Аспирант Д. Н. ИВАНОВ

ВЫБОР ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТНВД АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Топливный насос высокого давления (ТНВД), предназначен подавать к форсункам под высоким давле­нием точно дозированное в соответствии с данной нагрузкой дизеля количество топлива в определенный промежуток времени. Основные параметры топливных насосов автотракторных дизелей представлены в табл.1,2,3.[1,2,3,4]

Основные параметры ТНВД Таблица 1

Марка дизеля

Тип насоса (модель)

Номинальная частота вращения кулачкового вала насоса, об/мин.

Цикловая подача, .

ЯМЗ-238

80

1030

102-108

ЯМЗ-240

90

1030

101-108

СМД-18Н

УТН-5

900

109-104

Д-240

УТН-5

1100

65,5-68,5

Д-245.12

УТН_5

1200

85,5-88,5

А-41

4ТН

880

102-103

СМД -14

4ТН

850

94-97
СМД-17К

ЛСТН

950

110-113

Марка насоса

Давление нагнетания, Мпа (мах).

Марка насоса

Давление нагнетания, Мпа (мах).

ТН (семейство)

35....40

ЯЗТА (семейство)

50....60

УТН (семейство)

35....40

КАМАЗ (семейство)

45....55

ЯМЗ (семейство)

40....55

НД21(22)

35....40

ЯМЗ-840

65....85(110)

ЦНИТА

45...50до75....80

Максимальное давление нагнетания топлива

различными насосами Таблица 2

Продолжительность процесса подачи

топлива различными насосами. Таблица 3

Марка двигателя

Угол впрыска , град.

Модель ТНВД

Д-50

9,3 (8,0)

УТН-5(НД21/4)

СМД-14

10,6(10,2)

ЛСТН (НД21/4)

Д-37Е

12,0(10,3)

УТН-5(НД21/4)

Д-240

13,5 ('12,3)

УТН-5 (НД21/4)

СМД-60

14,3

НД 22/6

ЯМЗ-236

15,1 (15,0)

ЯМЗ-236 (НД21/4)

СМД-14Н

13,1(12,2) '

ЛСТН (НД21/4)

Под техническим диагностированием понимают распознавание технического состояния и свойств машины по характерным косвенным (диагностическим) показателям без разборки машины или её сборочных единиц.[5]

Цель данной работы – выбор диагностических параметров для оценки работоспособности плунжерной пары ТНВД.

В качестве объекта исследования выбран топливный насос высокого давления (ТНВД) типа УТН-5 по следующим причинам:

1)  распространенность данного типа ТНВД в сельском хозяйстве;

2)  идентичность конструкторских решений ТНВД УТН-5 с другими типами рядных ТНВД.

Идентичность конструкторских решений ТНВД УТН-5 с другими типами рядных ТНВД заключается в следующем:

1)  каждая плунжерная пара обслуживает один цилиндр дизеля;

2)  способ дозирования топлива - отсечка в конце нагнетания;

3)  применяется жесткий механический привод;

4)  плунжерам насосных секций поступательное движение сообщается кулачковым валом, а возвратное – пружиной плунжера;

На рис. 1 показана схема дозирования топлива в насосе типа УТН-5. Втулка плунжера имеет два окна: верхнее - для наполнения надплунжерного пространства топливом, нижнее - для отсечки топлива при окон­чании подачи. Отсечка топлива происходит при движении плунжера вверх в мо­мент совмещения его отсечной кромки с отсечным отверстием втулки. По мере перемещения плунжера вверх сечение отсечного отверстия втулки быстро увели­чивается. Сжатое топливо из надплунжерного пространства через отверстие в плунжере и отсечное отверстие во втулке перетекает в полость низкого давле­ния. Давление топлива в надплунжерном простран-стве при этом резко падает.

а) б) в)

Рис.1 . Схема дозирования отсечкой в конце нагнетания: а) наполнение; б) начало нагнетания; в) отсечка

Необходимо отметить следующее, что подача топлива изменяется пово-ротом плунжера с косой кромкой (угол наклона кромки 33 град.) или дру-гими словами изменением активного хода плунжера. С точки зрения диагностики, как фактор влияющий на производительность ТНВД - активный ход плунжера необходим для оценки эффективности нагнетания топлива плунжерной парой, а так же для учета величины утечек в изношенных плунжерных парах. На рис. 2 представлена развертка плунжерной пары. На данной развертке показан активный ход плунжера, соответствующий режиму пуска, номинальному режиму. Следовательно, легко определить диапазон активного хода плунжера.

На каждой плунжерной паре имеется метка на плунжере, и на втулке плунжера. Представленная развёртка построена с учетом совмещения этих меток. Если установить плунжер согласно данным меткам, то поперечное отверстие плунжера будет смещено относительно наполнительного окна втулки плунжера на 81 градус. Положение меток плунжерной пары соот-ветствует активному ходу плунжера на номинальном режиме. При нижнем крайнем положении плунжера его верхняя кромка или совпадает с нижней кромкой наполнительного окна во втулке или приподнята над ней на вели-чину до 1мм.

Рис.2. Развертка плунжерной пары.

При работе ТНВД активный ход изменяется рейкой, которая жестко связана с регулятором оборотов кулачкового вала. Таким образом, актив-ный ход, а следовательно и длительность нагнетания топлива плунжерной парой зависит от оборотов кулачкового вала. В табл.4 представлены экспериментальные данные зависимости хода рейки от числа оборотов кулачкового вала насоса, а так же результаты теоретического расчета: углового перемещения плунжера относительно втулки и активного хода в зависимости от хода рейки.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Зависимость активного хода плунжера от оборотов

кулачкового вала ТНВД Таблица 4

Обороты кулачкового вала ТНВД, об/мин

Перемещение рейки относительно номинального режима, мм

Угол поворота плунже-ра относительно втулки от меток, рад.

Активный ход плунже-ра, мм

100

7,96

0,6264

3,7288

300

3,06

0,2713

2,7488

500

2,94

0,2611

2,7208

800

1,76

0,1586

2,4378

1000

0

0

2

Кинематические характеристики плунжера, при которых топливо нагнета-ется с заданной интенсивностью и по требуемому закону, обеспечиваются соответствующим профилем кулачкового вала. В топливной аппаратуре применяются кулачковые механизмы с тремя основными типами внешних цилиндрических профилей: выпуклым, тангенциальным и вогнутым рис.3.

Рис.3 Схемы кулачковых механизмов с внешним профилем

а) - выпуклый профиль; б) - тангенциальный профиль; в) – вогнутый профиль

В табл.5 [1] представлены основные геометрические параметры кулачковых валов отечественных топливных насосов высокого давления.

Основные геометрические параметры кулачковых валов Таблица 5

Марка ТНВД

геометрические параметры кулачковых валов

пл. max , мм

, мм

, мм

, мм

,мм

, мм

профиль

4ТН*10

10

10

6,3

26

16

-

Т

УТН-5

8

10

4

24

16

-

Т

НД 21/4

8

10

4

24

16

43,7

В

ЯМЗ-236

10

10

4,8

25

16

-

Т

Где - радиус ролика толкателя; , , - радиусы начальной окружнос-ти, закругления вершины, головки кулачкового профиля; -радиус дуги профиля;пл. max – максимальный ход плунжера, мм; Т – тангенциаль-ный профиль; В - выпуклый профиль.

Геометрические параметры кулачковых валов ТНВД позволяют рас-считать перемещение плунжера, скорость, ускорение в зависимости от угла поворота кулачкового вала насоса и числа оборотов кулачкового вала ТНВД. Результаты расчета изменения скорости плунжера и его перемещения представлены в табл.6

Зависимость изменения скорости плунжера на участке

нагнетания от частоты вращения кулачкового вала насоса. Таблица 6

Модель ТНВД

Угол поворо-та вала ТНВД, град.

Перемещение плунжера, мм

Скорость перемещения плунжера, м/с

Обороты кулачкового вала насоса, об/мин.

1000

500

100

4ТН*10

10

0,401

0,487

0,243

0,048

4ТН*10

20

1,668

1,054

0,527

0,105

4ТН*10

30

4,022

1,814

0,907

0,181

4ТН*10

33

5,001

2,107

1,053

0,21

УТН-5

10

0,401

0,487

0,243

0,048

УТН-5

20

1,668

1,054

0,527

0,105

УТН-5

30

4,022

1,814

0,907

0,181

УТН-5

32

4,658

2,005

1,002

0,2

ЯМЗ-236

10

0,401

0,487

0,243

0,048

ЯМЗ-236

20

1,668

1,054

0,527

0,105

ЯМЗ-236

30

4,022

1,814

0,907

0,181

ЯМЗ-236

33

5,001

2,107

1,053

0,21

НД 22/4

5

0,2

0,429

0,214

0,042

НД 22/4

10

0,757

0,906

0,453

0,09

НД 22/4

15

1,749

1,5

0,75

0,15

НД 22/4

20

3,326

2,34

1,17

0,234

На основании представленной информации можно сделать следующие выводы:

1. Известно, что период активного хода плунжера выбирается таким образом, чтобы геометрический конец нагнетания топлива наступал вблизи участка профиля с максимальной скоростью плунжера. Следовательно, на данном участке профиля кулачкового вала осуществляется основное нагнетание топлива, а значит, процесс изменения давления нагнетания происходящий на указанном промежутке обладает наибольшей информативностью, так как при активном ходе плунжера наполнительные окна плунжера и отсечные закрыты, и на процесс нагнетания оказывает влияние только наличие утечек связанных с износом плунжерной пары. Таким образом, для определения технического состояния плунжерной пары в качестве диагностического параметра принимаю – интенсивность изменения давления нагнетания в период активного хода плунжера.

2. Диапазон рабочих оборотов ТНВД лежит в интервале от 100 об/мин (пусковой режим) до 1200 об/мин (номинальные). Продолжительность впрыска топлива для различных ТНВД изменяется от 8 до 15 градусов (табл.1,3). Для расчета частотных параметров процесса впрыска выбираю диапазон оборотов вращения кулачкового вала насоса от 100 до 1200 об/мин, и длительность подачи топлива от 8 до 15 градусов.

3. Максимально развиваемое давление нагнетания отечественных комбайновых и тракторных ТНВД находится в диапазоне от 35 до 40 Мпа (табл.2). Диапазон измерения давления нагнетания для диагностического устройства должен быть от 0 до 40 Мпа.

Литература

1.  Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник. Л., 1974.

2.  , А.Топливная аппаратура тракторных и комбайновых дизелей: Справочник.-М.: Машиностроение, 1981.-208 с.

3. Н. ТНВД серии УТН.-М: Легион-Автодата, 2000.-80 с.

4. Руководство по ремонту. Топливная аппаратура двигателей ЯМЗ в 6-, 8-, 12- цилиндровом исполнении. - М.: ГОСНИТИ, 19с.

5. , Эксплуатация машино-тракторного парка.- М.: Колос,с.