авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

повышение долговечности форсунок автотракторных дизелей модернизацией

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Гурин тимофей юрьевич

повышение долговечности форсунок автотракторных дизелей модернизацией распылителей

Специальность 05.20.03 – Технологии и средства

технического обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск 2010

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет» (ФГОУ ВПО «ОмГАУ») на кафедре «Тракторы, автомобили и эксплуатация машинно-тракторного парка».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Керученко Леонид Степанович (ФГОУ ВПО ОмГАУ)
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Воронин Дмитрий Максимович (ФГОУ ВПО НГАУ);
кандидат технических наук, с.н.с. Моносзон Александр Абрамович (ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии)
Ведущая организация: Государственное научное учреждение Сибирский физико-технический институт аграрных проблем Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СибФТИ Россельхозакадемии)

Защита диссертации состоится « » апреля 2010 года в 9 часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.059.01 при Государственном научном учреждении Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск – 1, а/я 460, ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии; телефон, факс (383) 348-12-09; e-mail: sibime@ngs.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск – 1, а/я 460.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии и на сайте www.sibime.sorashn.ru

Автореферат разослан « » марта 2010 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета В.С. Нестяк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Надёжность, экономичность и устойчивость работы дизелей тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин зависят от надежности и совершенства топливной аппаратуры. На работу дизелей значительно влияет состояние топливоподающей системы, особенно ее прецизионных деталей. К одним из основных узлов топливоподающей системы относятся форсунки. Некачественная работа форсунок ведет к снижению ресурса дизеля, падению мощности, а порой и к выходу из строя других важнейших узлов двигателя. Наибольшее количество отказов дизелей, до 40%, происходит вследствие неисправностей топливных систем, из них до 80% отказов приходится именно на форсунки.

Надежность и долговечность форсунок обусловлены стабильностью показателей работы и безотказностью распылителей. В настоящее время наибольшее распространение получили форсунки закрытого типа с прецизионным дифференциальным клапаном (иглой), открывающимся против потока топлива. Существенным недостатком форсунок этого типа является их низкая надежность, ресурс распылителей составляет 2500–3000 моточасов, что в несколько раз ниже ресурса плунжерных пар топливных насосов высокого давления 6000–6500 моточасов и двигателя в целом. Изготовление прецизионных пар (плунжерные пары топливных насосов высокого давления, игла – корпус распылителя форсунки) является дорогостоящим и трудоемким процессом, это приводит к повышению стоимости изготовления топливной аппаратуры автотракторных дизелей.

Для увеличения надежности распылителей форсунок предложены форсунки клапанного типа, в которых прецизионная пара игла – корпус распылителя заменена беспрецизионным клапанным узлом. Сферический клапан имеет малую массу и открывается по потоку топлива, что способствует повышению надежности и долговечности форсунок. Однако форсунки клапанного типа не получили широкого распространения в топливных системах дизелей. Основным недостатком форсунок клапанного типа является большой объем полости между клапаном и распыливающими отверстиями, что способствует подтеканию топлива в конце процесса впрыска. Для уменьшения объема данной полости необходимо уменьшить массу подвижных деталей клапанного узла распылителей форсунок, ограничить максимальную высоту подъема клапана и установить вытеснитель топлива. В результате конструктивных изменений распылителей путем замены прецизионной пары на беспрецизионный сферический клапан существенно увеличивается ресурс форсунок без снижения качественных и количественных показателей смесеобразования и тем самым уменьшается стоимость изготовления распылителей форсунок.

Поэтому исследования, направленные на повышение долговечности распылителей форсунок с беспрецизионным клапанным узлом, открывающимся по потоку топлива, являются актуальными.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет» в рамках государственной темы № 0120.0 601331 «Совершенствование топливных систем автотракторных дизелей».

Цель исследования – повышение долговечности форсунок путем увеличения ресурса распылителей за счет применения беспрецизионного клапанного узла, открывающегося по потоку топлива.

Объект исследования – процесс изнашивания распылителей форсунок с беспрецизионным клапанным узлом, открывающимся по потоку топлива.

Предмет исследования – закономерности влияния беспрецизионного клапанного узла форсунок на скорость износа распылителей.

Научная новизна:

  • обосновано повышение долговечности форсунок автотракторных дизелей путем увеличения ресурса распылителей при применении беспрецизионного клапанного узла, открывающегося по потоку топлива;
  • обоснованы рациональные конструктивные и регулировочные параметры распылителей форсунок с беспрецизионным клапаном, открывающимся по потоку топлива. Новизна защищена тремя патентами на полезную модель;
  • разработана математическая модель формирования долговечности форсунок в процессе износа беспрецизионного клапанного узла распылителей, открывающегося по потоку топлива.

На защиту выносятся:

  • зависимость изменения площади проходного сечения между клапаном и седлом распылителей от времени наработки форсунок;
  • зависимость изменения гидравлической плотности беспрецизионного клапанного узла распылителей от времени наработки форсунок.

Практическая значимость. Применение форсунки с беспрецизионным клапаном, открывающимся по потоку топлива, позволяет уменьшить напряжения в поверхностном слое запорного узла распылителя, уменьшить массу подвижных деталей форсунки и тем самым увеличить ее ресурс в два раза.

Реализация работы. Разработаны опытные образцы усовершенствованных форсунок, которые были установлены на два трактора МТЗ-80 в КФХ «Виктория» Кормиловского района Омской области и находились в эксплуатации в течение 900 моточасов. Программа расчета процесса изнашивания распылителей на персональной ЭВМ, а также установка для осциллографирования параметров топливоподачи системой питания дизельного двигателя включены для использования в учебном процессе факультета технического сервиса в АПК ОмГАУ.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и одобрены на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ОмГАУ в 2005–2009 годах, на научно-технической конференции, посвященной 55-летию факультета технического сервиса в АПК ОмГАУ в 2005 году, на Международной научно-практической конференции НГАУ «Перспективные технологии и техническое обеспечение АПК» в 2006 году, на Международном научно-техническом форуме ОмГАУ «Реализация Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы» в 2009 году.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 статья в рецензируемых ВАК РФ изданиях и получены 3 патента на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, библиографического списка и приложений. Объем работы составляет 127 страниц, из них 114 страниц основного текста, 38 рисунков, 6 таблиц. Библиографический список включает 123 источника, в том числе 7 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненной работы, дано ее краткое содержание, сформулирована цель исследования, научная новизна, практическая ценность, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» дан анализ исследований по изучению процесса изнашивания применительно к прецизионным деталям топливоподающей аппаратуры. Охарактеризованы основные виды износов прецизионных поверхностей распылителей, а также их влияние на процесс топливоподачи.

Изучению процесса изнашивания деталей машин в общем и применительно к распылителям форсунок автотракторных дизелей посвящены работы В.В. Антипова, М.А. Бабичева, Н.И. Бахтиярова, Д.Ф. Гуревича, В.Е. Горбаневского, Б.И. Костецкого, И.В. Крагельского, П.М. Кривенко, В.Я. Попова, А.И. Селиванова, М.М. Ташпулатова, В.И. Трусова, Б.Н. Файнлейба и других авторов.

Анализ исследований показал, что долговечность форсунок определяется ресурсом распылителя. Одним из основных факторов, влияющих на износ распылителя, является ударная нагрузка клапана о седло распылителя и гидроабразивное изнашивание как конических запирающих поверхностей, так и цилиндрической направляющей поверхности иглы и корпуса распылителей. Исследованиями установлено, что топливные фильтры на автотракторных дизелях не обеспечивают достаточной степени очистки топлива от механических примесей (абразивов) и воды, которые затем проникают к прецизионным деталям топливоподающей аппаратуры. В сельском хозяйстве на сегодняшний день используют топливные фильтры тонкой очистки, обеспечивающие тонкость отсева в начале эксплуатации в пределах 4–5мкм. При дальнейшей эксплуатации в пыльных условиях тонкость отсева фильтров тонкой очистки ухудшается и составляет более 7–9 мкм.

Исследованиями установлено, что износ поверхности иглы и корпуса распылителя имеет, как правило, местный характер и возникает в основном на запорном конусе и прецизионной направляющей цилиндрической поверхности. При этом в большей мере изнашивается запорный конус иглы, так как запорная поверхность конуса иглы воспринимает ударную нагрузку от пружины форсунки и дополнительно испытывает абразивное действие твердых частиц, находящихся в топливе. Ударную нагрузку иглы от пружины форсунки 100–120 МПа воспринимает малый притертый поясок, шириной 0,2–0,3 мм на запорном конусе иглы и запорной фаске корпуса распылителя, это приводит к деформации микронеровностей поверхностей сопряжения запорного конуса. Металл при знакопеременной нагрузке претерпевает наклёп, поверхность его уплотняется, а затем наступает процесс усталости, при этом микрообъёмы металла отстают, шелушатся, а проходящее с большой скоростью топливо вместе с твердыми абразивными частицами в момент впрыска смывает их. Коническая поверхность запорного конуса иглы изнашивается неравномерно: 70–80 мкм на диаметр средней части, 55–60 мкм нижнее основание и 40–45 мкм – верхнее. В результате износа от ударной нагрузки запорная поверхность иглы принимает седлообразную форму.

Направляющая поверхность иглы и корпуса распылителя изнашивается в основном от действия механических частиц, в результате цилиндрическая поверхность становится конической. Наличие на ней глубоких продольных рисок подтверждает абразивное действие взвешенных в топливе механических частиц, попадающих в зазор при движении иглы вверх, в момент ее подъема. Так как твердые частицы попадают с нижней стороны иглы, то здесь они наносят более глубокие царапины. По мере продвижения абразивов вверх по зазору кромки их грани затупляются и режущая способность утрачивается. Поэтому к верхней части иглы глубина бороздок уменьшается.

Анализ работ по исследованию гидроплотности распылителей форсунок закрытого типа выявил, что основным местом локального износа, определяющим долговечность распылителя, является запорный конус. Доля утечек в зоне запорного конуса распылителя в среднем составляет 70% и 30% – в зоне цилиндрической направляющей поверхности распылителя.

Форсунки клапанного типа имеют ряд преимуществ по сравнению с закрытыми форсунками по требованиям к минимизации массогабаритных показателей, стоимости изготовления и ремонта. Распылители клапанных форсунок не имеют в своей конструкции прецизионной направляющей цилиндрической поверхности, в качестве запорного органа используется сферический (шариковый) клапан, имеющий небольшой ход. Однако ввиду большого объема полости между клапаном и распыливающими отверстиями распылителя широкого применения форсунки клапанного типа не получили.

Анализ исследований износа распылителей форсунок дают основание выдвинуть гипотезу: долговечность форсунок можно увеличить применением беспрецизионного клапанного узла с малой массой подвижных деталей, открывающегося по потоку топлива, не ухудшая при этом характеристики процесса топливоподачи.

Для реализации поставленной цели намечено решение следующих задач:

  1. Провести сравнительный анализ долговечности форсунок в процессе эксплуатации.
  2. Разработать математическую модель оценки изменения ресурса форсунок в результате износа беспрецизионного клапанного узла распылителей.
  3. Обосновать рациональные параметры форсунок с беспрецизионным клапанным узлом, открывающимся по потоку топлива.
  4. Оценить долговечность и экономическую эффективность предлагаемой конструкции распылителей форсунок с шариковым запорным клапаном, открывающимся по потоку топлива.
Рис. 1. Принципиальная схема распылителя форсунки с запорным шариковым клапаном: 1 – запорный шарик, 2 – стакан, 3 – грибок, 4 –пружина, 5 – корпус распылителя

Во второй главе «Теоретические основы исследования механизма изнашивания сопряжения запорное устройство – седло форсунок» исследованы закономерности изменения гидравлической плотности от времени наработки распылителей форсунок и разработана программа расчета, позволяющая проанализировать развитие износа клапанного узла форсунок в процессе их эксплуатации.

На рис. 1 представлена принципиальная схема распылителя форсунки с запорным шариком.

При работе форсунки клапан 1 закрывает проходное сечение форсунки путём посадки в стакан 2. При этом происходит удар клапана о поверхность стакана 2. В результате удара происходит износ клапанного узла распылителя, что приводит к изменению микрогеометрии поверхности сопряжения между шариком и седлом стакана. Изменение микрогеометрии непосредственно отражается на величине проходного сечения между клапаном и седлом, утечках топлива и, как следствие, вызывает изменение гидравлической плотности форсунки.

Износ клапанного узла распылителей форсунок имеет три ярко выраженных этапа: приработки, нормальной работы и ускоренного износа. В этой связи нами сформулированы следующие предложения, позволяющие атрибутивно описать процесс потери гидравлической плотности форсунок на каждом из этапов:

1. На этапе приработки микронеровности поверхностей сопряжения клапана и седла уменьшаются за счет пластической деформации выступов микронеровностей, при этом площадь проходного сечения между клапаном и седлом уменьшается, а гидравлическая плотность форсунок увеличивается.

2. Второй этап – этап работы форсунки на приработанном сопряжении. В этом случае проходное сечение между клапаном и седлом минимально и гидравлическая плотность форсунки максимальна.

При одиночном ударе клапана о седло по поверхности контакта в очень тонком слое толщиной Ну = 20...60 мкм возникают напряжения, эпюру которых можно условно представить так, как показано на рис. 2. При увеличении циклов ударов в этом же поверхностном слое возникают трещины, как показано на рис. 3.

 Напряжения, возникающие при-3  Напряжения, возникающие при-4
Рис. 2. Напряжения, возникающие при посадке шарика на седло: 1 –шариковый клапан, 2 – седло, – толщина поверхностного слоя, в котором действуют напряжения от удара Рис. 3. Образование микротрещин в поверхностном слое клапана и седла по линии контакта: 1 – шариковый клапан, 2 – седло


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.