Диплом 23.04. (1 часть) (актуальная). Исследование безотказности форсунки высокофорсированного дизельного двигателя, разрабатываемой в процессе импортозамещения
 Скачать 1.74 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ярославский государственный технический университет» Кафедра «Автомобильный транспорт» УДК 621.878.23 ДОПУСКАЕТСЯ К ЗАЩИТЕ Заведующий кафедрой канд. техн. наук, доцент ______________ А. В. Соколов «__»___________2020 ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОТКАЗНОСТИ ФОРСУНКИ ВЫСОКОФОРСИРОВАННОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ, РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ В ПРОЦЕССЕ ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе по направлению подготовки «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» ЯГТУ 23.04.03 – 010 ВКР СОГЛАСОВАНО
2020 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ЯРОСЛАВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра _____________________________________________________________ УТВЕРЖДАЮ Зав.кафедрой ________________________ (уч.степень, звание) ________________________ (Ф.И.О., подпись) ЗАДАНИЕ №_____ ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА 1.Выдано студенту(ке)__________________________________________________________ 2.Тема _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ утверждена приказом по университету от________________№_______________ 3. Исходные данные ___________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов) ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 6. Консультанты (с указанием относящихся к ним разделов выпускной квалификационной работы) ____________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 7. Нормоконтролер ____________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 8. Срок сдачи законченной выпускной квалификационной работы_____________________ _____________________________________________________________________________ 9. Дата выдачи задания_________________________________________________________ Руководитель ______________________________ (подпись) Задание принял к исполнению_______________________ (подпись студента) РЕФЕРАТ 19 стр. 6 рис. 1 табл. 11 источн. Топливная аппаратура, common rail, скоростные и экономические параметры, форсунка дизельного двигателя, надежность эксплуатации. Цель работы: приобретение практических навыков и опыта для написания и защиты выпускной квалификационной работы. СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ Полное и своевременное удовлетворение потребностей хозяйственного комплекса и населения страны в перевозках, путем повышения эффективности и качества работы транспортной системы является одной из важнейших задач автомобильного транспорта [1, 2, 3]. Ее решение с одной стороны обеспечивается автомобильной промышленностью за счет выпуска автомобилей с большой надежностью и технологичностью, с другой стороны - совершенствованием методов технической эксплуатации, снижением трудоемкости работ по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей [2, 3, 4, 5]. Существенное значение для решения важнейшей задачи способствует расширенное применение дизельных двигателей на автомобилях. Но при этом, в последнее время, остро стоит вопрос о необходимости дизельных двигателей на рынке, так как на смену им приходят более экологичные и экономичные электромобили, работающие на солнечных батареях. На сегодняшний день в Европе проводятся мероприятия по запрету эксплуатации автомобилей с дизельным двигателем. Однако стоит отметить, что запрет распространяется на автомобили несоответствующие экологическому стандарту Euro-6. Также необходимо учитывать скорость внедрения электромобилей на автомобильный рынок, провести столь масштабные изменения в короткие сроки не представляется возможным. При этом для дизельного двигателя трудно найти альтернативу в части транспортных и грузовых перевозок. Недостаток емкости аккумуляторной батареи для преодоления больших дистанции, несравнимо малая грузоподъемность, немногочисленное количество электрозаправочных станций и длительность зарядки электротранспорта являются основными задачами при разработке и адаптировании грузовых электромобилей. Следовательно, для электрификации коммерческого автотранспорта и роста парка электромобилей потребуется неопределенное количество времени, по этой причине двигатель внутреннего сгорания сохранится в качестве основной энергетической установки автомобильного транспорта, и предпочтение будет отдаваться наиболее экономичному двигателю – дизелю. В РФ эксплуатируемый автомобильный парк с дизелем составляет более 3,5 млн. шт. и наблюдается тенденция к его увеличению; растет суммарная мощность дизельных энергетических установок, используемых в качестве резервных и аварийных источников электропитания на объектах экономики [6]. Топливная аппаратура является одним из основных элементов дизельного двигателя и в значительной мере предопределяет его скоростные и экономические параметры, надежность и стабильность работы, уровень создаваемого шума, а также токсичность и дымность отработавших газов. Система впрыска common rail считается наиболее распространенной на данный момент, ее главным преимуществом является широкий диапазон регулирования давления топлива и момента начала впрыска, которые достигнуты за счет разделения процессов создания давления и впрыска. Данная система включает в себя следующие элементы: топливный насос высокого давления, регулятор давления топлива в рампе, трубопроводы высокого давления, топливную рампу, топливные форсунки. Наибольшее распространение получили четыре типа систем common rail: BOSCH, Siemens, Delphi, Denso. Использование данной системы позволяет повысить топливную экономичность, экологичность, снизить токсичность отработавших газов и уровень шума. Давление, создаваемое в топливной системе, может достигать до 220 МПа, тем самым увеличивая цикловую подачу топлива, что в свою очередь обеспечивает повышение мощности двигателя В свою очередь следует отметить, отсутствие отечественного производства аналогичных топливных систем, все попытки создать подобные отечественные системы на данный момент не привели к положительному результату. Учитывая сложившуюся геополитическую обстановку, а также увеличение экономических санкций против нашей страны можно сказать, что классический вариант топливной аппаратуры разделенного типа остается основным для установки на дизельные двигатели отечественного производства. Следовательно, разработка топливной аппаратуры высокого давления отечественного производства, с целью улучшения показателей дизельного двигателя в эксплуатации остается актуальной задачей. Одним из важных элементов топливной системы является топливная форсунка, предназначенная для обеспечения подачи точно дозированного количества топлива непосредственно в камеру сгорания дизельного двигателя. Таким образом состояние топливной аппаратуры в целом, определяется безотказной работой топливной форсунки. Ужесточение требований, к топливной аппаратуре, которые влекут применение сложных конструктивных и технологических решений, а также высокие инерционные нагрузки, возникающие в системе, накладывают за собой особые требования к безотказности при разработке форсунки ТПС аккумуляторного типа. Целью данной работы является обеспечение импортозамещения в наиболее наукоемком и высокотехнологичном компоненте дизельных двигателей – дизельной топливной аппаратуре нового поколения, путем разработки эффективной конструкции форсунки для дизельного двигателя, а также исследованием ее безотказности. Актуальность данной темы связана с сохранением независимости от иностранных поставщиков, а также непрерывным ростом требований, предъявляемых к экологическим нормам и эксплуатационной надежности топливной аппаратуры. Данные задачи приводят к необходимости проведения как теоретических, так и экспериментальных исследований, которые позволят сформулировать ряд рекомендаций по разработке и проектированию конструкции форсунки дизельного двигателя. Перечень принятых сокращений ЭГФ ЭБУ НДС МКЭ ЦПГ ТПС аккумуляторного типа ТА ТС 1 Анализ современного состояния проблемы Развитие современной техники привело к существенному усложнению конструкции механизмов и машин. Непрерывное развитие и широкое распространение техники устанавливает требования к дальнейшему совершенствованию энергетических установок с целью повышения их технико- экономических и экологических показателей, что в свою очередь ведет к ужесточению требований при разработке топливной аппаратуры. Возникает необходимость проведения отдельных конструктивных, технологических и эксплуатационных мероприятий по повышению надежности. Состояние топливной аппаратуры оказывает значительное влияние на все показатели работы дизеля, а именно - на мощность, расход топлива, тепловую нагрузку и, как следствие, на надежность, решающий фактор для двигателя. Любое отклонение мощности, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения влечет за собой изменение основных характеристик рабочего процесса. Таким образом непроизвольное изменение мощности вызывает: снижение общего ресурса двигателя, увеличение эксплуатационных затрат, необходимость проведения дополнительных ремонтов, что приводит к простоям ТС на линии в ожидании ремонтов. Отказы топливной аппаратуры составляют значительную часть от общих отказов дизеля. Распределение повреждений и отказов основных компонентов на примере дизельного двигателя семейства КАМАЗ-740 показано на рисунке 1. [9]  1 – кривошипно-шатунный механизм, в том числе детали ЦПГ; 2 – механизм газораспределения; 3 – корпус дизеля; 4 – система смазки; 5 – топливная система; 6 – система охлаждения; 7 – узлы уплотнения, в том числе топливной аппаратуры. Рисунок 1 – Статистическое распределение отказов компонентов дизеля Практика показывает, что в ходе эксплуатации под действием различных факторов возрастают потери в процессах преобразования энергии в двигателе и, прежде всего, в его рабочем цикле [8]. Наиболее существенное влияние на эффективность преобразований энергии в рабочем цикле форсированных дизелей оказывает качество процессов впрыскивания, распыливания топлива, смесеобразования и сгорания. Одним из основных факторов, влияющих на эти процессы в эксплуатации, является стабильность характеристик проточной части распылителей и форсунок в целом. Однако, под действием производственных (ремонтных) и эксплуатационных факторов (прежде всего, вследствие роста температуры распылителя) происходит нагаро- и смолоотложение, что приводит к закоксовыванию сопловых отверстий и лакообразованию на поверхности иглы распылителя. Эти процессы усугубляются при снижении давления начала впрыскивания топлива и ухудшении условий работы распылителя при демонтаже-монтаже форсунок для регулирования. В результате происходит существенное ухудшение характеристик форсунок, обусловленное уменьшением эффективного проходного сечения распылителей и снижением подвижности их игл. Это приводит к снижению эффективности процессов преобразования энергии в рабочем цикле и параметрическим отказам, что наиболее характерно для форсированных дизелей. От изменения технического состояния топливной аппаратуры будут зависеть основные мощностные и экономические показатели дизеля: - надежность; - стабильность параметров; - удельные массовые и объемные характеристики; - уровень создаваемого шума; - токсичность и дымность отработавших газов. Таким образом, видно, что в современных условиях остро стоит проблема в повышении надежности топливной аппаратуры. Добиться этого можно, путем поддержания исправного состояния агрегатов входящих в топливную систему, выявляя зарождающиеся неисправности на начальной стадии. Конструктивной особенностью топливной аппаратуры дизелей является наличие прецизионных пар трения, механических упругих узлов, прецизионных и других типов уплотняющих и подвижных узлов. От изменений, возникающих в этих деталях при эксплуатации, зависят и изменения выходных параметров топливной аппаратуры. Из вышесказанного следует, что топливная аппаратура относится к наиболее ответственным агрегатам дизельного двигателя. Поэтому прогнозирование вероятности отказа того или иного элемента, позволит повысить безотказность топливной аппаратуры, следовательно и надежность эксплуатации двигателя в целом, что является актуальной задачей. |