Главная » 2014»Август»29 » Скачать Снижение нагруженности кулачкового механизма топливного насоса дизеля применением дезаксиала. Таусенев, Евгений Михайлович бесплатно
04:10
Скачать Снижение нагруженности кулачкового механизма топливного насоса дизеля применением дезаксиала. Таусенев, Евгений Михайлович бесплатно
Снижение нагруженности кулачкового механизма топливного насоса дизеля применением дезаксиала
Диссертация
Автор: Таусенев, Евгений Михайлович
Название: Снижение нагруженности кулачкового механизма топливного насоса дизеля применением дезаксиала
Справка: Таусенев, Евгений Михайлович. Снижение нагруженности кулачкового механизма топливного насоса дизеля применением дезаксиала : диссертация кандидата технических наук : 05.04.02 / Таусенев Евгений Михайлович; [Место защиты: Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова] Барнаул, 2007 159 c. : 61 07-5/4101
Объем: 159 стр.
Информация: Барнаул, 2007
Содержание:
Глава 1 Состоянне вонроса, цель и задачи исследования
11 Взаимосвязь топливоподачи и рабочего процесса дизеля
12 Способы повышения интенсивности впрыска в современных топливныхсистемах
13 Направления развития теории кулачковых механизмов
14 Основные параметры и требования к кулачковым механизмам ТНВД
15 Анализ теории и практики использования дезаксиала
16
Выводы по главе Цель и задачи исследования
Глава 2 Математическое моделироваиие тонливной аниаратуры,рабочего нроцесса дизеля
21 Разработка математической модели для кинематического анализадвижения плунжера дезаксиального кулачкового механизма
22 Расчет крутящего момента и мощности на кулачковом валудезаксиального ТНВД
23 Разработка программы расчета кулачкового механизма приводаплунжеров
24 Гидродинамический расчет топливной аппаратуры
25 Описание модели рабочего процесса дизеля
26
Выводы по главе
Глава 3 Результаты расчетных исследованнй
31 Исследование ТНВД1 с центральным кулачковым механизмом
32 Влияние размеров кулачкового механизма на кинематику плунжера
33 Сравнительный анализ центрального кулачкового механизма имеханизмов с дезаксиалом и мм при р» = МПа = const
33 Разработка дезаксиальных кулачковых механизмов ТНВД2, -
34 Разработка дезаксиального кулачкового механизма ТНВД
35 Сравнительный анализ ТНВД1, -2, -3, -4 при р„ = МПа = const
36
Выводы по главе
Глава 4 Экснериментальиое исследоваиие тонливной аинаратуры,рабочего нроцесса дизеля
41 Экспериментальная установка
42 Методика эксперимента
43 Погрешности измерения и обработки опытных данных
44 Результаты испытаний дизеля с ТНВД1, -2, -
45
Выводы по главе
Введение:
Актуальность проблемы. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)представляют в настояш;ее время важнейшую основу энергетического обеспечения страны. Они играют определяющую роль в развитии тракторного исельскохозяйственного машиностроения, автомобилестроения, тепловозостроения, судостроения, строительно-дорожных машин, нефтеперерабатывающей и других отраслей народного хозяйства.Особое внимание в современном двигателестроении уделяется дальнейшему развитию и совершенствованию дизелей как наиболее экономичного теплового двигателя. Признавая важность совершенствования дизелей помногим направлениям, к первоопределяющим следует отнести повышениетопливной экономичности и улучшение санитарно-гигиенических качеств.Это диктуется необходимостью безотлагательного решения таких крупныхсоциально-экономических проблем, как энергосбережение и охрана окружающей среды [82].Топливная аппаратура (ТА) является одним из основных элементовдизелей. Она в значительной степени предопределяет их мощностные и экономические показатели, надежность и стабильность работы, токсичность идымность отработавших газов (ОГ). Следовательно, совершенствование,именно, топливной аппаратуры может привести к значительному улучшениюпоказателей работы дизелей [76, 6].В последнее время при совершенствовании ТА прослеживается тенденция резкого увеличения давления впрыскивания, так как оно оказываетсущественное влияние на характер протекания рабочих процессов в камересгорания дизеля и, тем самым, на его экологические, экономические и мощностные показатели [76, 41, 46, 77, 78, 3, 25, 32, 86]. Это касается дизелей соткрытыми камерами сгорания (КС).Двигатели с разделенными КС не предъявляют особо высоких требований к давлению впрыска. Необходимое качество смесеобразования достигается за счет энергии впрыска топлива, вихря, образующегося при перетекании газов из основной камеры в вихревую - и обратно. Немаловажным преимуществом таких двигателей считается малая чувствительность к сорту топлива и режимам работы, и сравнительно низкая токсичность ОГ. К недостаткам относятся низкая топливная экономичность (^^ «310 г/кВт ч) и затрудненный пуск, обусловленные потерями энергии на перетекание газов изодной камеры в другую и потерями тепла через стенки дополпительной камеры. Более экономичны двигатели с открытыми (неразделенными и полуразделенными) камерами. К тому же многие из них значительно легче запускаются [6]. По данным исследований фирмы Audi дизель с непосредственным впрыском, в сравнении с вихрекамерным дизелем той же размерности,существенно экономичнее (разница 22,9% на номинальной мощности), устунает по эмиссии газообразных углеводородов (СНх) и оксидов азота (NOx) на25 и 9%, выигрывает по эмиссии монооксида углерода (СО) и твердых частиц (ТЧ) на 27 и 18% соответственно. Следует применять меры, снижающиетоксичность выбросов. Несмотря на последнее обстоятельство, для совершенствования и удовлетворения высоких требований к экономическим иэкологическим показателям более других подходят двигатели с неразделенной камерой сгорания и обеспечиваются объемным смесеобразованием. Увеличение давления впрыска - предпосылка для использования процесса сгорания с непосредствепным впрыскиванием топлива, так как это значительно уменьшает зависимость процесса смесеобразования от завихрениявоздуха [7, 60].Каждый из производящихся типов ТА дизелей имеет свои достоинства и недостатки, предпочтительные области использования. Так фирма R.Bosch GmbH в конце 90-х годов поставила на производство несколько типовсистем и ни один из них не считала бесперспективным: насос - форсунки,индивидуальные, рядные, одноплунжерные и роторные распределительныеТНВД, Common Rail.На специальных двигателях, сельскохозяйственных и др., и находящихся в эксплуатации популярна ТА с индивидуальными или рядными(блочными) топливными насосами высокого давления (ТНВД) с механическими регуляторами. Независимо от типа ТА, очевидно, что системы с низкими давлениями перспектив не имеют.Представленной работе будет рассмотрен дизель и система топливоподачи с блочным топливным насосом.Блочные ТНВД получили широкое распространение на дизелях умеренной мощности ввиду компактности, сравнительно легкой компоновки надвигателе, меньшей стоимости, относительной просты конструкции и обслуживания, надежности, удобства привода одного агрегата (как всех секций,так и привода прочих агрегатов - регулятора, топливоподкачивающего насоса), удобства синхронного регулирования впрыскивания во все цилиндры какпо цикловой подаче (gц), так и по углу опережения впрыска топлива (УОВТ),наличия оборудования для их изготовления на всех профильных предприятиях, удобства безмоторных испытаний и наличия промышленного испытательного оборудования.До недавнего времени доминировала рядная многоплунжерная конструкция с корпусом, снабженным регулировочными люками. Однако повышение давления впрыскивания привело к созданию ТНВД с более жесткимиглухими корпусами (ТНВД типа «компакт»). Масса такого рядного насоса,несмотря на увеличенные размеры деталей привода, оказывается обычно даже меньше «лючного» аналога [7, 12, 38]. Нлунжеры ТНВД приводятся вдействие с помощью кулачков со специально подобранным профилем дляобеспечения требуемых характеристик впрыска топлива [23].Когда повышают давление впрыска, то при прочих равных условияхпроисходит рост нагрузок на механизм привода плунжеров ТНВД и снижение работоспособности его деталей [45, 1]. Нри этом исключительно высокиетребования предъявляются в отношении ресурса ТНВД [6]. Ресурс до капитального ремонта топливных насосов и плунжерных пар автотракторных дизелей (срок службы - для комбайновых), и ресурс до списания топливных насосов и плунжерных пар судовых, тепловозных и промышленных дизелейвысокооборотных и высокооборотных облегченной конструкции долженбыть не менее ресурса до капитального ремонта дизелей, для которых онипредназначены [17].Примером снижения работоспособности деталей при повышении давления впрыска может служить следующий факт: в опытном блочном ТНВДтипа «компакт», предназначенном для дизелей тракторов и комбайнов, создается давление впрыска на 20% больше, по сравнению с ТНВД предыдущего поколения, но в нем при прочих равных условиях обнаруживается перегруженность по контактным а^ напряжениям в паре кулачок-ролик (КР) идавлениям q в паре толкатель-направляющая (ТН). Необходимо устранятьэтот недостаток, т. к. работоспособность насоса должна быть сохранена [66].В связи с только что сказанным, в представленной работе рассматривается способ снижения нагруженности введением дезаксиала в конструкциюкулачкового механизма (смещения оси кулачкового вала относительно оситолкателя).В некоторых работах называются факты использования дезаксиала вкулачковых и эксцентриковых механизмах, в том числе и в механизмах привода плунжеров ТНВД для влияния на контактные напряжения в паре кулачок-ролик и давления на боковую поверхность толкателя через угол давления. Приводятся теоретические и экспериментальные данные, но они говорято недостаточной полноте выполненных исследований [12, 34, 33, 58, 40]. Так,например, нет данных об энерго-экономических показателях и выбросахвредных веществ с отработавшими газами после применения дезаксиала вТНВД. Для дезаксиала в кулачковом механизме (КМ) необходимо провестидополнительные исследования.Следует сказать, что обеспечение работоспособности кулачковых механизмов в различных отраслях машиностроения и в теории механизмов имашин по-прежнему является одной из важнейших задач, и исследования вэтой области продолжаются [23].Таким образом, исследования, посвященные повышению давлений'впрыска и сохранению работоспособности ТНВД, являются в двигателестроении, несомненно, актуальными.Цель работы заключается в исследовании возможностей по снижению нагруженности кулачкового механизма ТНВД дизеля применением дезаксиала с сохранением динамики впрыска, показателей дизеля и габаритовТНВД. Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:- разработка математической модели для кинематического анализадвижения плунжера (толкателя) ДКМ для рассматриваемого кулачковогопрофиля; получение выражения для плеча 1„ нормальной силы Р„, необходимое для расчета крутящего момента М^р и мощности Nnp на кулачковом валу(KB) ДКМ;- теоретическое исследование влияния размеров КМ и дезаксиала накинематику и динамику кулачка, ролика, толкателя и величину контактногонапряжения а^ в паре кулачок-ролик и давления q в паре толкательнаправляющая; изучить влияние дезаксиала на величины крутящего моментаМ^р и мощности Nnp на кулачковом валу;- разработка ДКМ для ТНВД, соответствующего цели работы;- экспериментальные и теоретические исследования основных показателей топливоподачи, рабочего процесса дизеля 4ЧН 13/14, нагруженностикулачка, ролика, толкателя ТНВД при использовании опытного дезаксиального топливного насоса высокого давления;- выполнить анализ, выводы и рекомендации по использованию дезаксиала в ТНВД пепосредственного действия.Методы исследования и достоверность. В работе нашли применение как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. Достоверность результатов достигнута выбором современных методов и средствизмерений, соблюдением требований стандартов, периодической поверкой итарировкой приборов, анализом и контролем погрешностей, а для теоретических исследований - принятием обоснованных исходных данных и закономерностей, сопоставлением результатов расчета и эксперимента.Научная новизна. Разработана математическая модель для кинематического анализа движения плунжера ДКМ с тангенциальным кулачковымпрофилем.Выведепо выражение для плеча /„ нормальной силы Р„, позволяющеесделать расчет крутящего момента и мощности на кулачковом валу ДКМ слюбым кулачковым профилем.Определено влияние дезаксиала и других размеров КМ на кинематику и динамику кулачка, ролика, толкателя, на снижение контактного напряжения а^ и давления q; изучено влияние дезаксиала на величины крутящегомомента М^р и мощности Nnp на кулачковом валу.Показана возможность использования ДКМ для снижения не толькоконтактного напряжения сг^ х^ ^ но и давления qmaxВыявлены принципы, на основе которых разработана конструкцияДКМ для ТНВД системы непосредственного действия. Конструкция позволяет снизить контактное напряжение в паре кулачок-ролик и давление в паретолкатель-направляющая при сохранении показателей топливоподачи и работы дизеля, защищенная патентом на полезную модель.Теоретически и экспериментально показаны возможности по снижению контактного напряжения в паре кулачок-ролик и давления в паре толкатель-нанравляющая в ТНВД дизеля применением дезаксиала с сохранениемдинамики впрыска и показателей дизеля.Практическая ненность н реализацня результатов работы. Предложена конструкция ДКМ для ТНВД дизеля, позволяющая снизить на 3,5%контактное напряжение в паре кулачок-ролик и на 17,3% давление в паретолкатель-направляющая при сохранении показателей топливоподачи, работы дизеля по сравнению ТНВД с центральным кулачковым механизмом, защищенная патентом на полезную модель. При этом выполняется условие сохранения исходных габаритов ТНВД1.Полученная математическая модель для кинематического анализадвижения плунжера, дополненная расчетом динамики и нагруженностиДКМ, в виде программы для ЭВМ доведена до практического инженерногоиспользования и позволяет выполнять анализ и доводку перспективныхТНВД. Результаты теоретических, экспериментальных исследований и рекомендации используются 0 0 0 «Алтайский завод топливной аппаратуры» приразработке перспективных ТНВД (см. Приложение).Разработанное учебное пособие, программа для ЭВМ и другие результаты работы использованы в учебном процессе и IMP АлтГТУ. Работа выполнена в рамках конкурса «Студенты, аспиранты и молодые ученые - малому наукоемкому бизнесу (Ползуновские гранты)» и конкурса научно-исследовательских работ аспирантов Федерального агентствапо образованию (см. Приложение).Апробация работы. Результаты исследования докладывались на 61ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорскопреподавательского состава АлтГТУ «Наука - производству» (г. Барнаул,2003 г.) [61], научно-практической конф. «Молодежь-Барнаулу» (г. Барнаул,2004 г.) [63], 1-ой Всеросс. науч.-техн. конференции студентов, аспирантов имолодых учёных «Наука и молодёжь» (г. Барнаул, 2004 г.) [62], IX Всероссийском слете лауреатов конкурса «Студенты, аспиранты и молодые ученые- малому наукоемкому бизнесу (Ползуновские гранты)» (г. Сочи, 2004 г.)[49], международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития и эксплуатации поршневых двигателей в транспортном комплексе Азиатско-Тихоокеанского региона» (г. Хабаровск, 2005 г.) [64], Всероссийской научно-практической конференции с международным участием«Двигатели внутреннего сгорания - современные проблемы, перспективыразвития» (г. Барнаул, 2006 г.) [69].10Автор с представленной работой победил в конкурсе научноисследовательских работ аспирантов государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования, находящихся в веденииФедерального агентства по образованию. Головной организацией по проведению конкурса являлся Санкт-Петербургский государственный университет. Кроме того, часть работы выполнена по совместной программе Министерства образования и науки РФ и Государственного Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «Ползуновскиегранты» - «Студенты, аспиранты и молодые ученые - малому наукоемкомубизнесу».Публикации. По теме диссертации опубликовано тринадцать печатных работ, в том числе - одна статья в рекомендованном ВАК научном издании [69], патент на полезную модель [48], учебное пособие [57].Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения и списка использованной литературы, приложения; содержит 159 страниц машинописного текста, 59 рисунков, 13 таблиц и список литературы из 92 наименований.На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:- критический анализа ранее выполненных исследований по применению дезаксиала в ТНВД;- разработка математической модели движения плунжера (толкателя)ДКМ для рассматриваемого кулачкового профиля; получение выражения дляплеча /„ нормальной силы Р„, необходимое для расчета крутящего моментаМкр и мощности Nnp на кулачковом валу ДКМ;- результаты теоретического исследования по влиянию дезаксиала идругих размеров КМ на кинематику и динамику кулачка, ролика, толкателя,на контактное напряжение в паре кулачок-ролик и давление в паре толкатель-направляющая и крутящий момент М^р и мощность Ы„р на KB;- разработка ДКМ для ТПВД, соответствующего цели работы;11- экспериментальные и теоретические исследования основных показателей топливоподачи, рабочего процесса дизеля 4ЧН 13/14, нагруженностикулачка, ролика, толкателя ТНВД при использовании опытного дезаксиального топливного насоса высокого давления;- анализ, выводы и рекомендации по применению дезаксиала в ТНВДнепосредственного действия.
