Россия
Россия
Россия
Россия
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
ОКСО 35.01.15 Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования в сельскохозяйственном производстве
ББК 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
ТБК 5606 Техническое оснащение сельского хозяйства
Наиболее распространенной причиной потери работоспособности плунжерных пар топливного насоса высокого давления (ТНВД) автотракторных дизелей является снижение максимального развиваемого давления и цикловой подачи из-за износа деталей. Расположение зон износа обусловлено прежде всего особенностями организации цикла топливоподачи насоса. В ТНВД распределительного типа, где за один оборот кулачкового вала насоса плунжер совершает несколько нагнетательных ходов и один оборот вокруг своей оси (распределение топлива), существует несколько участков локальных зон износа: два участка во втулке выше наполнительных окон и шесть участков приблизительно одинаковой формы и размеров на торце плунжера. При совмещении зон износа в процессе топливоподачи возникают местные каналы, являющиеся основным источником утечек топлива, и соответственно, причиной снижения давления и цикловой подачи. Анализ характера расположения участков износа во втулке и на плунжере позволяет сделать предположение о возможности смещения участков локального износа при изменении функционального назначения изношенной плунжерной пары распределительного ТНВД. При исключении распределительной функции плунжера он может быть зафиксирован в любом угловом положении относительно втулки, что обеспечивает смещение зон износа, и следовательно, уменьшение утечек топлива. 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. Оптимальными значениями углового положения плунжера являются 30°, 150° и 270° относительно начального, расчетное значение снижения утечек топлива при этом составляет 82%.
плунжерная пара; локальные участки износа; утечки топлива; гидравлические характеристики
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. Казаков, Ю. Ф. Аналитическая оценка технического состояния плунжерных пар при комплектации их по гидроплотности / Ю. Ф. Казаков, В. А. Иванов // Вестник Казанского ГАУ. - 2018. - № 1 (48). - С.138-142.
2. Иванов, В.А. Разработка способа доиспользования плунжерных пар топливного насоса высокого давления распределительного типа дизелят / В. А. Иванов, В. Г. Лебедев. -Международный технико-экономический журнал. -2017. - № 1. - С. 74-77.
3. Лебедев, В.Г., Иванов, В.А. Способ утилизации плунжерной пары топливного насоса высокого давления распределительного типа / В.Г Лебедев, В.А. Иванов // Международный научный журнал, - 2017. - №2. - С. 78-80.
4. Доброхотов Ю.Н., Анализ влияния формы обратного клапана на процесс топливоподачи в насосах распределительного типа/ Ю.Н. Доброхотов, Ю.В. Иванщиков, А.Р. Валиев, Р.В. Андреев, Н.Н Пушкаренко// Вестник Казанского ГАУ. - 2019. - Т. 14. - № 2 (53). - С. 88-94.
5. Доброхотов Ю.Н., Повышение точности регулирования производительности насосных секций топливного насоса распределительного типа / Ю.Н. Доброхотов, Ю.В. Иванщиков, А.Р. Валиев, А.О. Васильев// Вестник Казанского ГАУ. - 2019. - Т. 14. - № 1 (52). - С. 77-82.
6. Иванов, В. А. Повышение долговечности распределительных топливных насосов высокого давления путем модернизации: автореф. … канд. тех. наук / В. А. Иванов. -М.: Всерос. науч.-исслед. технолог. ин-т ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка, 2011. - 16 с.
7. Башта, Т.М. Объемные насосы гидравлические двигатели гидросистем / Т.М. Башта. - М.: Машиностроение, 1974. - 606 с.
8. Поливаев О.И., Костиков О.М., Ворохобин А.В., Ведринский О.С. Конструкция тракторов и автомобилей: Учебное пособие / Под общ. ред. проф. О.И. Полиеваева. - СПб.: Издательство «Лань», 2013. - 288с.
9. Теоретические предпосылки повышения эффективности использования плунжерных пар самоходных сельскохозяйственных машин Белов В.В., и др. Известия Международной академии аграрного образования. 2019. № 45. С. 14-19.
