employee
Russian Federation
employee
Russian Federation
employee
Russian Federation
employee
Russian Federation
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
OKSO 35.01.15 Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования в сельскохозяйственном производстве
BBK 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
TBK 5606 Техническое оснащение сельского хозяйства
The most common reason for the loss of operability of plunger elements of a high-pressure fuel pump of automotive diesel engines is a decrease in the maximum developed pressure and feed cycle due to wear of parts. The location of the wear zones is primarily due to the peculiarities of the fuel supply cycle organization of the pump. In the injection pump of the distribution type, where the plunger makes several injection strokes and one revolution around its axis (fuel distribution) in one revolution of the camshaft of the pump, there are several sections of local wear zones: two sections in the sleeve above the filling windows and six sections of approximately the same shape and size at the end of the plunger. When combining wear zones, in the process of fuel supply, local canals arise, which are the main source of fuel leaks, and, accordingly, the cause of pressure reduction and cyclic supply. An analysis of the nature of the location of the wear sections in the sleeve and on the plunger allows us to make an assumption about the possibility of displacement of local wear sections when changing the functional purpose of a worn plunger pair of a distribution injection pump. With the exclusion of the distribution function of the plunger, it can be fixed in any angular position relative to the sleeve, which provides a shift in the wear zones, and consequently, a reduction in fuel leaks. In the work, by modeling various angular positions of the plunger relative to the sleeve, the parameters of the local canals formed by the areas of local wear are determined, the possible values of fuel leaks through these channels are calculated, the optimal angles of rotation of the plunger, which ensure minimal fuel leakage, are found. The optimal values of the angular position of the plunger are 30°, 150° and 270° relative to the initial one; the calculated value of reducing fuel leaks is 82%.
plunger elements, local areas of wear, fuel leaks, hydraulic characteristics
Введение. Надежность дизельной топливной аппаратуры в значительной мере определяется потенциалом работоспособности плунжерной пары топливного насоса высокого давления [1].
Техническое состояние плунжерных пар оценивается рядом показателей, среди которых чаще всего используют величину цикловой подачи топлива, максимально развиваемую давление и т.д. [2]. В процессе эксплуатации эти показатели снижаются в основном из-за возникновения локальных участков износа на плунжере и втулке, способствующих увеличению объемных потерь топлива за счет разности давлений в рабочей и нерабочей полостях [3]. Изнашивание втулки и плунжера ТНВД распределительного типа происходит на локальных участках, как правило, в зонах нагнетательных, впускных, распределительных и отсечных отверстий и каналов. Из-за особенностей организации цикла топливоподачи распределительных ТНВД участки износа во втулке и на плунжере при нагнетании топлива совмещаются, что приводит к возникновению местных каналов, являющихся основным источником утечек топлива [4]. Изучение характера расположения участков износа во втулке и на плунжере позволяет сделать предположение о возможности уменьшения утечек топлива через участки локального износа за счет изменения углового положения плунжера.
Целью работы является определение относительного углового положения изношенных втулки и плунжера распределительного ТНВД, обеспечивающего минимальные утечки топлива, при которых возможно использование остаточного ресурса плунжерной пары при изменении первоначальных функций плунжерной пары.
Условия, материалы и методы исследований. Исследовательская работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГБОУ ВО «Чувашская ГСХА» и согласовывается с положением «Стратегии социально-экономического развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2020года». Для решения поставленных целей были проведены исследования в 2018-2019 гг., результаты используются в учебном процессе.
Объектом исследования являются результаты определения мест расположения и величины износа втулки и плунжера распределительного ТНВД. В работе путем моделирования различных угловых положений плунжера относительно втулки определены параметры местных каналов, образованных участками локального износа, рассчитаны возможные значения утечек топлива через эти каналы, найдены оптимальные углы поворота плунжера, обеспечивающего минимальные утечки топлива.
Анализ и осуждение результатов. Характер изнашивания деталей плунжерной пары ТНВД распределительного типа определяется циклом топливоподачи: за один оборот кулачкового вала насоса плунжер совершает несколько нагнетательных ходов и один оборот вокруг своей оси (распределение топлива по штуцерам). Исследованиями износа деталей трехштуцерной плунжерной пары ТНВД НД-22/6 [5, 8] выявлены следующие участки расположения локальных зон износа: во втулке два участка выше наполнительных окон, на плунжере – шесть участков приблизительно одинаковой формы и размеров на торце (рисунок 1).
Геометрические параметры участков износа определяются по следующим формулам:
- длина дуги участка износа во втулке:
(1)
- длина дуги участка износа во втулке:
(2)
- площадь участка износа во втулке:
(3)
- площадь участка износа на плунжере:
(4)
- площадь совмещенного участка износов во втулке и на плунжере:
(5)
В исходном положении плунжера в момент начала нагнетания образуются два канала утечек топлива, образованных совмещенными участками износа во втулке и на плунжере (рис. 1). При изменении углового положения плунжера количество и размеры каналов утечек меняются. Для определения геометрических параметров каналов утечек топлива были смоделированы различные угловые положения плунжера относительно втулки [6, 9]. Шаг углов поворота был принят равным 15°, что объясняется характеристиками механизма поворота плунжера ТНВД НД-22/6. Схема расчета геометрических параметров местных каналов приводится на рисунок 2.
При угловом положении плунжера α = 15° в плунжерной паре образуются 5 каналов утечек топлива (рис.2): три совмещенных канала площадью Fc1, Fc2, Fc3 и два канала Fв1 и Fв2, образованных участками износа во втулке. Для относительной характеристики геометрических параметров местных каналов утечек топлива при различных угловых положениях плунжера было использовано отношение площадей Fc, Fв и Fп к сумме этих площадей ∑Fi . В расчетах значения величины износов были приняты равными средним значениям, установленным при измерениях [6]: δв = 0,007 мм; δп = 0,005 мм.
Для остальных угловых положений плунжера расчеты проводились по аналогичной схеме. Результаты расчета площадей представлены на рисунок 3.
Утечки топлива в зазорах, образованных участками износа, происходят под действием перепада давления при движении стенок канала. Суммарные утечки топлива через изношенные участки в плунжерной паре могут быть определены по формуле:
(6)
где ΔVi – утечки топлива через отдельный канал;
n – количество каналов утечек.
Величина утечек топлива через отдельныйкольцевой канал определяется по формуле Гагена-Пуазейля [7]:
(7)
где s – зазор в плунжерной паре;
ΔP – разность давленийтоплива в рабочей и нерабочей полостях;
t – время;
μ – динамическая вязкость топлива;
h – длина сопряжения, мм.
Для отдельных изношенных участков кольцевого зазора величина утечек равна:
(8)
где φi – угол расположения изношенного участка.
Для определения углового положения плунжера, при котором обеспечиваются минимальные суммарные утечки топлива, были рассчитаны параметры местных каналов, образованных участками локального износа, определены возможные значения утечек топлива через эти каналы при различных углах поворота плунжера (рисунок 4).
В качестве оценочного показателя для характеристики утечек топлива в изношенной плунжерной паре было принято отношение суммарных утечек топлива ΔV при различных угловых положениях плунжера α к минимальному значению суммарных утечек ΔVmin.
Результаты моделирования и расчетов показывают: оптимальными значениями углового положения плунжера являются 30°, 150° и 270° относительно начального, расчетное значение снижения утечек топлива при этом составляет 82 %.
Выводы. 1. Изношенные плунжерные пары ТНВД распределительного типа могут быть использованы после достижения предельного состояния при изменении функционального назначения, а именно при сохранении только нагнетательной функции, что обеспечивает дополнительное использование заложенной в конструкции плунжерной пары потенциала работоспособности.
2. Оптимальными значениями углового положения плунжера относительно втулки ТНВД НД-22/6, обеспечивающего минимальные утечки в изношенной плунжерной паре при нагнетании топлива являются 30°, 150° и 270° относительно начального положения.
3. Расчетное значение снижения утечек топлива при указанных угловых положениях плунжера составляет 82 %.
1. Kazakov Yu.F. Analytical assessment of the technical condition of plunger pairs when assembling them according to their hydraulic density. [Analiticheskaya otsenka tekhnicheskogo sostoyaniya plunzhernykh par pri komplektatsii ikh po gidroplotnosti]. / Yu.F. Kazakov, V.A. Ivanov // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. - 2018. - № 1 (48). - P.138-142.
2. Ivanov V.A. Development of a method for using plunger pairs of a high-pressure fuel pump of a distribution type of diesel engine. [Razrabotka sposoba doispolzovaniya plunzhernykh par toplivnogo nasosa vysokogo davleniya raspredelitelnogo tipa dizelyat]. / V. A. Ivanov, V. G. Lebedev. - Mezhdunarodnyy tekhniko-ekonomicheskiy zhurnal. - International technical and economic journal. - 2017. - № 1. - P. 74-77.
3. Lebedev V.G., Ivanov V.A. A method for the disposal of a plunger pair of a distribution type high pressure fuel pump. [Sposob utilizatsii plunzhernoy pary toplivnogo nasosa vysokogo davleniya raspredelitelnogo tipa]. / V.G Lebedev, V.A. Ivanov // Mezhdunarodnyy nauchnyy zhurnal. - International scientific journal. 2017. №2. P. 78-80.
4. Dobrokhotov Yu.N. Analysis of the influence of the check valve’s shape on the fuel supply process in distribution type pumps. [Analiz vliyaniya formy obratnogo klapana na protsess toplivopodachi v nasosakh raspredelitelnogo tipa]. / Yu.N. Dobrokhotov, Yu.V. Ivanschikov, A.R. Valiev, R.V. Andreev, N.N. Pushkarenko // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University 2019. Vol. 14. № 2 (53). P. 88-94.
5. Dobrokhotov Yu.N. Improving the accuracy of regulation of the performance of the pump sections of the distribution type fuel pump. [Povysheniye tochnosti regulirovaniya proizvoditel'nosti nasosnykh sektsiy toplivnogo nasosa raspredelitel'nogo tipa / Yu.N. Dobrokhotov, Yu.V. Ivanshchikov, A.R. Valiyev, A.O. Vasil'yev// Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University.2019. T. 14. № 1 (52). P. 77-82.
6. Ivanov V.A. Povyshenie dolgovechnosti raspredelitelnykh toplivnykh nasosov vysokogo davleniya putem modernizatsii: avtoref. … kand. tekh. nauk. Vseros. nauch.-issled. tekhnolog. in-t remonta i ekspluatatsii mashinno-traktornogo parka. (Increasing the longevity of high-pressure distribution fuel pumps by modernization: author’s abstract for a degree Ph.D. of Ph.D. of Technical sciences). // V.A. Ivanov. - Moscow: Vseros. scientific researcher technologist. Institute of Repair and Maintenance of the Machine and Tractor Park, 2011. - P. 16.
7. Bashta T.M. Obemnye nasosy gidravlicheskie dvigateli gidrosistem. [Volumetric pumps hydraulic motors of hydraulic systems]. / T.M. Bashta. - M.: Mashinostroenie, 1974. - P. 606.
8. Polivaev O.I., Kostikov O.M., Vorokhobin A.V., Vedrinskiy O.S. Konstruktsiya traktorov i avtomobiley: uchebnoe posobie / Pod obsch. red. prof. O.I. Polievaeva. [The design of tractors and cars: textbook / total edition by professor O.I. Polievaeva. - SPb.: Izdatelstvo “Lan”, 2013. - P. 288.
9. Theoretical prerequisites for increasing the efficiency of using plunger pairs of self-propelled agricultural machines. [Teoreticheskie predposylki povysheniya effektivnosti ispolzovaniya plunzhernykh par samokhodnykh selskokhozyaystvennykh mashin]. // Belov V.V. and others. Izvestiya Mezhdunarodnoy akademii agrarnogo obrazovaniya. - News of International Academy of Agricultural Education. 2019. № 45. P. 14-19.
