Nghiên cứu chế tạo trục cam động cơ D243 phục vụ nhu cầu thuỷ hoá

1. Đặt vấn đề.

Động cơ D243 là động cơ do Nhà máy Diesel Sông Công sản xuất, trên dây chuyền công nghệ của Cộng hoà Belarut. Trục cam của cơ cấu phối khí có biên dạng lồi ba cung, vì  vậy cơ cấu phối khí làm việc không êm, ứng suất trên bề mặt tiếp xúc lớn, trị số thời gian tiết diện thấp. Động cơ được chế tạo chủ yếu lắp trên máy kéo. Về mặt chất lượng, động cơ này đã khẳng định được vị trí của mình trên thị trường Việt Nam. Ngoài ra, động cơ này còn được sử dụng để lắp trên các tàu thuyền cỡ nhỏ phục vụ vận tải, vì vậy cần phải có những cải tiến để hoàn thiện loại động cơ này. Trên cơ sở kết quả tính toán biên dạng cam và pha phối khí tối ưu bằng phần mềm AVL Boost và AVL Tycon([1], [2]), bài viết trình bày những nghiên cứu thiết kế và chế tạo trục cam  cơ cấu phối khí động cơ D243 cho nhu cầu thuỷ hoá dựa trên những trang thiết bị và công nghệ hiện có của Công ty Diesel Sông Công.

2. Thiết kế trục cam.

- Xây dựng bản vẽ 3D: Dữ liệu sử dụng để xây dựng là biên dạng cam nạp và biên dạng cam thải theo toạ độ cực và các pha phối khí tối ưu đã được tính toán bằng phần mềm AVL Boost và AVL Tycon cho trục cam của động cơ D243 khi thuỷ hoá [2], cùng với các thông số kích thước khác như đường kích trục, cổ trục khoảng cách giữa các vấu cam, rãnh then, lỗ dầu(vẫn giữ nguyên theo trục cam nguyên thuỷ). Góc lệch đỉnh cam giữa các vấu cam đựơc xác định từ pha phối khí. Nhập vào phần mềm Catia(mô đun chuyên thiết kế về cơ khí của hãng IBM), trên phần mềm này còn cho phép hiệu chỉnh sao cho phù hợp với gia công, sẽ nhận được trục cam mới như hình 1.

- Xây dựng bản vẽ chế tạo trục cam cải tiến: Từ bản vẽ 3D của phần mềm Catia xuất ra bản vẽ Autocad dưới dạng 2D, sẽ nhận được bản vẽ chế tạo của trục cam cải tiến. Trục cam  cải tiến cơ bản giống như trục cam nguyên thuỷ, chỉ khác biên dạng của cam nạp, cam thải, và góc lệch đỉnh cam, còn các chỉ tiêu về độ cứng bề mặt, dung sai vẫn giữ nguyên giống như trục cam nguyên thuỷ.

3. Thiết kế, chế tạo cam mẫu.

Cam mẫu được sử dụng để mài trục cam theo nó. Vì vậy, việc chế tạo cam mẫu là một trong những bước quyết định trong chế tạo trục cam. Cam mẫu phải có độ chính xác cao phù hợp với máy mài hiện có. Trên cơ sở máy mài của Nhà máy, lựa chọn phương án cam mẫu phải có kích thước lớn gấp 4 lần cam thật, nhằm để đảm bảo độ chính xác. Cam mẫu gồm hai cam có biên dạng ứng với cam  nạp và cam thải, trên đó phải có các rãnh then được phay theo góc lệch đỉnh cam và thứ tự làm việc của từng máy trên động cơ. Quy trình chế tạo cam mẫu được lựa chọn như sau:

- Lập trình cắt cam nạp, cam thải trên máy cắt dây CNC: W-A30, cam nạp và cam thải cắt theo đúng biên dạng cam đã dựng bằng phần mềm Catia, hai cam này được dùng để mài cam mẫu, có hình dáng như hình 2.

- Mài cam mẫu bằng cách chép lại cam nạp và cam thải theo biên dạng cam thật, sao cho kích thước của cam mẫu phải khuyếch đại lên 4 lần so với biên dạng đã thiết kế, bước này được thực hiện trên máy mài chép hình 3M344.

- Cắt các rãnh then của cam mẫu để định vị cam mẫu, các rãnh then này xác định theo góc lệch đỉnh cam, bước này thực hiện trên máy cắt dây CNC W-A30(hình 3).

- Ghép cam mẫu lên trục, kiểm tra góc lệch công tác giữa các cam trên trục theo đúng bản vẽ thiết kế.

Để có được bản vẽ của cam mẫu phải đo cam mẫu trên máy đo không gian ba chiều,  dữ liệu đo được nhập vào phần mềm Catia, dựng lại bản vẽ của cam mẫu, được trình bày trên các hình 4, 5, 6:

4. Gia công trục cam.

Qua việc tìm hiểu công nghệ và trang thiết bị hiện có tại Công ty Diesel Sông Công, cho thấy, trang thiết bị ở đây hiện đại đảm bảo độ chính xác cao, có thể đáp ứng được yêu cầu chế tạo. Tiến trình công nghệ gia công trục cam cho động cơ gồm 16 bước, trục cam chế tạo thử được tổng kiểm tra kích thước trên máy đo không gian ba chiều Beyond Crysta C 7106 của hãng Mitutoyo (Coordinate Measuring Machinne), các thông số kiểm tra:  biên dạng các cam, góc lệch đỉnh cam,...; Góc lệch giữa các đỉnh cam được minh hoạ trên hình 7, sai số giữa góc lệch đỉnh cam so với bản vẽ chế tạo trục cam nằm trong miền giá trị cho phép được trình bày trên bảng 1.

Dựa vào kết quả đo không gian ba chiều có thể khẳng định  trục cam được chế tạo có thể đáp ứng được yêu cầu của bản vẽ thiết kế đề ra.

5. Kết luận.

- Đã xây dựng được bản vẽ chế tạo trục cam bằng phần mềm Catia và Autocad, cho phép sử dụng các bản vẽ này để chế tạo trục cam cho nhu cầu thuỷ hoá, dữ liệu từ phần mềm Catia có thể làm cơ sở dữ liệu cho lập trình gia công trên máy CNC.

- Chế tạo được cam mẫu có độ chính xác cao, cho phép sử dụng để mài trục cam  chính xác theo yêu cầu thiết kế. Xây dựng được bản vẽ cam  mẫu phục vụ cho việc nghiên cứu hiệu chỉnh và sử dụng cho những lần chế tạo cam mẫu tiếp theo.

- Lựa chọn được tiến trình công nghệ gia công phù hợp với trang thiết bị hiện có của nhà máy, chế tạo thử được một trục cam  theo qui trình đã xây dựng, trục cam chế tạo đảm bảo độ chính xác. Trục cam mới đã được lắp lên động cơ D243 và thử nghiệm, kết quả thử nghiệm cho thấy cải thiện được các chỉ tiêu công tác của động cơ khi thuỷ hoá.

Tài liệu tham khảo

[1]. Cù Huy Thành, Hà Quang Minh, Phạm Minh Tuấn. Dùng phần mềm Tycon thiết kế biên dạng cam cam không va đập theo phương pháp Polydyne. Tạp chí bộ công nghiệp. Hà nội 3-2006.