Основы проектирования и эксплуатации технологического оборудования
стенд технический проект
1. Анализ технических решений и выбор прототипа
1.1 Конструкции выпускаемых стендов
При диагностике и испытании форсунок проверяются следующие параметры:
- давление начала впрыска и качество распыления топлива, — герметичность запорного конуса, по появлению капли топлива на носике распылителя, — гидроплотность по запорному конусу и направляющей цилиндрической части, по времени падения давления;
- качество факела распыленного топлива.
Уже много лет выпускается и применяется самое разнообразное гаражное оборудование, ГАРО, в том числе для диагностики, проверки и испытаний топливной аппаратуры дизелей.
Особенно большое разнообразие стендов для испытания и очистки форсунок разработано ГОСНИТИ, а так же заводами по производству сервисного и гаражного оборудования, такими как: Новгородский завод ГАРО, Бежецкий завод «Автоспецоборудование», ОАО Кочубеевский завод «Автоспецоборудование», Сергиево-Посадский завод «Автоспецоборудование».
Примеры конструкций стендов, выпускаемых с 60-х, 70-х и 80-х годов.
Прибор КИ-15706-ГОСНИТИ для испытания и регулировки форсунок.
Рисунок 1
Стенд предназначен для испытания и регулировки всех типов форсунок автотракторных дизелей на передвижных, пунктах, стационарных постах и СТО, в ремонтно-диагностических мастерских и на ремонтных предприятиях.
Прибор позволяет проверить следующие параметры:
- давление начала подъёма иглы;
- качество распыливания топлива;
- герметичность запорного конуса;
- плотность распыливания по запорному конусу и цилиндрической части.
Состоит из корпуса, который одновременно служит баком для топлива. Сверху на корпусе закреплена крышка, на которой установлены насос высокого давления, клапанная коробка, вентилятор с камерой впрыска и электродвигателем постоянного тока, зажимное устройство, фильтр, манометры и трубопроводы.
Привод топливного насоса высокого давления производится с помощью рукоятки. Для отсоса паров топлива из камеры впрыска используется центробежный вентилятор с электроприводом.
Технические характеристики прибора:
- подача топлива за один ход 1,1 см3;
- вместимость бака для топлива 4 л;
- напряжение питания электродвигателя 12 В;
- габаритные размеры с рукояткой 730x316x330 (мм);
- масса, без топлива, 20 кг.
Прибор КИ-3333 для регулировки и испытания форсунок.
Сборка и испытание форсунок двигателей ТВ3-117 и ВК-2500 методическая разработка
... 3.1 Технические характеристики форсунок двигателя ТВ3-117. Модель форсунки Установочный диаметр(мм) Диаметр ... двигателя в полете! Двигатель ТВ3-117 может использоваться кроме вертолетов на различных судах водного транспорта, в качестве ... испытания данного двигателя. В 2014 году «Климов» собрал первые 10 двигателей полностью из российских комплектующих. В 2015 году — 30.В 2016 году 60 штук. ТВ3-117 ...
Рисунок 2
1 — испытуемая форсунка; 2 — камера впрыскивания; 3 — выключите ль освещения; 4 — отсасывающее устройство; 5 — манометр; 6 — секундомер; 7 — ручки управления клапанной коробкой; 8 -заливная горловина; 9 — рукоятка.
Стенд для испытания и регулировки форсунок КИ 22203М.
Рисунок 3
1 — корпус; 2 — указатель уровня топлива; 3 — стол; 4 — заливная горловина; 5 — камера впрыска; 6 — панель прибора; 7 — осветитель; 8 — кожух; 9 — манометр; 10 — держатель форсунки; 11 — выключатель; 12 — секундомер; 13 — кран манометра; 14 — выключатель привода; 15 — кран форсунки; 16 — штуцер для выпуска воздуха; 17 — рукоятка; 18 — дроссель.
Назначение стенда испытание и регулировка всех типов форсунок автомобильных, автотракторных и комбайновых дизелей при проведении сервисного обслуживания и текущего ремонта.
При испытании форсунок на данном стенде проверяются:
- давление начала впрыска;
- качество распыления;
- качество отсечки топлива;
- подвижность иглы;
- герметичность по запирающему конусу распылителя;
- герметичность уплотнений и соединений форсунки.
В качестве технологической жидкости используют смесь отстоянного дизельного топлива марки Л или ДЛ с веретённым или авиационным маслом, имеющую вязкость (9,9 … 10) 102 м2/с при температурных условиях испытания.
Если в результате проверки и регулировки форсунки с помощью стенда не удаётся получить требуемые показатели по герметичности, давлению начала подачи или качеству распыливаемого топлива, то форсунку необходимо ремонтировать или заменить.
Стенд модели 562 для проверки форсунок
Рисунок 3
1 — топливный бак, 2 — станина, 3 — игольчатый воздушный клапан, 4 — штуцер для подключения сжатого воздуха, 5 — воздушный манометр, 6 — ванна, 7 — стакан для установки проверяемой форсунки, 8 — прибор для проверки форсунок, 9 — рычаг насоса прибора, 10 — проверяемая форсунка, 11 — манометр давления топлива в форсунках, 12 — бачок с топливом, 13 — прибор для проверки плунжерных пар, 14 — нагрузочный рычаг прибора, 15 — кран подачи топлива к приборам, 16 — кран управления, 17 — предохранительный клапан.
В настоящее время выпускается и применяется большое число импортных стендов для современных двигателей, ручные и стационарные.
Ручные приборы для проверки форсунок различных производителей, например фирм Bosch, Lucas, Motorpal, имеют электронные индикаторы давления и времени, разные по конструкции вытяжки, фильтры, в некоторых используются манометры с глицерином, для демпфирования.
|
Рисунок 4. Ручной прибор PRW 2, предназначенный для небольших мастерских, с манометром на 40 мПа, клапаном прерывающим подвод топлива к манометру, баком для топлива. |
Рисунок 5. Ручной прибор PRW3M-00, предназначенный для специализированных сервисов, соответствующий нормам ISO 8984. |
Рисунок 6. Ручной прибор оборудованный устройством „Aspirdiesel», втягивающим распылённую жидкость при проверке форсунок. |
|
Автоматический универсальный прибор для обычных и двухпружинных форсунок и форсунок Common Rail.
Рисунок 7
Принцип действия всех приведённых конструкций примерно одинаковый. Приборы и стенды для проверки форсунок представляет собой плунжерный насос с ручным приводом, который подаёт под большим давлением топливо к форсунке. Прибор снабжён манометром, регистрирующим давление топлива, подводимого к форсунке. При испытании форсунки на герметичность, а также при определении давления начала впрыска манометр позволяет фиксировать момент и величину падения давления.
Качество распыливания топлива форсункой оценивают визуально по характеру выхода струй топлива из отверстий распылителя форсунки, а также по чёткости начала и окончания процесса впрыска.
Прибор для определения гидравлической плотности плунжерной пары работает на принципе передачи определённой механической нагрузки на плунжер нагнетательной секции. Под действием этой нагрузки плунжер опускается в гильзу. Скорость перемещения плунжера, регистрируемая секундомером, позволяет оценить степень изношенности плунжерной пары, а следовательно, и её гидравлическую плотность.
Герметичность форсунки проверяют на приборе, медленно завёртывая регулировочный винт и поднимая давление рычагом привода насоса до 30 мПа. После того как достигнуто указанное давление, проверяют герметичность по запорному конусу и направляющей игле в распылителе, подтекание топлива из сопловых отверстий, а также в сопряжении распылителя с корпусом форсунки.
Быстрое падение давления до 25 … 23 мПа укажет на нарушение герметичности форсунки. Допустимое время падения давления до 23 мПа должно быть 17 … 45 сек. при кинематической вязкости дизельного топлива 3,5—6 сСт и температуре 20О С.
Давление начала подъёма иглы распылителя определяют при повышении давления топлива в приборе до 12,5 мПа с большой скоростью и далее со скоростью до 0,5 мПа в секунду. Величина давления фиксируется в момент начала впрыска топлива. В случае несоответствия давления начала впрыска техническим условиям регулируют степень затяжки пружины форсунки. При этом регулировочный винт завёртывают, если давление меньше нормы, и отвёртывают при большем значении.
Качество распыливания Топлива при впрысках будет удовлетворительным, если при этом образуются из каждого отверстия распылителя факелы туманообразного топлива и оно равномерно распределяется по поперечному сечению конуса распылителя. Начало и конец впрыска должны быть чёткими с характерным звуком отсечки. Не допускается также подтеканий топлива из распылителя после окончания впрыска. Угол конуса струи распыливаемого топлива определяют по диаметру отпечатка струи на фильтровальной бумаге и расстоянию от неё до сопл форсунки.
Схема работы стенда КИ-3333.
Рисунок 8
Топливо из бака 3 через фильтр тонкой очистки 4 поступает в плунжерный насос 6 с ручным приводом 5. Насос нагнетает топливо в испытываемую форсунку 11.через расходный кран 19, гидроаккумулятор 12 и подающий топливопровод 17.
Кран 19 служит для регулирования расхода топлива, гидроаккумулятор 12 для сглаживания пульсаций давлений, создаваемых насосом. В закрытом положении кран 19 запирает выход топлива из насоса. Давления измеряется манометром 16, подключаемый к гидросистеме стенда при помощи крана 18.
Испытываемая форсунка 11 устанавливается в кронштейне 10. Распылитель форсунки располагался в камере впрыска 9, закрепляется винтом 15. Камера впрыска 9 выполненная из прозрачной пластмассы, имеет подсветку от электрической лампы 14, включаемой с помощью выключателя 13. Пары топлива из камеры впрыска отсасываются вентилятором 8, конденсируются и возвращаются в бак.
Вентилятор приводится в действие воздушной турбинкой 7 сжатый воздух, к которой подаётся через пневмошланг, штуцер и расходный кран 1.
1.2 Выбор прототипа
В качестве прототипа выбираем стенд модели 562, при этом необходимо считать дополнительным прототипом стенд КИ-3333.
У всех приведённых, как примеры, конструкций недостаток это то, что привод плунжерного насоса ручной. Необходимо спроектировать электромеханический привод. С помощью электромеханического привода будет возможность создать условия работы форсунки максимально приближенные к условиям её работы на двигателе и имитировать действие форсунок в рабочих условиях.
Можно создать интенсивное пропускание топливо с необходимой частотой, при этом оператору будет удобнее следить за показаниями приборов.
Модернизированный стенд лучше расположить на станине, сделать его стационарным, как на специализированных ремонтных предприятиях.
Современные импортные стенды работают в автоматическом режиме, давление испытательного топлива создаётся автоматически, что позволяет плавно изменять его дозу, подаваемую в форсунку.
Стенд может быть оборудован двух или трёхступенчатой системой фильтров, ёмкостями для чистого и использованного топлива, электронным таймером, цифровым индикатором давления, программируемым и ручным задатчиком частоты впрысков, тахометром, автоматическим универсальным захватом форсунок, а так же принтером для распечатки отчётов после проверки форсунок.
2. Техническое задание на разработку проекта реконструкции стенда
2.1 Требуется модернизировать стенд модели 562 и КИ-3333 для испытания форсунок дизельных двигателей. Стенд предполагается использовать на специализированных авто и тракторо ремонтных предприятиях, а так же на сервисных станциях, может применяться в крупных автохозяйствах и ремонтных базах СД техники
2.2 Основанием для разработки служит задание на разработку проекта реконструкции. стенда
2.3 Целью реконструкции или модернизации является повышение технологических параметров стенда, повышение производительности, более полного и точное определение параметров испытываемых форсунок
2.5 На стенде должно быть обеспечено моделирование реальных параметров работы двигателя, в процессе испытаний обеспечиваются моделирование числа оборотов двигателя (120 … 6000) об/мин, давление топлива (0 … 60) мПа, время впрыска (1 … 25) мкс.
Выставляемая максимальная доза (60 … 40) см3, наибольшая частота впрысков,(3 … 5) впрысков в секунду.
3. Проект стенда
3.1 Общая схема работы стенда
Выбираем схему работы стенда. Плунжерный насос закачивает топливо или другую жидкость в специальный резервуар с пружинным регулятором, называемым гидравлический аккумулятор. В гидравлическом аккумуляторе будет поддерживаться давление около (15 … 25) мПа, предусматривается регулировка давления в пределах (0 … 60) мПа, с помощью регулировочного винта. Из аккумулятора топливо поступает в полость, где через дополнительный клапан, топливо поступает в топливопровод и далее к форсунке.
Момент срабатывания форсунки определяется визуально, по выходящему факелу топлива, давление, при котором происходит впрыск, опрелделяется по манометру, с пределами измерения (0 … 60) мПа, встроенному в топливопровод высокого давления.
Предусматриваем электромеханический привод насоса. Для привода применяем трёхфазный асинхронный электродвигатель с блоком преобразования частоты. За счёт изменения частоты переменного тока, подаваемого на электродвигатель, изменяется частота вращения вала.
Так же предусматривается очистка распылителей форсунок от закоксовывания прокачкой специальной жидкости, Carbon clean, (США), Wywn^s (Бельгия) или другой.
Стенд снабжён баком для топлива, предусмотрен слив прокачиваемого топлива в бак.
Для обеспечения требований по ТБ необходим отсос паров топлива и отвод их в вытяжку.
Рабочая часть стенда для испытаний форсунок располагается на станине.
3.1.1 Схема рабочей части стенда для очистки и испытания форсунок
Рисунок 9
1 — корпус, 2 — гайка со штуцером, 3 — клапан, 4 — крышка корпуса, 5 стакан, 6 — плунжер, 7 — гильза, 8 — электромеханический привод, 9 — резервуар для топлива, 10 — манометр, 11 — трубкой высокого давления, 12 — тройник, 13 — вентиль, 14 — рукав для отвода топлива, 15 — гидроаккумулятор, 16 — фильтры очистки топлива. 17 — клапан.
Привод осуществляет работу плунжерного насоса. Насос плунжерная пара, гильза 7 и плунжер 6. Гидроаккумулятор позволяет сглаживать пульсации давления, так же служит регулятором необходимого давления. Производительность насоса зависит от частоты вращения эл. двигателя привода. Клапан 3 препятствует перетекать жидкости обратно.
3.2 Схема работы гидроаккумулятора
Рисунок 9
1 — корпус, 2 — штуцер, 3 — поршень, 4 — пружина, 5 — регулировочный винт, 6 — крышка.
Жидкость из насоса через штуцер 2 поступает в полость аккумулятора. С помощью пружины 4, поршня 3 и винта 5 возможна регулировка давления, создаваемого насосом, при требуемом большем давлении винт закручивается.
4. Расчёт привода
4.1 Кинематическая схема привода
Рисунок 10
1. Стакан плунжерного насоса, 2. Гильза плунжерного насоса, 3. Плунжер, 4. Кулачковый диск, 5. Планетарный редуктор, 6. Электродвигатель.
Двигатель через редуктор передаёт вращение кулачковому диску. Диск, вращаясь, передвигает плунжер плунжерного насоса, за счёт двойных ходов плунжера происходит закачка топлива или другой жидкости в гидроаккумулятор и далее к форсункам.
4.2 Необходимая производительность плунжерного насоса
Для дизеля, принимаем по максимуму, NДИЗ = 370 л. с. ? 500 кВт; Удельный расход топлива, ge;
- ge = 260 гр/(кВт час) = 0,072 гр/(кВт сек); [ 3 ]
Секундный расход топлива, Q,
Q = NДИЗ Q = 500 * 0,072 = 36,11 ? 40 гр/сек;
Производительность плунжерного насоса, VH,
VH = k Q /(с з) = 2 * 40/(0,8 * 0,87 106) = 115 10-6 м3/сек = 115 103 мм3/сек; где,
k = 2 — коэффициент запаса по производительности насоса.
с = 0,87 106 гр/ м3 — плотность дизтоплива.
з = 0,8 — к п д насоса.
Необходимое давление, Р, развиваемое насосом
Р > 17 … 18 мПа, принимаем 25 мПа = 25 106 Н/м2.
4.3 Необходимая мощность, двигателя привода
NДВ = VH Р = 115 10-6 * 25 106 = 2875 Вт ? 3 кВт.
Выбираем асинхронный электродвигатель общего назначения 4АМ90 L2У3.
NДВ = 3 кВт; номинальное число оборотов, nДВ = 1455 об/мин = 24,25 об/сек.
Размеры электродвигателя
Рисунок 11
4.4 Основные размеры плунжерного насоса
Диаметр плунжера, dПЛ.
dПЛ = 3v4 VH /(р SПЛ/dПЛ) = 3v4 * 115 103 /(3,14 * 1,5) = 32 мм; где,
SПЛ/dПЛ =1,5 — [ 3 ]
SПЛ = 1,5 * 32 = 48 мм, — ход плунжера.
Эскиз кулачкового диска
Рисунок 13
4.5 Расчёт редуктора
4.5.1 Необходимая скорость вращения кулачкового диска, nКД, или число двойных ходов плунжера
nДИЗ = 6000 об/мин = 100 об/сек -принимаем по максимуму.
Число впрысков и число двойных ходов плунжера,
nВПР = nДВХ = nДИЗ/(Ф i) = 100/(8 * 4) ? 3 впрыска в сек, где,
Ф = 8 — число форсунок; i = 4 — число тактов.
nКД = nВПР = nДВХ = 3 об/сек.
Необходимо применить планетарный редуктор, так как он соосный с валом двигателя, имеет значительное передаточное число и компактный.
4.5.2 Кинематическая схема редуктора
I — солнечное колесо; 2 — сателлит; 3 — корончатое колесо; Н — водило
Рисунок 12.
Передаточное число редуктора, UРЕД = 8 — принимаем предварительно.
nКВ = nДВ/UРЕД = 24,25/8 = 3,03 об/сек
Число оборотов электродвигателя от 0,3 об/сек до 3,0 об/сек будет регулироваться с помощью преобразователя частоты, блоком изменения частоты переменного тока.
Число зубьев колёс, Z.
U(3)1Н = 1 + (Z3/Z1) = 8; Z3/Z1 = 8 — 1 = 7;
- Принимаем Z1 = 21, Z3 = 7 * 21 = 147.
Модуль зубчатых колёс, m.
DW3 ? 300 мм — делительный диметр коронного колеса.
m3 = Dд3/Z3 = 300/147 = 2,04;
- Принимаем, m = 2 мм — модуль всех колёс.
Число сателлитов, nС;
- Если Z1 + Z3 = 21 + 147 = 168/3 = 56 кратно трём, то nС = 3.
Число зубьев сателлитов, Z2;
- Условие соосности, Z3 = Z1 + 2 Z2;
- Z2 = (Z3 — Z1)/2 + (147 — 21)/2 = 63.
Условие соседства, Z2 + 2 < (Z1 + Z2) sin (р/nС);
63 + 2 < (21 + 63) * (sin 60O = 0,866);
65 < 72,7.
4.5.3 Проверка параметров редуктора по условию максимальных контактных напряжений, уН
Материал колёс сталь марки 40Х.
[уН] = 650 мПа — допускаемые напряжения по контактной прочности. [4]
уН = 315 [(U12 + 1)/aW U12] v[(U12 +1)/(bК nС)] TВЫХ; где,
U12 = 63/21 = 3 — передаточное число колёс Z1 и Z2.
aW = [(Z1 + Z2)/2)] m = 84/2 * 2 = 84 мм — межосевое расстояние между солнечной шестерней и сателлитом по делительному диаметру.
bК — ширина колёс.
bК = [3152/aW2 [уН]2 ] * [TВЫХ (U12 +1)3/(nС U122)]; где,
TВЫХ — крутящий момент на выходном валу редуктора.
TВЫХ = NДВ зРЕД/щДВ = 3000 * 0,95/2,38 = 350 Н м = 350 103 Н мм; где,
зРЕД = 0,95 — к п д редуктора. ориентировочно.
щВЫХ = 2 р nДВ /UРЕД = 2 * 3,14 * 3,03/8 = 2,38 рад/сек — угловая скорость вращения выходного вала редуктора.
bК = [3152/842 6502 ] * [350 103 * 43/(3 * 32)] = 19 мм;
- уН = 315 [(3 + 1)/84 * 3] v[(3 +1)/(19 * 3)] 350 103 = 583,5 мПа ;
- уН =583,5 мПа < [уН] = 650 мПа
Коэффициент полезного действия редуктора, зРЕД.
зРЕД = 1 — [(U(3)1Н — 1) (1 — з13(Н)] / U(3)1Н;
- зРЕД = 1 — [(8 — 1) (1 — 0,94)] / 8 = 0,948.
зРЕД = 0,95.
4.5.4 Эскиз мотор-редуктора
5. Преимущества и недостатки стенда
Конструкции стендов, приведённые выше, имеют ручной привод, и представляют собой малогабаритные устройства для проверки форсунок, в основном, не снимая их с двигателя.
Разработанный стенд имеет электромеханический привод, что позволяет проводить испытание и диагностику форсунок, так повышается давление впрыска, давление может регулироваться, обеспечивается многократный впрыск в течении секунды, появляется возможность проводить очистку форсунок от закоксовывания.
Так же есть возможность устанавливать для испытания несколько форсунок, до 8-и.
На стенде КИ-1404, имеется механический привод, но при этом давление топлива для форсунок создаётся топливным насосом высокого давления, ТНВД. Во-первых, он сам нуждается в регулировке, во-вторых создаваемое им давление не регулируется, во вторых ТНВД дороже и менее надёжен в работе.
Недостатком является то, что есть необходимость применять электронную систему преобразования частоты переменного тока, блоки изменения частоты имеют повышенную стоимость.
6. Особенности эксплуатации
Стенд предполагается применять на специализированных ремонтных предприятиях, на станциях техобслуживания, в крупных автохозяйствах и ремонтных базах.
При эксплуатации нет необходимости выполнять особенные требования, достаточно выполнять то, что необходимо для любого промышленного оборудования.
Необходимо выполнять требования по ТБ и промышленной санитарии и гигиене, соответствующие для автотранспортных предприятий и работе с ГСМ.
Заключение
Топливная аппаратура дизелей очень капризна в эксплуатации, имеет множество особо точных деталей, и при этом она чрезвычайно важна для нормальной работы двигателя, поэтому разработки новой техники, для эксплуатации этой аппаратуры, во всех фирмах мира будут постоянно возрастать
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/osnovyi-proektirovaniya-i-ekspluatatsii-tehnologicheskogo-oborudovaniya/
1. Блянкинштейн, И., М. Оценка конкурентоспособности технологического оборудования. МУ, СФУ, Красноярск, 2010 г.
2. Колчин, А., И., Демидов, В., П. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей. Москва, «Высшая школа», 2008 г.
3. Кривенко, П., М., Федосов, И., Н. Аверьянов, В., Н. Ремонт дизелей с-х назначения. Москва, «Агропромиздат», 1990 г.
4. Практическое руководство по ремонту дизеля. Составитель Кузнецов, А., С. Москва, «Машиностроение», 1995 г.
5. Селиванов, Н., И., Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Обслуживание и ремонт. Учебное пособие. КрасГАУ, Красноярск, 2002 г.
6. «Тракторы и сельхозмашины», журнал, № 12, 2005 г. Бобрышев, Г., П., и другие. Модернизация стендов для испытания топливной аппаратуры.
7. «Тракторы и сельхозмашины», журнал, № 2, 2007 г. Иншаков, А., П. Устройство для диагностики топливной аппаратуры высокого давления.
8. Транспортная энергетика. Расчёт транспортных двигателей. МУ по курсовой работе. Составители Мартынов, А., А., Зеер, В., А. Красноярск, СФУ, 2010 г.
9. Файнлейб, Б., Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Ленинград, «Машиностроение», 1990 г.
