tăng
Khi cân bằng bị phá vỡ, ví dụ khi tăng tải, vòng quay của trục động cơ giảm.
Lực lò xo 7 thắng lực ly tâm của các quả văng, đẩy con trượt 5 di xuống mở cửa
sổ ngăn kéo. Dầu có áp suất cao từ bình ổn áp 1 đi vào phía dưới piston
servomotor 2. Do kết cấu tiết diện dạng 2 cấp nên piston 2 dịch chuyển lên phía
trên. Thông qua khuỷu 36, trục ra 34 quay theo hướng lượng cấp nhiên liệu. Khi
tăng lượng cấp nhiên liệu vòng quay của trục động cơ tăng lên và chế độ cân bằng
dần được thiết lập.
Liên hệ ngược cứng kiểu lực được bố trí và hoạt động như sau: Trên khuỷu
36 của trục ra có gắn trục 38, trục này có nhiệm vụ truyền chuyển động từ khuỷu
36 đến thanh truyền hồi tiếp 37 thông qua thanh cong 39. Đầu bên trái của thanh
truyền 37 liên kết với thanh truyền kiểm cam tại điểm A. Dưới tác dụng của lò xo
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
NGUYỄN VĂN TỐT
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 6 -
5–2014
điều tốc 7, piston 8 tỳ lên profin cam. Cam này được cố định với ống lót 9 nhờ
chốt B.
Như trên đã đề cập, khi phụ tải của động cơ tăng, trục ra 34 của bộ điều
chỉnh quay theo hướng tăng lượng cấp nhiên liệu. Đầu bên phải của thanh truyền
hồi tiếp 37 chuyển động xuống, cam hồi tiếp quay quanh chốt B làm piston 8 dịch
chuyển lên phía trên so với ống lót cố định 9. Piston 8 đi lên làm giảm độ căng của
lò xo điều tốc 7, nhờ vậy lực lò xo sẽ đạt đến giá trị cân bằng với lực ly tâm của
quả văng, đua con trượt 5 về vị trí đóng kín các cửa sổ ngăn kéo. Rõ ràng ở trạng
thái cân bằng mới, vòng quay của động cơ giảm đi 1 ít do sức căng cả lo xo điều
tốc 7 giảm, xác định độ không đồng đều.
Liên hệ ngược mêm kiểu động năng được bố trí và hoạt động như sau: Khi

trục ra 34 quay theo chiều tăng lượng cấp nhiên liệu, thông qua thanh truyền 15
làm piston chủ động 13 đi xuống. Do tiết lưu qua van kim 12, dầu không kịp hồi
về két nên piston bị động 11 bị đẩy lên trên, làm biến dạng các lò xo cuả pisston
11. Điểm C dịch chuyển lên phía trên, thông qua thanh truyền 10 làm con trượt 5
đi lên hồi phục vị trí ban đầu, đóng cửa sổ ngăn kéo của BKĐ.
Sau 1 khoảng thời gian, các lò xo của piston 11 dần trở về trạng thái ban đầu
do dầu được xả về két qua van tiết lưu 12, do vậy điểm C của thanh truyền 10 bị
kéo xuống. Quá trình điều chỉnh tiếp tục diễn ra và chỉ kết thúc khi các lò xo của
piston 11 trở về trạng thái ban đầu, đồng thời con trượt 5 đống kín đường dầu vào
piston servomotor 2. Như vậy, cuối quá trình điều chỉnh, piston bị động 11, thanh
truyền 10 và đĩa đỡ phía dưới của lò xo điều tốc đã về vị trí ban đầu, không phụ
thuộc vào phụ tải của động cơ. Còn piston servomotor 2, trục ra 34 , thanh truyền
15, piston chủ ddoonhj 13, thanh truyền hồi tiếp cứng 37 và piston 8 sẽ nhận các vị
trí khác nhau phụ thuộc vào phụ tải của động cơ.
1.2.3. Khi tải giảm
(ngược lại với khi tăng tải)
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
NGUYỄN VĂN TỐT
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 7 -
5–2014
2. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐIỀU TỐC BẰNG MATLAB
2.1.SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU TỐC-ĐỘNG CƠ-PHỤ TẢI
Sơ đồ cấu trúc bộ điều tốc UG40-TL
2.2. THỰC HIỆN MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CHO TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ
T
a
T
d

T
f
K
a
K
b
K
d
β
ψ
θ
2 5,5 2 0,1 1 1,5 0,5 1
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
NGUYỄN VĂN TỐT
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 8 -
5–2014
Mô phỏng hệ động cơ – phụ tải khi trang bị bộ điều tốc UG40-TL bằng Simulink
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
NGUYỄN VĂN TỐT
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 9 -
5–2014
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
NGUYỄN VĂN TỐT
LỚP MTT51–ĐH2