Расчет топливной аппаратуры автотракторного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Топливные системы дизелей обеспечивают хранение топлива, очистку его от загрязняющих веществ и впрыскивание его в цилиндры двигателя.

Топливоподающая система дизеля предназначена для впрыскивания определенных порций топлива в камеру сгорания и распыливания этого топлива под высоким давлением. От совершенства топливной системы зависит качество смесеобразования двигателя.

В настоящее время наибольшее применение получили топливные системы непосредственного впрыска разделенного типа с механическим приводом плунжера и закрытыми клапанно-сопловыми форсунками с гидравлическим приводом иглы распылителя.

Топливная система дизеля состоит из систем низкого и высокого давления. Система низкого давления предназначена для хранения топлива, его очистки и нагнетания в топливную систему высокого давления. В настоящее время наибольшее распространение получили проточные системы, обеспечивающие прокачку топлива через полости низкого давления топливного насоса. Прокачка топлива снижает температуру секции высокого давления и выносит из насоса частицы износа деталей плунжерных пар, что повышает надежность и срок службы топливных насосов.

К топливному насосу высокого давления (ТНВД) и форсунке предъявляются жесткие требования, т. к. эти узлы являются наиболее важными в топливной системе.

1. Выбор и обоснование диаметра и хода плунжера

Исходные данные:

- эффективная мощность двигателя, N_e = 140 кВт;

- частота вращения коленчатого вала, n = 1700 мин^-1;

- удельный эффективный расход топлива, g_е = 230 г/кВт^. ч;

- число цилиндров, z = 6 ;

- тактность двигателя.

1.1 Определяем номинальную цилиндровую мощность

N_{е ц}= ==23,333 кВт,

где N_e- эффективная мощность двигателя, N_e= 140 кВт;

z- число цилиндров, z= 6.

1.2 Определяем часовой расход топлива одним цилиндром

В_{ч ц} =g_e ^. N_{е ц}=230^.23,333^.10^-3=5,367 кг/час^.цикл,

где g_e- удельный эффективный расход топлива, g_e= 230 г/(кВт^.ч).

1.3 Определяем цикловую подачу топлива

q_ц===1,052·10^-4 кг/цикл.

1.4 Определяем частоту вращения кулачкового вала

n_к== = 850 мин^-1.

1.5 Определяем номинальную цикловую подачу топлива

Q_т== = 0.123^.10^-6 м³/цикл,

1.6 Определяем максимальную подачу топлива

q_{ц мах}=(1.25…1.35)^.q_ц= 1.30^.1,052^.10^.-4= 1,368^.10^-4 кг/цикл.

1.7 Определяем максимальную цикловую подачу топлива в объемных единицах

Q _мах=^. =1324,289 1,3= 160,938 мм/цикл.

где К коэффициент учитывающий перегрузку ДВС и износ плунжерных пар.

1.8 Определяем объем описанный плунжером

V_п==160,938 *6 = 925,629мм,

где: =4…8 - коэффициент превышения объёма описываемого плунжером над максимальной цикловой подачей топлива, учитывает сжатие топлива в надплунжерном объёме и линии высокого давления, деформации топливопровода высокого давления.

1.9 Выбираем отношение хода плунжера к диаметру плунжера

S_п/d_п=(1…1.5)=1.1

1.10 Определяем диаметр плунжера

d_п===9,816 мм.

принимаем d_п=10 мм.

1.11 Определяем ход плунжера

S_п=(S_п/d_п)^. d_п=1.1^. 10=11 мм.

2. Профилирование кулачка топливного насоса

2.1 Определяем геометрический активный ход плунжера

S_aг== =0.002252 м,

F_п- площадь поперечного сечения плунжера

F_п = = = 78,539 мм².

2.2 Оцениваем среднюю скорость плунжера на его активном ходе

С_м= 6^. n_к^.= 6^. 850^. = 1.641 м/с,

где n_к- частота вращения кулачкового вала

n_к= = = 850 мин^-1.

2.3 Оцениваем максимальную скорость движения плунжера

С_{м мах}= (1.2...1.4)^.С_м= 1.2^. 1.641= 1,969 м/с.

принимаем С_{м мах}=21,969

2.4 Определяем ускорение плунжера на первом участке

-337,781

где радиус кривизны в начальной точке профиля, принимаем =0,2м исходя из технологии изготовления подобных деталей.

мм

(21,45+14,3)10=0.00,358

где радиус ролика толкателя

1,3 10=14,3 мм.

мм.

89,01 .

2.5 Рассчитываем ход плунжера на первом участке профиля

=0,00574 м.

2.6 Рассчитываем ход плунжера на втором участке профиля

м.

2.7 Определяем ускорение плунжера на втором участке профиля и присваиваем ему знак минус

2.8 Определяем максимальное значении угла давления

arctg(1,969/0.0415* 89,0118)=28,063

0,02145+0,0143+0,00574=0,0415м.

Для нахождения коэффициента превышения силы пружины над силой инерции возвратно поступательных движущихся деталей привода плунжера необходимо выполнить проектирование пружины и найти её основные параметры. Проектирование пружины и выбор её основных параметров выполнено в разделе 3.

2.9 Определяем коэффициент превышения силы пружины над силой инерции

2.10 Вычисляем радиус кривизны в конечной точке профиля

м.

Из условий изготовления должно быть более 2мм ,условие выполняется.

м.

2.11 Определяем по формуле Герца предельно допустимый радиус кривизны в конечной точке профиля

0.0001038 м,

где и - несущая ширина ролика и радиус толкателя , м;

Е - модуль упругости материала, МПа;

- допустимые контактные напряжения на поверхности кулачка и ролике толкателя, МПа

N- сила, передаваемая роликом на кулачек

МН.

- давление топлива в надплунжерном объёме при положении плунжера в ВМТ, Мпа.

- сила пружины при положении плунжера в ВМТ,МН.

МН.

2.12 Вычисляем предельно допустимое давление топлива в надплунжерном объёме в начале второго участка, МПа.

95,519 МПа.

где - радиус кривизны профиля в начале второго участка, м.

м.

2.13 Вычисляем углы первого и второго участка прямого хода, град.

град,

град.

2.14 Рассчитываем угол прямого хода , град.

град.

Расчет кинематики плунжера с выбранными параметрами кулачка производим в таблицах 2.1 и 2.2.

По результатам расчета строим график зависимости перемещения, скорости , ускорения плунжера , радиуса кулачка, радиуса кулачка, угла давления, силы от давления топлива от угла поворота кулачкового вала(рисунки 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6,).

По данным расчета кинематики движения плунжера профилируем кулачек топливного насоса. Профиль кулачка приведен на рисунке 2.7.

Таблица 2.1

Расчет кинематики движения плунжера на первом участке

в	S	Cп	W	X	R	д, гр	Pт
0	0,000	0,0000	337,781	0,036	-0,2000	0,000	283,281
1	0,006	0,0662	337,781	0,036	-0,2012	1,192	283,150
2	0,026	0,1325	337,781	0,036	-0,2049	2,382	282,760
3	0,058	0,1987	337,781	0,036	-0,2113	3,567	282,116
4	0,104	0,2649	337,781	0,036	-0,2210	4,745	281,225
5	0,162	0,3312	337,781	0,036	-0,2346	5,915	280,101
6	0,234	0,3974	337,781	0,036	-0,2534	7,072	278,757
7	0,318	0,4636	337,781	0,036	-0,2795	8,217	277,210
8	0,416	0,5299	337,781	0,036	-0,364	9,347	275,479
9	0,526	0,5961	337,781	0,036	-0,3706	10,459	273,583
10	0,649	0,6623	337,781	0,036	-0,4558	11,553	271,546
11	0,786	0,7285	337,781	0,037	-0,6056	12,627	269,387
12	0,935	0,7948	337,781	0,037	-0,9307	13,679	267,130
13	1,097	0,8610	337,781	0,037	-2,1383	14,709	264,797
14	1,273	0,9272	337,781	0,037	6,0746	15,715	262,409
15	1,461	0,9935	337,781	0,037	1,2225	16,696	259,985
16	1,662	1,0597	337,781	0,037	0,6721	17,652	257,546
17	1,877	1,1259	337,781	0,038	0,4608	18,582	255,110
18	2,104	1,1922	337,781	0,038	0,3497	19,485	252,692
19	2,344	1,2584	337,781	0,038	0,2814	20,361	250,308
20	2,597	1,3246	337,781	0,038	0,2355	21,210	247,970
21	2,864	1,3909	337,781	0,039	0,2027	22,032	245,690
22	3,143	1,4571	337,781	0,039	0,1781	22,826	243,479
23	3,435	1,5233	337,781	0,039	0,1592	23,593	241,344
24	3,740	1,5896	337,781	0,039	0,1442	24,333	239,292
25	4,058	1,6558	337,781	0,040	0,1321	25,046	237,328
26	4,389	1,7220	337,781	0,040	0,1221	25,733	235,456
27	4,734	1,7883	337,781	0,040	0,1139	26,393	233,680
28	5,091	1,8545	337,781	0,041	0,1069	27,028	232,001
29	5,461	1,9207	337,781	0,041	0,1011	27,637	230,420
29,72463	5,737	1,9687	337,781	0,041	0,0973	28,063	229,335

Таблица 2.2

Расчет кинематики движения плунжера на втором участке

в	S	Cп	W	X	R	д, гр	Pт
29,72463	5,737	1,9687	-368,224	0,041	0,0082	28,063	95,532
30	5,843	1,9488	-368,224	0,042	0,0082	27,762	95,629
31	6,218	1,8766	-368,224	0,042	0,0082	26,673	95,989
32	6,579	1,8044	-368,224	0,042	0,0083	25,590	96,357
33	6,926	1,7322	-368,224	0,043	0,0083	24,514	96,732
34	7,258	1,6600	-368,224	0,043	0,0084	23,443	97,110
35	7,577	1,5878	-368,224	0,043	0,0084	22,378	97,489
36	7,881	1,5156	-368,224	0,044	0,0085	21,319	97,867
37	8,171	1,4434	-368,24	0,044	0,0085	20,265	98,242
38	8,447	1,3712	-368,224	0,044	0,0086	19,216	98,611
39	8,709	1,2990	-368224	0,044	0,0086	18,173	98,972
40	8,956	1,2268	-368,224	0,045	0,0087	17,134	99,324
41	9,190	1,1546	-368,224	0,045	0,0087	16,100	99,664
42	9,409	1,0824	-368,224	0,045	0,0088	15,071	99,992
43	9,614	1,0102	-368,224	0,045	0,0088	14,046	100,306
44	9,805	0,9380	-368,224	0,046	0,0089	13,025	100,603
45	9,982	0,8658	-368,224	0,046	0,0089	12,008	100,884
46	10,145	0,7936	-368,224	0,046	0,0089	10,994	101,146
47	10,293	0,7214	-368,224	0,046	0,0090	9,983	101,389
48	10,428	0,6492	-368,224	0,046	0,0090	8,975	101,611
49	10,548	0,5770	-368,224	0,046	0,0090	7,970	101,813
50	10,654	0,5048	-368,224	0,046	0,0091	6,968	101,992
51	10,746	0,4326	-368,224	0,046	0,0091	5,967	102,149
52	10,824	0,3604	-368,224	0,047	0,0091	4,969	102,283
53	10,887	0,2882	-368,224	0,047	0,0091	3,971	102,393
54	10,937	0,2160	-368,224	0,047	0,0091	2,975	102,479
55	10,972	0,1438	-368,224	0,047	0,0091	1,980	102,541
56	10,993	0,0716	-368,224	0,047	0,0091	0,986	102,577
56,99172	11,000	0,0000	-368,224	0,047	0,0091	0,000	102,590

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРУЖИНЫ ПЛУНЖЕРА

Пружину плунжера изготавливаем из хромованадиевой стали 50ХФА.

Исходя из возможностей размещения пружины в корпусе насоса принимаем средний диаметр пружины 26мм и диаметр проволоки 3мм

3.1 Предварительную затяжку пружины плунжера берем от 20% до 200% от Sп.

м.

3.2 Максимально допустимая нагрузка на пружину

Н,

где допустимое напряжение от кручения.

3.3 Жесткость одного витка пружины

Н/м,

где G - модуль упругости сдвига ,Па.

3.4 Число рабочих витков пружины

принимаем число рабочих витков 8.

м.

3.5 Жесткость пружины

Н.

3.6 Сила пружины когда ускорение становится отрицательным

Н

где - деформация пружины

2,8.

4. Описание конструкции топливной аппаратуры

плунжер топливный насос

4.1 Описание конструкции топливного насоса

Для подачи в цилиндр в строго определенные моменты дозированных порций топлива на дизеле установлен топливный насос.

Топливный насос, 6-х секционный, 6-х плунжерный правого вращения. Насос крепится четырьмя болтами к картеру распределительных шестерен и дополнительно снизу двумя болтами к специальному кронштейну.

В корпусе насоса на 2-х шариковых подшипниках вращается кулачковый вал. Вал насоса получает вращение от шестерни привода, с которым в зацеплении идет шлицевая втулка, установленная на переднем конце вала. На хвостовике вала установлена шестерня привода регулятора, между 5-м и 6-м кулачками расположен эксцентрик для привода топливоподкачивающего насоса. Вал насоса вращается в 2 раза медленнее, чем коленчатый вал двигателя. Положение кулачков на вале соответствует порядку работы цилиндров дизеля. Над кулачковым валом в корпусе насоса возвратно поступательно движутся толкатели, передающие движение от кулачков плунжерам.

шесть плунжерных пар вместе с возвратными пружинами, нагнетательными клапанами с седлами и штуцерами высокого давления смонтированы в головке, в которой крепятся на верхней плоскости корпуса насоса. Штуцеры высокого давления удерживаются от проворачивания накладками. К штуцерам высокого давления подсоединяются топливопроводы высокого давления. Для подвода топлива к плунжерным парам в головке насоса выполнен П-образный канал. К одному концу канала подсоединен топливопровод подачи топлива от фильтра тонкой очистки, а к другому - топливопровод перепуска излишков топлива из головки насоса в подкачивающий насос. В штуцере этого топливопровода смонтирован перепускной клапан.

Толкатель состоит из корпуса, внутри которого на оси вращается ролик. Сверху в корпус толкателя ввернут регулировочный болт с контргайкой, с помощью которого регулируется момент начала подачи топлива плунжером.

Плунжерная пара является основным насосным элементом и состоит из плунжера и втулки плунжера. Плунжер и втулка плунжера представляют собой прецизионную пару и подвергаются специальной притирке, поэтому распаровывать их нельзя. На нижнюю часть плунжеров напрессованы поводки, которые посредством хомутов соединены с рейкой. Хомуты на рейке зажимаются болтами. Седло с нагнетательным клапаном поджимаются к гильзе плунжера штуцером, внутри которого находится пружина. Между седлом и штуцером установлена уплотнительная прокладка. На нижние заплечики плунжеров опираются тарелки, которые служат упором для пружин.

В нижней части корпуса насоса имеется фланец для установки подкачивающего насоса, а также отверстие для залива и слива масла, закрытые пробками. Для осмотра и регулировки насоса на корпусе выполнены люки, закрытые крышками. Масляная полость насоса объединена с масляной полостью регулятора. Смазка топливного насоса осуществляется от смазочной системы дизеля циркуляционно. Из главной масляной магистрали масло поступает от плиты крепления насоса и зазором между направляющим отверстием насоса и толкателем первой насосной секции, смазывая детали насоса и регулятора. При достижении определенного уровня масло по каналу в корпусе насоса сливается в картер шестерен, а оттуда в нижнюю крышку картера дизеля. Для выравнивания давления масла в корпусе насоса и картере дизеля в колпаке рейки насоса выполнено отверстие.

Принцип работы топливного насоса.

При вращении кулачкового вала толкатель под воздействием кулачков совершает возвратно поступательное движение. Движение от толкателей передается плунжерам. Когда плунжер перемещается вниз через наполнительное отверстие во втулке плунжера, топливо заполняет надплунжерную полость. При движении плунжера вверх часть топлива обратно вытекает обратно в канал головки, пока плунжер не перекроет наполнительное отверстие. Продолжая двигаться вверх, плунжер сжимает оставшееся топливо, и как только давление в надплунжерной полости станет достаточным для преодоления усилия пружины, нагнетательный клапан поднимается и топливо нагнетается по топливопроводу высокого давления в форсунку. Топливо подается в форсунку до тех пор, пока винтовая кромка на плунжере не откроет отсечное отверстие во втулке, через которое оставшееся в надплунжерной полости топливо перетекает в канал в головке насоса. Давление топлива в надплунжерной полости при этом резко снижается и нагнетательный клапан под действием пружины садится на седло клапана. При опускании нагнетательного клапана разгрузочный поясок обеспечивает более резкую отсечку топлива, в результате чего уменьшается количеств топлива, которое впрыскивается при пониженном давлении. В результате давление в топливопроводе снижается, и подача топлива к форсунке прекращается.

Количество топлива, подаваемого в цилиндры, зависит от величины активного хода плунжера, т. е. от момента перекрытия наполнительного отверстия верхней кромкой плунжера до момента открытия отсечного отверстия винтовой кромкой. Это достигается поворотом плунжера на некоторый угол, который управляется рейкой топливного насоса.

В зависимости от назначения дизеля и режима его работы топливный насос с регулятором регулируется на различную частоту вращения кулачкового вала и часовую подачу топлива. В связи с этим для каждой марки дизеля насос имеет обозначение, которое наносится на корпусе регулятора.

Топливный насос снабжен всережимным регулятором центробежного типа, который автоматически в зависимости от нагрузки изменяет мощность дизеля, обеспечивая устойчивую и экономичную работу в заданном режиме.

4.2 Особенности конструкции форсунки

На подготовку топлива к сгоранию в цилиндре дизеля отводится тысячные доли секунды, поэтому топливо необходимо подавать в камеру сгорания в мелко распыленном виде и так распределять его по объему камеры сгорания, чтобы оно в период подготовки сгорания качественно перемешивалось с воздухом.

К моменту подачи топлива воздух в цилиндре сжат до давления 4-5 МПа, поэтому струями мелко распыленного топлива необходимо сообщить большую скорость, чтобы они могли проникнуть в удаленные части камеры сгорания.

Повышенная скорость топлива нужна еще для того, чтобы оно в конце впрыска не прилипала к распылителю и не закоксовывало распыливающие отверстия, т. к. это искажает форму факела впрыска, уменьшает пропускную способность распылителя, снижает мощность дизеля и ухудшается его экономичность. Впрыск топлива в цилиндры дизеля осуществляется при помощи форсунок.

На двигателе СМД- 31 установлена форсунка ФД- 22 с четырехдырчатым распылителем. Корпус форсунки отлит из стали 55Л. В центральном отверстии корпуса установлена штанга. Нижний конец корпуса закален и тщательно доведен. К нижнему торцу накидной гайкой прижат корпус распылителя с находящейся в нем иглой, которая упирается штанга.

В верхней части корпуса в резьбовое отверстие ввернут стакан пружины с регулировочным винтом. Между торцом регулировочного винта и штангой установлена пружина форсунки.

В наклонном резьбовом отверстии корпуса ввернут штуцер для подвода топлива к форсунке.

Основные наиболее сложные детали форсунки - это корпус распылителя и игла. Корпус распылителя изготовлен из стали 18ХН4МА. В его носке просверлены четыре распыливающих отверстия. Качество распыла топлива и пропускная способность распылителя во многом зависят от шероховатости отверстий, поэтому поверхность отверстий подвергают гидрополировке.

Внутреннюю поверхность отверстия корпуса распылителя под иглу и наружную поверхность иглы тщательно обрабатывают и доводят. Поверхности иглы и корпуса должны обладать ровным отблеском, следы шлифовки не допускаются. Иглу распылителя изготавливают из стали Р18 и закаливают до твердости HRC60-65. В нижней части иглы выполнен запорный конус. Угол конуса иглы на 1? больше угла запирающего конуса распылителя, благодаря чему игла надежно уплотнена в корпусе.

Пару корпус распылителя- игла подбирают по величине зазора, который должен быть около 0.002 мм. Эти детали составляют прецизионную пару.

В хорошо собранной паре, промытой в профильтрованном топливе, при наклоне распылителя под углом 45? игла, выдвинутая на 1/3 длины и установленная в любом угловом положении относительно корпуса, должна перемещаться под действием собственной массы до упора в запирающий конус распылителя плавно, без заедания.

Испытание на плотность выполняют при затяжке пружины, равной 23 МПа. Перед опрессовкой делают один впрыск. Время падения давления с 20 МПа до 18 МПа должно быть не более 7 с. Подтекание топлива при этом по уплотняющему конусу или появление капли на носке распылителя не допускается.

Распылитель крепят к форсунке гайкой распылителя. Относительно корпуса форсунки распылитель фиксируют двумя штифтами, смещенными в диаметральной плоскости. Фиксация распылителя необходима для установки определенного расположения факелов топлива относительно камеры сгорания.

Верхняя часть иглы заканчивается хвостовиком, который упирается в полированное донышко штанги. Штанга передает усилие от пружины форсунки к игле распылителя.

Пружина изготовлена из высококачественной стали 50ХФА. Для повышения прочности ее подвергают дробеструйной обработке.

Затяжку пружины форсунки регулируют винтом, который после регулировки фиксируют контргайкой. Сверху форсунка закрыта колпаком. Усилие затяжки пружины соответствует давлению начала впрыска 17.5 МПа.

Для предохранения прецизионной пары форсунки от попадания случайных механических примесей в штуцере установлен дополнительный сетчатый фильтр. Он представляет собой набор четырех типов сеток, вырезанных кружками диаметром 10 мм с ячейками 0.4; 0.18; 0.10; 0.04 мм соответственно.

Топливо по совпадающим отверстиям в корпусе форсунки и каналам в корпусе распылителя под высоким давлением поступает в кольцевую камеру, преодолевая сопротивление пружины форсунки, приподнимает иглу распылителя, подходит к распыливающим отверстиям и впрыскивается в камеру сгорания.

Величина подъема иглы и соответственно проходного сечения по конусу между иглой и корпусом распылителя ограничивается зазором между иглой и корпусом форсунки по высоте, который составляет 0.23- 0.3 мм.

4.3 Описание конструкции топливопровода высокого давления

Топливопровод высокого давления дизеля СМД-31 представляет собой толстостенную бесшовную трубку с толщиной стенки порядка 3.5 мм и внутренним диаметром 2 мм, общей продолжительности 916 мм. К топливопроводу предъявляются следующие требования:

- абсолютная герметичность во время работы топливной аппаратуры;

- необходимая усталостная прочность в условиях ударных нагрузок и вибрации;

- необходимая площадь проходного сечения;

- минимально возможная длина;

- отклонение по пропускной способности и по внутреннему объему топливопроводов в комплекте на дизель - не выше 5%.

5. Расчет процесса топливоподачи

Q_т== = 0.1238 см³/цикл

n_к= 850 мин^-1.

р_ц== = 10 МПа,

где р_сж, р_z- давление рабочих газов в конце процесса сжатия и максимальное давление цикла

Параметры плунжерной пары топливного насоса:

- диаметр плунжера d_п= 10 мм;

- полный ход плунжера S_п= 11 мм;

- ход плунжера от начала его движения до касания его наполнительной кромкой нижнего края наполнительного отверстия плунжерной пары

S_н= S_гнн- d_н= 3- 3=0;

Давление, необходимое для поднятия нагнетательного клапана от запирающего конуса его корпуса

р_к= 0.3 МПа

Объем надплунжерной полости топливного насоса при нижнем расположении плунжера

V_н= V_нп+ V_вп1,081^. 10^-6+ 0,184^. 10^-6 = 1,166^.10^-6 м³,

где V_вп- объем каналов и вырезов в золотниковой части плунжера

V_вп= 0,184^. 10^-6 м²

V_нп- объем полости над плунжером при его нижнем положении

V_нп= F_п^.(S_п+?)= 78,2389^. 10^-5.(0.011+ 0.001)= 1,081^. 10^-6 м³,

?- зазор между плунжером и корпусом нагнетательного клапана

?= 1 мм.

Объем линии высокого давления

V_л= V_нк+ V_т+ V_ф= 1,65^. 10^-6+6,75^. 10^-6+1,389^. 10^-6= 9,77^. 10^-6 м³,

где V_нк, V_т, V_ф- объем полости нагнетательного клапана, объем канала в топливопроводе высокого давления и объем каналов высокого давления в форсунке.

Объем за запирающим конусом распылителя форсунки

V_р=1.57^.10^-9 м³.

Параметры форсунки:

- диаметр иглы распылителя d_и= 6 мм;

- диаметр основания запирающего конуса иглы распылителя d_к= 4.5 мм;

- относительная величина дифференциальной площадки иглы распылителя

d= = = 0.44;

- угол запирающего конуса иглы распылителя ?_и= 60?;

- диаметр колодца распылителя d_ко= 1 мм;

- подъем иглы распылителя h_и= 0.2 мм;

- количество распыливающих отверстий i_р= 4;

- суммарное проходное сечение распыливающих отверстий

f_p= = = 0.292 мм²;

р_нв= 12.5 МПа.

Остаточное давление в линии высокого давления

р_ло= 3 МПа.

Давление топлива в полости низкого давления топливного насоса

р_о= 0.2 МПа.

6. Расчет деталей на прочность

Цель расчета: оценить уровень нагруженности основных деталей топливного насоса от основных сил, действующих на них. Это позволяет выявить перегруженные детали, которые, попав в эксплуатацию, быстро выйдут из строя. С помощью этих расчетов можно отыскать пути и способы повышения прочности и надежности таких деталей, кроме того с помощью этих расчетов можно выявить детали, которые мало нагружены и, либо догрузить их, либо ослабить саму деталь с целью упрощения ее изготовления , экономии материалов и ресурсов.

6.1 Расчет пружины топливного насоса

Исходные данные:

диаметр пружины d_пр=3 мм;

средний диаметр пружины D_ср=26 мм;

масса подвижных частей m=0.164 кг;

число рабочих витков i_р=8;

модуль упругости Е=2.2^.10⁵ МПа;

ускорение плунжера W=-647,035 м/с²;

модуль упругости сдвига для стали 50ХФА G=82500 МПа;

допустимое напряжение от кручения ₀=400 МПа;

допустимый коэффициент превышения силой пружины силы инерции деталей [K]=1.2;

ход плунжера, когда его ускорение становится отрицательным S_w=8,732 мм;

максимальное давление топлива в надплунжерной полостиР_нмах=58,624МПа

Определяем предварительную затяжку пружины

.

Определяем максимально допустимую нагрузку на пружину

.

Определяем жесткость одного витка пружины

.

Определяем полную деформацию пружины

.

Определяем число рабочих витков пружины

.

Определяем жесткость пружины

.

Определяем деформацию пружины, когда ускорение становится отрицательным

.

Определяем силу пружины в момент, когда ускорение становится отрицательным

.

Определяем силу инерции деталей привода плунжера

.

Определяем коэффициент превышения силой пружины силы инерции деталей

>.

Определяем длину пружины в свободном состоянии

,

где ?n- зазор между витками пружины в сжатом состоянии,?n=0.5мм.

Определяем устойчивость пружины

<3,

следовательно, пружина устойчива.

Определяем шаг витков пружины

.

Определяем поправочный коэффициент распределения напряжения кручения по окружности сечения витка

,

где с- индекс пружины

.

Определяем максимальную силу пружины

.

Определяем максимальное напряжение в пружине от изгиба и кручения

<.

Определяем минимальную силу пружины

.

Определяем максимальное напряжение в пружине от изгиба и кручения

.

Определяем среднее напряжение цикла

.

Определяем амплитуду напряжения цикла

.

Для стали 50ХФА предел текучести ; предел выносливости ; при тщательной обработке поверхности .

Определяем запас прочности

>.

Проверяем пружину на резонанс.

Определяем низшую собственную частоту колебаний пружины

;

>10,

следовательно, колебания пружины не опасны.

6.2 Расчет кулачка топливного насоса

Кулачок привода плунжера топливного насоса проверяем на контактные напряжения, возникающие на его поверхности, которые, взаимодействуя с роликом толкателя в результате действия максимальной за время впрыскивания топлива нормальной силы N_max.

Исходные данные:

d_п=10 мм; S_п=13 мм; r=13 мм; в=13 мм; R₀=20,8 мм; р_{н мах}=58,624 МПа; R=2,0мм; S=8,73 мм; С_п=2.35 м/с; W=-647,035 м/с²; f₀=13 мм; С₁=80.2^.10^-6 МН/мм;i_p=8; m=0.164 кг; n_к=850 мин^-1; Е=2.2^.10⁵ МПа.

Определяем силу, действующую по оси плунжера

Р= Р_т+ Р_н+ Р_и= 46,25^.10^-4+ 2.18^.10^-4+ (-1.06^.10^-4)=47,37^.10^-4 МН,

где Р_т- сила от максимального давления топлива в надплунжерной полости,

Р_т= р_{н мах}^.F_п=58,624^. 7,85^.10^-5=46.25^.10^-4 МН;

Р_п- сила пружины,

Р_п= МН;

Р_и- сила инерции подвижных деталей,

Р_и= m^.W^.10^-6= 0.164^. (-647,035)^.10^-6= -1.06^.10^-4 МН.

Определяем угол давления

tg d=?; тогда ???1,8289?;

х= r??R₀+ S= 0.013+ 0.0208+ 0.00873= 0.0425 м;

с^-1.

Определяем максимальную нормальную силу

N_max= МН.

Определяем контактные напряжения

6.3 Расчет кулачкового вала

Кулачковый вал рассчитывается на изгиб и кручение.

Исходные данные:

S_п=13 мм; d_в=20 мм; d₀=0 ; l=245 мм; а=20 мм; в=215 мм; L=276 мм; N_max=0.558^.10^-4 МН; х=0.0425 м; Е=2.2^.10⁵ МПа; G=8.15^.10^-4 МПа.

Определяем суммарное приведенное напряжение

МПа<[]=150 МПа;

МПа;

МН^.м;

м⁴;

МПа,

где М_{к мах}- максимальный крутящий момент на кулачке топливного насоса,

МН^.м,

W_к- момент сопротивления кручению,

W_к= 2W_и= 2 ^.1.96^.10^-6= 3,92^.10^-6 м⁴.

Определяем прогиб пролета кулачкового вала

У=0.033<1%S_п=13,

где J- момент инерции поперечного сечения кулачкового вала,

J= м⁴.

Определяем угол закрутки в градусах кулачкового вала

;

J_п= 2^.J= 2^. 0,785^.10^-8= 1,57^.10^-8 м⁴;

<.

6.4 Расчет плунжера топливного насоса

Плунжер топливного насоса проверяем на сжатие в минимальном сечении и удельную нагрузку опорного торца.

Исходные данные:

р_т=47,37^.10^-4 кН; d_{п мin}=9 мм; d_поп=7 мм;

F_{п min}=

Определяем площадь опорного торца плунжера

F_поп=

где d_поп- диаметр опорного торца плунжера.

Определяем напряжение сжатия в минимальном сечении плунжера

Определяем удельную нагрузку опорного торца

6.5 Расчет толкателя

В толкателе рассчитываются следующие элементы: ось ролика, втулку ролика, направляющую поверхность корпуса толкателя.

Исходные данные:

N_max=0.558^.10^-2МН; l_п=24мм; l_б=16мм; в=13мм; d_пн=10мм; d_пв=0; L=7мм; d_вт=13мм; d_то=30мм; Н_т=26мм; ; ; Р=47,37^.10^-4МН.

Определяем напряжение изгиба оси толкателя

<.

Определяем касательные напряжения среза в сечениях оси толкателя

.

Определяем удельную нагрузку в опорах

.

Определяем удельную нагрузку на внутренней поверхности втулки

.

Определяем удельную нагрузку на наружной поверхности втулки

.

Определяем максимальную нагрузку у нижнего края направляющей поверхности корпуса толкателя

.

Заключение

В результате выполнения дипломного проекта по расчету топливной аппаратуры дизеля СМД-31 были сделаны следующие выводы:

1.Выбраны основные параметры топливной аппаратуры:

- диаметр плунжера

С_п=2.35м/с;

- максимальное давление топлива в надплунжерной полости Р_{н мах}=71,43МПа;

- максимальное давление впрыскивания Р_{л мах}=55,9МПа.

Были выполнены расчеты на прочность основных деталей топливного насоса и форсунки. Все расчетные значения лежат в пределах допустимых, а следовательно, требования к прочности и надежности конструкции удовлетворены.

Размещено на Allbest.ru