Расчет топливной аппаратуры дизельного двигателя 16ЧН2527 (стр. 2 из 6)

Участок 2 выпуклый, ускорение плунжера W₂ отрицательное и постоянное. В конце участка профиль достигает ВМТ.

3.1.1 Частота вращения кулачкового вала ТНВД – n_k = 475 мин^-1 ;

3.1.2 Ход S_п = 28 мм и диаметр плунжера d_п = 19 мм – из заданной цикловой подачи;

3.1.3 Радиус начальной окружности кулачка R₀ = 50 мм , радиус ролика толкателя ρ = 30 мм его несущая ширина b = 30 мм ;

3.1.4 Радиус кривизны в начальной точке профиля R_н = -400 мм;

Применение отрицательного значения R_н т.е. вогнутость начального участка профиля, обеспечивает большие скорости движения плунжера, уменьшает угол выступа кулачка β_в , но усложняет технологичность его изготовления.

3.1.5 Масса деталей привода плунжера, совершающие возвратно поступательное движение m = 1.5 кг;

3.1.6 Предельно допустимое значение коэффициента превышения силой пружины плунжера силы инерции – К_д

;

3.1.7 Жесткость пружины плунжера – К_ж по прототипу принимаю

К_ж = 51300 Н/м;

3.1.8 Предварительная затяжка пружины плунжера f₀ = 6 мм;

3.1.9 Давление топлива в надплунжерном объеме при положении плунжера в ВМТ - Р_ло = 0,2 МПа;

3.1.10 Допустимые контактные напряжения на поверхности кулачка и ролика σ_д = 2000 МПа ;

3.1.11 Модуль упругости материалов кулачка и ролика толкателя Е = 2,2·10⁵ МПа;

3.1.12 Максимально допустимый угол давления δ_д – угол между осью толкателя и нормалью к профилю кулачка в точке его касания с роликом , не должен превышать 35…45⁰ , и зависит главным образом от конструкции толкателя. Принимаю δ_д = 45⁰ ;

3.1.13 Допустимое давление топлива в надплунжерном объеме в начале второго участка профиля Р_тп > 100 МПа ;

3.2 ПРОФИЛИРОВАНИЕ ПРОФИЛЯ ПРЯМОГО ХОДА

Профилирование профиля прямого хода выполняется в два этапа:

1-й этап – определяю максимально возможную скорость плунжера на прямом ходе С_max , значение которой определяет скорость плунжера во время впрыскивания, а значит интенсивность впрыскивания;

2-й этап – определяю текущее значение хода S, скорости С, ускорения

W плунжера и радиусов кривизны профиля R.

Этап 1 – определение С_max

м/с;

где n_к – частота вращения кулачка, мин ^-1 ;

S_аг – активный геометрический ход плунжера, м;

мм;

Q_T – цикловая подача топлива, мм³;

η = 0.6 – коэффициент подачи топлива;

мм²;

где β_аг – продолжительность активного геометрического хода плунжера, ⁰ ПКВ.

Β_вп - продолжительность впрыскивания топлива, ⁰ ПКВ.

C_max = 1.3·C_m = 1.3·2.099 = 2.7283 м/с;

Определяю ускорение плунжера на первом участке профиля, м/с²:

м/с² ;

где Х_н – кинематический коэффициент в начальной точке профиля, м ;

Х_н = R₀ + ρ = 50 + 30 = 80 мм;

R₀ – радиус начальной окружности, мм;

ω_к - угловая скорость кулачка , с^-1 ;

c^-1;

ρ – радиус ролика толкателя, м;

R_н – радиус кривизны в начальной точке профиля, м ;

Вычисляю ход плунжера на первом участке профиля, м;

м;

Вычисляю ход плунжера на втором участке профиля, м ;

S₂ = S_п – S₁ = 0.028-1.53293·10^-2 = 0.0126707 м ;

Вычисляю ускорение плунжера на втором участке профиля, м/с² и присваиваю знак минус :

c^-1;

Максимальное значение угла давления :

где Х_с – кинематический коэффициент в конце первого участка профиля, м:

X_c = R₀ + ρ + S₁ = 0.05 + 0.03 + 1.53293·10^-2 = 0.096 м;

Вычисляю коэффициент превышения силой пружины плунжера силы инерции возвратно-поступательно движущихся деталей привода плунжера :

;

где f₀ – предварительная затяжка пружины плунжера , м ;

K_ж – ее жесткость, Н/м;

Вычисляю радиус кривизны в конечной точке профиля, м :

м ;

где Х_к – кинематический коэффициент в конечной точке профиля, м;

X_K = R₀ + ρ + S _п = 0,05 + 0,03 + 0,028 = 0,109 м ;

Определяю по формуле Герца предельно допустимый радиус кривизны в конечной точке профиля, м;

м ;

где b = 0.03, ρ = 0,03, несущая ширина и радиус ролика толкателя, м;

E ,σ_д - модуль упругости материала кулачка, допустимые контактные напряжения на поверхностях ролика и толкателя, МПа ;

N – cила, передаваемая роликом на кулачек , МН ;

N = P_T + P_П = 5,668 ·10^-5 + 1,744·10^-3 = 1,801·10^-3 ;

где P_Т - сила от давления топлива при положении плунжера в ВМТ , МН;

P_Т = Р_ЛО · F_П = 0,2 · 2,834·10^-4 = 5,668·10^-5 МН;

P_П - сила пружины при положении плунжера в ВМТ , МН;

P_П =

МН ;

Вычисляю предельно допустимое давление топлива в надплунжерном объеме в начале второго участка, при этом силой пружины и силой инерции, направленных навстречу и близких по величине, пренебрегаю:

МПа;

мм

Угол выступа кулачка , град;

Угол профиля прямого хода, град;

;

где β₁ ,β₂ – углы первого и второго участка профиля прямого хода, град;

;

;

Этап 2 – определение текущих значений S, C, R, δ, P_T

Профилирование первого участка профиля прямого хода:

Текущее значение хода плунжера, мм:

S = K₃ · β² ;

где

;

S = 1.5 · 10^-2 · β² ;

Текущее значение скорости плунжера м/с :

C = K₄ · β ;

где

;

Подставляя в формулы текущее значение β, вычисляю значения S и С. Результаты записываю в таблицу.

Текущее значение радиуса кривизны в любой точке профиля, м:

;

X – кинематический коэффициент, м :

X = R₀ + ρ + S = 0.05 + 0.03 + S = 0.08 + S ·10^-3 ;

C = 0.085 · β ;

Текущее значения R, δ и Р_т определяю по соответствующим формулам.

Текущее значения S,C,W,R, Р_т и δ приведены в таблице 3.2 , графики приведены на рис.3.2

3.3 ПОСТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯ КУЛАЧКА

Профиль прямого хода кулачка при известных R₀, ρ и S = f(β) строю следующим образом:

3.3.1 Вычерчиваю начальную окружность радиусом R₀ ;

3.3.2 Из центра начальной окружности вычерчиваю окружность радиусом

R_П1 = R₀ + ρ = 50 +30 = 80 мм;

3.3.3 Угол профиля прямого хода разбиваю на 5⁰;

3.3.4 Из центра начальной окружности вычерчиваю окружность радиусом

R_П2 = R_П1 + S_П = 80 + 28 = 108 мм;

3.3.5 Начиная с вершины кулачка, от окружности радиуса R_П2 откладывается по радиусам величину ∆S = S_П – S , где S – соответствующий ход плунжера;

3.3.6 Соединяю полученные точки и таким образом получаю траекторию движения центра ролика толкателя. Из этих точек провожу окружности радиусом ρ;

3.3.7 Огибающая, проведенная касательно к окружности радиусом ρ , образует профиль кулачка;

3.3.8 Профиль обратного хода;

4 ПОЦЕСС ТОПЛИВОПОДАЧИ

4.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

4.1.1 Цикловая подача топлива : Q_T = 1534 мм³ / цикл;

4.1.2 Частота вращения кулачкового вала топливного насоса n_k = 475 мин^-1 ;

4.1.3 Давление рабочих газов в цилиндре двигателя во время впрыскивания топлива, МПа

МПа;

Р_сж = 7 МПа – давление рабочих газов в конце сжатия;

Р_z = 12 МПа - максимальное давление цикла;

4.1.4 Плотность топлива ρ_т = 850 кг/м³ ;

4.1.5 Коэффициент сжимаемости топлива : α_сж = 800·10^-6 МПа^-1;

4.1.6 Параметры плунжерной пары топливного насоса :

- d_П = 19 мм – диаметр плунжера;

- S_П = 28 мм – полный ход плунжера;

- Ψ_ОТС = 30⁰ – угол наклона отсечной кромки;

- Ψ_ВП = 0 - угол наклона наполнительной кромки плунжера;