andrey

Путь к Файлу: /разное / Бакалавр(Mythos) / мой бакалавр Димон / бакалавр у сани / Бакалаврат у тараса / Спец.задание(бакалавр).doc

Ознакомиться или скачать весь учебный материал данного пользователя
Скачиваний:   1
Пользователь:   andrey
Добавлен:   20.01.2015
Размер:   114.5 КБ
СКАЧАТЬ

6 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ КОНСТРУКЦИИ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ

6.1 Анализ технического уровня ТА базового двигателя и обоснование необходимости усовершенствования ТА

С целью оценки технического уровня дизеля-прототипа СМД-18, а также для определения уровня его дальнейшего совершенствования, мною проведен анализ состояния мирового двигателестроения аналогичного назначения. В результате анализа выявлено, что отечественные аналоги для оцениваемого двигателя отсутствуют. В качестве зарубежных аналогов приняты двигатели ведущих западных фирм: Renault (Франция), Cummins, Caterpillar (США), Nissan (Япония), IVECO (Италия), Mercedes-Benz (Германия), DAF (Нидерланды).

По уровню выброса вредных веществ с отработавшими газами и дымности оцениваемый дизель уступает выбранным аналогам.

Снижение выбросов оксидов азота современных автотракторных дизелей обеспечивается:

- воздействием на рабочий процесс;

- применением альтернативных топлив.

Основные пути воздействия на рабочий процесс дизелей с целью повышения технико-экономических и экологических показателей связаны с оптимизацией распределения топлива в камере сгорания, форсированием процесса топливоподачи. Оптимизация распределения топлива интенсифицирует смесеобразование и сгорание топлива, что в конечном счете повышает КПД цикла и улучшает расход топлива. Улучшение расхода топлива позволяет устанавливать более поздний угол опережения впрыска топлива и без ухудшения исходной топливной экономичности снижать выделение оксидов азота как в период индукции так и при диффузионном горении топлива.

В комплексе мероприятий, обеспечивающих решение отмеченных выше проблем, одним из основных направлений является создание топливных систем с высокими давлениями впрыскивания.

Учитывая необходимость совершенствования экологических и экономических характеристик тракторного двигателя до уровня мировых стандартов без существенного увеличения его стоимости, в данном комплексном бакалаврском проекте, предлагается интенсифицировать процессы смесеобразования и сгорания с целью улучшения технико-экономических и экологических  показателей проектируемого дизеля при работе его по скоростной характеристике за счет интенсификации впрыскивания топлива.

ТА базового двигателя включает топливный насос ЛСТНФ 4110012.

Отъемная головка топливного насоса отлита из чугуна СЧ21. В гнездах головки установлены плунжерные пары и нагнетательные клапаны, стянутые штуцерами высокого давления. При этом обеспечивается герметичность следующих стыков: торец штуцера высокого давления – медно-асбестовая прокладка – буртик корпуса нагнетательного клапана; торец корпуса нагнетательного клапана – торец золотниковой части втулки плунжера (оба торца имеют высокую плоскостность и чистоту обработки); буртик золотниковой части втулки плунжера – медная прокладка – торец гнезда в головке под СВД. Герметизация вышеуказанных стыков обеспечивает герметичность надплунжерной полости и полости низкого давления. Момент затяжки штуцеров высокого давления регламентирован 120 Н.м (удельное давление между торцами корпуса нагнетательного клапана и втулки плунжера 2000 МПа), чтобы обеспечить герметичность стыков и вместе с тем не вызвать чрезмерную деформацию золотниковых частей втулок плунжеров. Втулки плунжеров фиксируются от проворачивания винтами.

Недостатки такого ТНВД с открытыми корпусами и вставными СВД:

1) наличие бокового люка в корпусе насоса снижает его жесткость и прочность, что ограничивает уровень давления впрыскивания;

2) золотниковая часть втулки плунжера сжимается силой от затяжки штуцера высокого давления, что вызывает ее деформацию;

3) верхняя часть корпуса наоса нагружена силами, возникающими при затяжке штуцеров высокого давления;

4) механизм регулировки подачи топлива путем осевого поворота плунжера относительно втулки плунжера и механизма регулировки момента начала нагнетания с помощью болта и контргайкой не позволяют автоматизировать регулировку ТНВД;

5) механизм регулировки начала нагнетания топлива с помощью болта с контргайкой при высоких давлениях впрыскивания работает ненадежно.

Вследствие выше приведенных недостатков ТНВД с открытыми корпусами и вставными СВД не могут обеспечивать интенсивное впрыскивание топлива.

 

 

6.2 Анализ направлений усовершенствования ТА тракторных дизелей

От топливной аппаратуры зависят основные мощностные и экономические показатели дизеля, его надежность, стабильность параметров, удельные массовые и объемные характеристики, уровень создаваемого звука, а также токсичность и дымность ОГ. Топливная аппаратура должна обеспечить подачу за короткий промежуток времени, точно дозированной порции топлива в заданный период рабочего цикла в цилиндры дизеля в соответствии с порядком их работы под высоким давлением, изменяющимся по определенному закону.

Основные тенденции совершенствования экономических и экологических показателей современных дизелей с непосредственным впрыском топлива связаны с повышением энергии впрыска, которую принято характеризовать максимальным давлением топлива у форсунки (pф max.).

Увеличение pф max за счет форсирования процесса впрыска позволяет сократить продолжительность впрыска и оптимизировать процесс сгорания, особенно в конечной стадии, а также уменьшить выбросы вредных веществ с ОГ дизеля. С увеличением pф max увеличивается также дисперсность распыливания топлива, что улучшает условия смесеобразования и также уменьшает дымность и выбросы вредных веществ.

Так, например, на дизелях типа DDA 8.2L (DETROL-DIESEL, США) уменьшение выбросов частиц и дымности достигалось увеличением давления впрыскивания топлива путем использования насос-форсунки с распыливающими отверстиями уменьшенного диаметра и увеличенным активным ходом плунжера для сохранения цикловой подачи на прежнем уровне.

Для обеспечения рациональной характеристики впрыскивания, т.е. зависимости изменения во времени количества топлива, впрыскиваемого форсункой за каждый градус поворота кулачка насоса, и оптимальной подачи топлива в цилиндр по отношению к моменту достижения поршнем ВМТ на дизеле-прототипе СМД-18 были также проведены испытания по исследованию влияния давления начала подъема иглы форсунки на параметры топливоподачи и показатели рабочего процесса.

В процессе испытаний уточнялись установочные углы опережения впрыска топлива с изменением давления начала подъема иглы форсунки. Из результатов испытаний следует, что дизель, укомплектованный форсунками, при увеличении давления начала подъема иглы форсунки, обеспечивает снижение продолжительности впрыска.

На формирование факела топлива, его структуру интенсивно влияет организация гидродинамического процесса в проточной части распылителя форсунки, в частности пространства под иглой, откуда топливо нагнетается в сопловые отверстия распылителя. Экспериментально установлена прямая зависимость концентрации углеводородов от объема под иглой форсунки является применение распылителей, у которых распыливающие отверстия начинаются на запорном конусе. Применение таких распылителей снижает выбросы СН на 25%. С ростом энергии распыливания топлива, а потому скорости посадки иглы, связана тенденция к уменьшению диаметра последней, что будет способствовать повышению ресурса форсунок в условиях форсирования проектируемого дизеля.

 

 

 

 

6.3 Описание конструкции усовершенствованной ТА

Для повышения интенсивности впрыскивания ТА должна обеспечивать повышенные объемные скорости топливоподачи Vт.

Современные конструкции топливных насосов позволяющие повысить Vт имеют такие конструктивные особенности:

1. Корпус насоса представляет собой монолитную отливку без бокового люка, в которой установлены подвесные СВД, толкатели и кулачковый вал привода плунжера.

2. СВД – подвесного типа, что разгружает верхнюю часть корпуса насоса от сил, возникающих при затяжке штуцера высокого давления.

3. Полость низкого давления насоса уплотнена с помощью резиновых колец по наружной поверхности втулки плунжера.

4. Механизм регулировки начала нагнетания СВД изменяет начало нагнетания перемещением наполнительного отверстия втулки плунжера вдоль ее оси относительно торца плунжера.

5. Механизм регулировки подачи топлива СВД изменяет подачу топлива поворотом втулки плунжера относительно ее оси.

Благодаря вышеприведенным конструктивным особенностям эти ТНВД имеют уменьшенные габариты, существенно меньшую удельную массу по сравнению с насосами с открытым корпусом и позволяют при меньшем межосевом расстоянии использовать увеличенные диаметры плунжеров, реализовать высокие давления впрыскивания, автоматизировать регулировку начала нагнетания и подачи топлива.

Кулачковый вал в передней опоре базируется двухрядным радиальным подшипником 3056206 (ГОСТ 4252–75) и жестко фиксируется от осевого перемещения резьбовым кольцом. Задняя опора плавающая и базируется или в таком же подшипнике, или в роликовом радиальном, без внутреннего кольца 292605А (ГОСТ 5377–79).

 Две промежуточные опоры, выполнены из алюминиевого сплава, но размещены симметрично между третьей-четвертой и пятой-шестой секциями. Очевидно, расположение опоры между третьей и четвертой секциями, а не второй и третьей, обеспечило более эффективную работу.

В связи с тем что все элементы приводов плунжеров секций имеют высокие удельные нагрузки, особенно при больших диаметрах плунжеров – более 13 мм, организована система циркуляционной смазки с гарантированным уровнем в картере корпуса ТН в. д. Подвод смазочного материала осуществляется через зазор между расточкой корпуса насоса и толкателем плунжера (одной из секций).

Толкатель плунжера выполнен большим на 1,5 мм по диаметру, чем в насосе 421, и соответственно увеличена ширина ролика на 2 мм, что при прочих равных условиях в 1,06 раза позволяет обеспечить допускаемую величину контактных напряжений в сопряжении ролик – кулачок. Диаметральные размеры ролика, его втулки и оси сохранены одинаковыми (26, 17 и 12 мм). Однако несколько увеличены зазоры в сопряжениях для улучшения условий смазывания и некоторой компенсации возможных перекосов в сопрягаемых элементах. С этой же целью наружная поверхность втулки ролика выполнена с обниженными участками у торцов до 0,05 мм. В форсированных модификациях ТН в. д. для ролика возможно применение стали ШХ15 электрошлакового переплава ( ГОСТ 801-78).

Фиксация толкателей осуществлена четырьмя цилиндрическими штифтами, по одному на каждую пару. Отличительная особенность от известных устройств – наклонное (до 30°) расположение штифтов, чем обеспечивается большее перекрытие фиксируемой поверхности. Этим же фиксатором без дополнительных устройств удерживается и ось ролика от продольного перемещения даже при размере диаметра оси, меньшем хода плунжера (толкателя). В данном случае наибольший ход плунжера 14 мм, а диаметр оси – 12 мм.

Конструкция секции ТН оригинальна. Втулка плунжера без дополнительного корпуса с двумя уплотнительными кольцами выполнена как одно целое с гнездом под штуцер в. д., но без фланца для крепления к корпусу ТН в. д. Съемный фланец устанавливается на штуцер, прилегая к торцу втулки и фиксируется на нем стандартной гайкой. Такое техническое решение секции повышает надежность, значительно экономит высококачественный материал в сравнении с цельной фланцевой втулкой и предотвращает передачу деформирующих усилий со стороны фланца на прецизионную поверхность втулки, обеспечивая простую и надежную фиксацию штуцера в. д. во втулке от отворачивания при монтаже топливопроводов.

Плунжерная пара имеет дренаж утечек топлива, который обеспечивается совмещением дозирующих пазов плунжера с дренажной кольцевой полостью во втулке в импульсном режиме на участке предварительного ода плунжера.

Наполнение надплунжерного пространства производится через два соосных отверстия Æ 3,5 мм во втулке.

Начало нагнетания и дозирование топлива в конце подачи обеспечивается перекрытием верхних кромок обоих наполнительных отверстий торцом плунжера и одновременным открытием двумя наклонными дозирующими спиралями на плунжере нижних кромок этих же отверстий. Таким образом достигаются хорошие условия наполнения и четкая отсечка топливоподачи в конце впрыскивания, причем понижаются требования к качеству геометрии и шероховатости отсечных кромок.

Грибковый перьевой нагнетательный клапан имеет: грибковую тарелку с запорным конусом, разгрузочный поясок с разгрузочным ходом hp и перьевую крестообразную направляющую часть с прорезями для прохода топлива во время процесса топливоподачи. Некоторые варианты этих нагнетательных клапанов имеют дроссельные каналы, обеспечивающие корректирование скоростной характеристики ТН в. д. Нагнетательный клапан установлен в корпусе и нагружен пружиной.В проекте выполнены расчеты топливоподачи базового ТНВД и проектируемого топливного насоса типа “Компакт”.

Экономические и энергетические показатели дизелей, их надежность, шумность работы и токсичность в значительной степени зависят от параметров впрыскивания топлива, которые в первую очередь определяются уровнем и характером изменения скорости плунжера от угла поворота на активном ходу.

В ТНВД с механическим приводом плунжера уровень и характер изменения скорости плунжера от угла поворота кулачка на активном ходу определяется профилем кулачка.

Исходные данные для профилирования кулачка составлены в соответствии с насосом – прототипом COMPACT [  ]. Результаты подготовки исходных данных представлены в табл.7.1.

 

6.4 Профилирование кулачка привода плунжера

Профилирование профиля прямого хода выполняют в два этапа:

1й- определение максимально возможной скорости движения плунжера на прямом ходе Сmax=2,56 м/с, значение которой определяет скорость плунжера во время впрыскивания, а значит, интенсивность впрыскивания;

2й – определение текущих значений хода S, скорости С, ускорения W плунжера и радиусов кривизны профиля R.

Профилирование профиля обратного хода. В большинстве случаев кулачки ТНВД симметричны – профили прямого и обратного хода идентичны. Однако для уменьшения сил инерции, снижающих надежность работы пружины плунжера, целесообразно профили обратного хода одновыступных кулачков выполнять выпуклыми, увеличивая угол профиля обратного хода до 1800 и описывая дугой постоянного радиуса Rэ из центра кривизны, смещенного от оси вращения кулачка на расстояние 0,5Sп.

Профилирование кулачка выполнено по программе, составленной Прохоренко А.А., программа выполняет профилирование на основе методи-ки, изложенной в [  ]. Результаты представлены в табл.      , а профиль кулачка на   рис.       .

 

 

 

 

6.5 Расчет топливоподачи

Статический расчет процесса топливоподачи, в основе которого лежит методика Андреевского Н.А., производится при следующих основных допущениях.

1. Коэффициент сжимаемости топлива αсж принимается постоянным.

2. Давление топлива во всех частях объема топливной системы изменяется мгновенно и на одну и ту же величину.

3. Волновые явления не учитываются.

4. Сопротивления запорных органов (нагнетательного клапана, иглы распылителя) не зависят от их подъема.

5. При расчете процессов топливоподачи топливных системам с разделенными насосом и форсункой для каждого периода расчета принимается постоянный объем системы.

6. Коэффициенты расхода проходных сечений принимаются постоянными.

7. Разгрузочный  ход  нагнетательного  клапана  начинается  в  момент, когда объемная скорость плунжера становится равной сумме объемной скорости истечения топлива через отсечные отверстия и скорости изменения объема топлива в надплунжерной полости вследствие изменения давления.

В основе статического метода расчета процесса топливоподачи положено уравнение баланса объемов в дифференциальной форме:

Спец.задание(бакалавр),

где dQп – изменение объема топлива вследствие движения плунжера;

      dQсж – изменение объема топлива из-за его сжимаемости

      dQр – изменение объема топлива вследствие истечения его через распыливающие отверстия форсунки в цилиндр дизеля;

      dQо – изменение объема топлива вследствие истечения его через наполнительные или отсечные отверстия.

Расчет процесса топливоподачи разбивается на ряд периодов.

 

6.5.1 Расчет первого периода

Первый период длится от момента начала движения плунжера до момента подъема нагнетательного клапана.

Во время первого периода происходят следующие процессы:

1) перетекает топливо из надплунжерной полости в полость низкого давления;

2) сжимается топливо в надплунжерной полости.

Расчетное уравнение объемного баланса на первом периоде имеет вид:

Спец.задание(бакалавр),

где

Спец.задание(бакалавр),   Спец.задание(бакалавр).

 

6.5.2 Расчет второго периода

Второй период длится от момента подъема нагнетательного клапана до момента подъема иглы распылителя форсунки.

Во время второго периода происходят следующие процессы:

1) сжатие топлива в объеме Vн+Vл;

2) возможно перетекание топлива из надплунжерной полости через

наполнительные отверстия, если второй период начался до их полного перекрытия.

Расчетное уравнение объемного баланса на втором периоде имеет вид:

до закрытия наполнительных отверстий:

Спец.задание(бакалавр),

после закрытия наполнительных отверстий:

Спец.задание(бакалавр),

где      Спец.задание(бакалавр);    Спец.задание(бакалавр).

 

6.5.3 Расчет третьего периода

Третий период длится от момента подъема иглы распылителя форсунки, когда начинается впрыскивание топлива в цилиндр двигателя через распыливающие отверстия распылителя, до начала отсечки, то есть до момента начала перетекания топлива из надплунжерной полости в отсечные отверстия плунжерной пары. Отсечку в первом приближении следует назначать после впрыскивания 60…80% цикловой подачи топлива.

Во время третьего периода происходят следующие процессы:

1) Впрыскивание топлива в цилиндр дизеля;

2) Сжатие топлива в объеме Vн+Vл+Vр.

Расчетное уравнение объемного баланса на третьем периоде имеет вид:

Спец.задание(бакалавр),

где   Спец.задание(бакалавр);    Спец.задание(бакалавр);

Спец.задание(бакалавр).

Количество топлива, впрыскиваемого через распыливающие отверстия распылителя ΔQ на интервале Δβ, определяем по формуле:

Спец.задание(бакалавр),

где   Спец.задание(бакалавр).

 

6.5.4Расчет четвертого периода

Четвертый период длится от момента отсечки до момента начала разгрузочного хода нагнетательного клапана, который наступает, когда прекращается подача топлива из надплунжерной полости в полость корпуса нагнетательного клапана вследствие уравнивания объемной скорости плунжера с объемной скоростью истечения топлива через отсечные отверстия и скоростью расширения топлива в надплунжерной полости из-за падения давления.

Во время четвертого периода происходят следующие процессы:

1) впрыскивание топлива в цилиндр двигателя;

2) расширение топлива в объеме Vн+Vл+Vр;

3) отсечка топлива.

Расчетное уравнение объемного баланса на четвертом периоде имеет вид:

Спец.задание(бакалавр),

где      Спец.задание(бакалавр);     Спец.задание(бакалавр).

 

6.5.5 Расчет пятого периода

Пятый период длится от момента начала разгрузочного хода нагнетательного клапана до посадки иглы распылителя на запирающий конус корпуса распылителя форсунки.

Во время пятого периода происходят следующие процессы:

1) впрыскивание топлива в цилиндр двигателя;

2) расширение топлива в объеме Vн+Vл+Vк;

3) отсечка топлива;

4) движение нагнетательного клапана к своему седлу.

Расчетное уравнение объемного баланса такое же, как и в четвертом периоде. Количество впрыснутого топлива к концу пятого периода должно с точностью не ниже 5% совпадать с заданной цикловой подачей. В случае большего расхождения необходимо изменить момент отсечки и сделать пересчет четвертого и пятого периодов.

 

6.5.6 Расчет шестого периода

Шестой период длится от момента посадки иглы распылителя на запирающий конус корпуса распылителя до достижения в линии высокого давления остаточного давления.

Во время шестого периода происходят следующие процессы:

1) расширение топлива в объеме Vн+Vл;

2) отсечка топлива;

3) движение нагнетательного клапана к своему седлу.

Расчетное уравнение объемного баланса на шестом периоде имеет вид:

Спец.задание(бакалавр);

где  Спец.задание(бакалавр);   Спец.задание(бакалавр).

Исходные данные к расчету топливоподачи представлены в табл.   . При подготовке исходных данных использовались характеристики прототи-па [   ].

Расчет топливоподачи выполнен по программе, составленной Прохоренко А.А. Результаты расчета представлены в табл.     и на рис.  .

 

Вывод: прелагаемая конструкция ТНВД обеспечивает повышение давления впрыскивания Рвпр с 60 мПа до 89 мПа, что повышает качество распыливания топлива. Конструкция топливного насоса имеет повышенную прочность и позволяет форсировать топливоподачу.

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика