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:     | 1 || 3 | 4 |

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ

-- [ Страница 2 ] --

ность, которая в явном виде показывает зависимости исследуемых параметров от входных факторов. Последовательно проводя рассечение полученной поверхности плоскостями можно получить систему точек {Тi}, соединив которые получим на поверхности кривую Т = P(x;y), соответствующую max исследуемого технологического фактора.

Описанный алгоритм получения интерполяционных моделей позволяет определить оптимальную характеристику работы конкретного ТНВД, у которого известен набор экспериментальных данных по цикловой подаче топлива для различных величин наработки и развиваемого плунжерной парой давления. Предлагаемую интерполяционную модель можно считать эмпирической моделью. Однако задача состоит в разработке не эмпирической, а теоретической модели, которая могла быть применена для определения оптимальных характеристик работы всех типов ТНВД, имеющих активный ход плунжера. При решении этой задачи исходили из следующего:

Расход топлива является основным параметром характеристики работы любого ТНВД. Изменение расхода топлива для разных ТНВД при одинаковых наработках будет разным. Это изменение зависит от состояния плунжерной пары, вернее от создаваемого ею давления. Развиваемое плунжерной парой давление связано с общим износом деталей плунжерной пары. Оно определяется износостойкостью сопрягаемых поверхностей деталей, как плунжерной пары, так и остальных подвижных соединений силовой цепи привода ТНВД. Следовательно, закономерность характеристики работы ТНВД будет одинакова для всех типов топливных насосов. Эта характеристика может быть описана для конкретно взятого ТНВД полиномами Лагранжа.

Для перехода к описанию характеристики работы любого типа ТНВД необходимо определить функциональную зависимость между развиваемым давлением ТНВД, его наработкой и интенсивностью износа сопрягаемых поверхностей деталей плунжерной пары. При определении данной функциональной зависимости воспользуемся известным выражением для гидравлической плотности плунжерных пар:

, (3)

где – исходная плотность; A – постоянная, характеризующая влияние начальной плотности; k – коэффициент, учитывающий интенсивность износа плунжерных пар; t – продолжительность эксплуатации.

Логарифмируя это выражение можно найти и ресурс работы плунжерных пар

tпред = , (4)

где – предельно допустимая в эксплуатации плотность.

Представленную зависимость (3) нельзя использовать совместно с эмпирической моделью для определения оптимальных характеристик работы ТНВД, т.к. в ней участвует не развиваемое плунжерными парами давление, а их гидравлическая плотность. Тогда предположим, что между гидравлической плотностью плунжерных пар и развиваемым ими давлением p существует некоторая зависимость (гиперболическая регрессия):

. (5)



Коэффициенты а и b находятся методом наименьших квадратов (n – число измерений):

. (6)

Остаточное среднеквадратическое отклонение можно найти по формуле:

. (7)

Доверительные интервалы для коэффициентов а и b можно определить из выражений:

, , , (8) где tp, – коэффициент Стьюдента.

Пусть р0 – давление, развиваемое плунжерной парой при 0. Тогда согласно (5): . (9)

Отсюда . (10)

Подставив (10) в (5) получаем:

(11)

В результате зависимость (5) можно записать в виде:

, (12)

где р0 – исходное давление (развиваемое плунжерной парой давление при ); р - развиваемое плунжерной парой давление при , – коэффици-ент пропорциональности, определяемый выражением:

. (13)

Доверительный интервал для коэффициента k* :

. (14)

Для выявления связи между временем опрессовки плунжерной пары и развиваемым ею давлением был проведен регрессионный анализ эксперимен-тальных данных.

Вычисления дают k* = (0,106 ± 0,008) 1/МПа.

Следовательно, зависимость между р и можно записать в виде:

. (15)

Подставляя выражение (3) в (15) получим закон изменения развиваемого плунжерной парой давления от наработки

= 0,1(р0 – р) + 1 (16)

Переходя от плунжерной пары к ТНВД и учитывая, что его наработка определяется ресурсом работы плунжерных пар по формуле (16) можно найти и ресурс работы ТНВД

= . (17)

Анализ показал, что формула (16) и полином Лагранжа для определе-ния рациональных режимов работы конкретного топливного насоса позволяют определить ресурс работы всех типов ТНВД и нахождение оптимальных значений основных характеристик их работы при различной наработке.

На рисунке 4 представлена структурная схема теоретической модели для построения характерис-тик работы ТНВД. Разработанная теоретическая модель основных характеристик работы ТНВД может быть использована в практике проектирования, изготовления и эксплуатации топливных насосов.

Решение общей задачи

Рисунок 4 - Структурная схема обеспечения запланированного

теоретической модели для построения ресурса работы ТНВД в 10 – 15 тыс.

характеристик работы ТНВД моточасов возможно применением

высокоэффективных методов обра-

ботки материалов. На рисунке 5 приведена классификация высокоэф-фективных технологий по восстановлению и упрочнению высокоточных подвижных соединений применительно к ТНВД. Некоторые из этих технологий могут непосредственно использоваться в изготовлении и восстановлении узлов и деталей топливной аппаратуры, а

некоторые требуют дополнительных исследований и доработок.

Из приведенных технологий на рисунке 5 некоторые имеют раз-новидности. Например, технология плазменного напыления подразделяется на технологию плазменной наплавки с толщиной покрытия от 1 до 10 мм и технологию плазменной металлизации с толщиной покрытия от 0,1 до 1 мм. Плазменной технологией возможно и нанесение тонких пленок с толщиной от долей до нескольких десятков микрометров. Для высокоточных подвижных соединений можно выбрать 3 схемы нанесения тонких пленок. Это– напыление плазменной струей дугового разряда атмосферного давления, получение покрытий ион-но-плазменным способом и нанесение тонких пленок

высокочастотной индукци-онной (ВЧИ) плазмой

низкого давления.

С точки зрения простоты и экономической эффективности представ-ляяет интерес применение

присадочных материалов.

Добавляя в масло или топ-

ливо специальные составы

можно значительно увели-чить ресурс работы под-Рисунок 5 – Классификация высокоэффектив- вижных соединений.

ных технологий по восстановлению и Присадки бывают упрочнению высокоточных подвижных как отдельно для масел, так соединений применительно к ТНВД и для топлива. Разновиднос-

тей их довольно достаточно. Их особенностью является применение без разборки агрегатов в режиме штатной эксплуатации. Некоторые из них в процессе эксплуатации изделия, например ГТМ-технология, на поверхностях пар трения агрегатов в зонах контакта образует модифицированный слой алмазоподобной структуры углерода.

Из указанных технологий на рисунке 5 технологии создания модифицированного слоя на поверхностях деталей нанесением тонких пленок ВЧИ-плазмой низкого давления и очистка, полировка и упрочнение поверхностей деталей плазменным методом разработаны автором диссертации. Анализ свойств плазмы и возможностей ее применения показал, что для упрочнения поверхностей деталей высокоточных подвижных соединений и нанесения на них износостойких покрытий соответствует высокочастотный индукционный (ВЧИ) разряд низкого давления в потоке инертного газа. Основные параметры плазмы, такие как температура заряженных частиц, их энергия, концентрация и скорость движения, зависят от величины напряженности электрического поля Е. Зависимость Е от давления в вакуумной камере при различных температурах электронов Te и атом-ионного газа Ta можно построить на основании уравнения сохранения энергии электронного газа:

, (18)

где , ,

, , , e – заряд электрона, ne – концентрация электронов, be – подвижность электронов, E – напряженность электрического поля, k – постоянная Больцмана, Te – температура электронного газа, Ta – температура тяжелых частиц газа, me – масса электрона, ma – масса атома аргона, – интервал времени между двумя столкновениями электрона с атомами газа, e – константа скорости ионизации газа электронным ударом, na – концентрация атомов, Ui – потенциал ионизации, – средняя длина свободного пробега электрона, – скорость теплового движения электрона, – эффективное сечение упругого рассеяния электронов на атомах газа,

Используя уравнения Максвелла

rot = , rot = - µ µo , (19) где 2 µ µo H , Н Іинд или Е 2 µ µo d Іинд ,

Н – напряженность магнитного поля, j – плотность тока, µ – относительная магнитная проницаемость среды, µo – магнитная постоянная, µo = 4·10-7 Гн·м-1, – производная напряженности магнитного поля от времени, – диаметр разрядной камеры, – частота генератора, Іинд – ток индуктора, – число витков индуктора на единицу длины, для реальных параметров плазменной установки , , определяем порядок величины напряженности электрического поля Е = 100 .

При Е = 100 по вышеуказанной зависимости напряженности электрического поля от давления в вакуумной камере максимальные температуры электронного газа и атомов в плазменном сгустке обеспечива-

ются при давлении 50 Па , . При этих температурах

любой материал распыляется до парогазовой фазы.

В нашем случае задача состоит не только в распылении какого-либо материала в ВЧИ-разряде и транспортировке продуктов испарения на поверхность подложки плазменной струей, но и в упрочнении поверхности детали. Вторая половина задачи может быть решена при следующих параметрах плазменной струи: температура электронов порядка 104 К, средняя температура плазмы не выше 103 К и скорость струи порядка 500 м·с-1. Определим потребную температуру электронного газа в разряде для обеспечения указанных параметров плазменной струи. При ее определении необходимо учитывать охлаждение электронного газа при его движении до поверхности детали. Оценка изменения Te может быть произведена с помощью уравнения сохранения энергии электронного газа в плазменной струе:





k ne = - k (Te - Ta) , (20) где – скорость плазменного потока, – координата по оси плазменной струи (точка = 0 соответствует центру разряда).

Решение: Te = , (21) где – температура электронного газа в разряде, – характерный размер зонда, = .

При z = 0.2 м, ma = 1021м-3, pk = 50 Па и v = 500 м·с-1 = 7·104 К.

Отсюда видно, что необходимые параметры плазменной струи можно обеспечить при расчетных показателях самого разряда. Проведенные теоретические расчеты позволяют разработать экспериментальную установку для нанесения износостойких покрытий и упрочнения поверхностей деталей ВЧИ-плазмой низкого давления.

В третьей главе диссертации «Программа и методики исследований» рассмотрена программа исследований и разработаны методики для: проведения исследований характеристик работы ТНВД; лабораторных исследований натурных образцов с покрытиями на износостойкость; исследований упругости пружин толкателей ТНВД; ресурсных испытаний ТНВД; экспериментальных исследований ВЧИ-разряда низкого давления; определения качества покрытий, нанесенных ВЧИ-плазмой низкого давления и определения качества поверхностей, обработанных струей ВЧИ- плазмы низкого давления.

Методика теоретических исследований характеристик работы ТНВД заключалась в том, чтобы на поверхности исследуемых параметров от входных факторов определить систему точек, соединив которых получим кривую, соответствующую максимуму исследуемого технологического фактора.

Уравнения исследуемых поверхностей имеют общий вид :

Т = Р(х;у) = , (22)

где – коэффициент при . Приняв и подставив это в уравнение (22), можно получить частное выражение вида: (23) В результате преобразования уравнения (23), получится выражение

, (24)

где . Данное выражение описывает кривую пересечения секущей плоскости с поверхностью.

Продифференцировав функцию (24) по у можно получить уравнение вида: . (25)

Определив стационарные точки функции , т.е. решив уравнение , можно оценить его корни. Пусть у1,у2,…,.уm корни уравнения . Рассчитав и выбрав из последовательности max значение функции, обозначив ее через , можно найти значение переменной , соответствующее .

Таким образом, для некоторого фиксированного значения наработки можно определить значение развиваемого плунжерной парой давления p = y0, при котором значение исследуемого параметра достигает максимального значения.

Особенностью методики лабораторных исследований натурных образцов с покрытиями на износостойкость являлось то, что сопрягаемые поверхности деталей плунжерных пар не являются плоскими и проведение экспериментов непосредственно с этими деталями представляют определенные технические трудности. Поэтому взамен их была изготовлена партия пластин из материала плунжера плунжерной пары, которую разбили на несколько групп. На поверхности пластин наносили покрытия из электролитического хрома, химического никеля и нитрида титана с дальнейшим их исследований.

При исследовании упругости пружин толкателей ТНВД вначале производили их дефектацию на машине МИП-100-2, затем выбракованные пружины восстанавливали с помощью специально разработанного устройства методом пластического деформирования путем создания на поверхности витков пружин сжимающих напряжений за счет электромеханического воздействия.

Ресурсные испытания ТНВД представляли собой 3 вида испытаний:

ускоренные лабораторные, стендовые в течение 800 часов и эксплуатационные (производственные) длительностью 3000 моточасов. Ускоренные лабораторные испытания производились по методике ЦНИТА.

Экспериментальные исследования высокочастотного индукционного разряда низкого давления заключалось в исследование энергетического баланса плазменной установки, особенностей разряда и параметров плазменной струи. Для исследований были использованы различные электрофизические методы и аппаратура: зондовые, калориметрические, фотографические, радиационные и др.

При определении качества покрытий, нанесенных ВЧИ-плазмой низкого давления и поверхностей, обработанных струей ВЧИ- плазмы низкого давления были применены современные испытательные стенды, оборудование и приборы: дифрактограф УРС-50М, установка электроннопарамагнитного резонанса РЭ-1301, инфракрасный спектрометр UR-20, интерферометр МИИ-4, прибор СМ-55 для измерения механической прочности поверхностей, прибор ПМТ-3 для измерения микротвердости поверхности, лазерный стенд ГОС-300, электронный микроскоп УЭМВ-100А и др.

В четвертой главе диссертации «Разработка новых технологий по восстановлению элементов кинематической цепи привода ТНВД» изложены результаты работ по разработке новых технологий по восстановлению геометрических размеров конкретных элементов кинематической цепи привода ТНВД: плунжерной пары, пружины толкателя и кулачкового вала. В ней также представлены результаты исследований параметров разработанной плазменной установки, ВЧИ-разряда низкого давления и плазменной струи. В данной главе диссертации отражены и результаты нанесения износостойких покрытий и упрочнения поверхностей высокочастотной индукционной плазмой низкого давления.

В таблице 1представлены

Таблица 1 – Ресурс работы результаты анализа ресурса работы

подвижных сопряжений элементов подвижных сопряжений элементов

кинематической цепи привода ТНВД кинематической цепи привода ТНВД



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 

Похожие работы:










 
© 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.