Тепловой расчет двигателя Д-440 с разработкой гидрозапорной системы

Но поскольку подача насосом пульсирующая, а расход через форсунки постоянный, то утечка гидросмеси через форсунки будет происходить за счет снижения аккумуляции ее в гидросистеме при падении давления в период между подачами. Чем больше объем системы, тем меньше будут колебания в нем между подачами. Таким образом, задавшись допустимой величиной колебаний давления в гидросистеме ДР_г.к , подсчитав общий расход гидросмеси с учетом возможных потерь (ДV_г) и приравняв его к разовой подачи насоса (ДV_н), можно определить общий объем гидросмеси (V_г). Но объем системы будет меняться из-за насосного действия игл форсунок. Поэтому будет удобно локализовать насосное действие игл форсунок местным объемом (в форсунке). Наличие этого объема и экрана (щелевого фильтра) у форсунки в значительной степени локализует и гасит волновые явления, возникающие от работы иглы.

Следовательно, снижение заданного колебания давления в самой гидросистемы удобно обеспечить созданием соответствующего ее объема, рассчитанного по действительной разовой подаче насоса (ДV_н), а эти же колебания в полости гидрозапирания форсунки - объемом этой полости, рассчитанным по насосному действию иглы (ДV_и).

5.2.2 Общий объем гидросистемы может быть определен по формуле:

(5.3)

ДV_н = 0,108.

где ДV_н - действительная разовая подача насоса, т.е. цикловая подача;

б_сж.П - приведенный коэффициент сжимаемости топлива, учитывающий упругость материала распределительных трубопроводов.

Если пренебречь упругостью материала распределительных трубопроводов, то по [5] имеем

(5.4)

где б_сж.г. - коэффициент сжимаемости гидросмеси. В нашем случае гидросмесью является дизельное топливо. (для быстроходных дизелей малой мощности);

Б_сж.г. = 7*10^-5 см²/кг;

ДР_г.к = 5 кг/см² - величина колебаний давления в гидросистеме.

При этом необходимо учитывать следующее:

1) если объем принятой системы гидрозапирания (ДV_г.с.) равен или

больше полученного объема V_г, то устройство дополнительного объема не требуется.

В нашем случае объем системы гидрозапирания равен 16 см³, поэтому принимаем второе условие.

2) если V_г.с < V_г, то для обеспечения заданного колебания давления в системе необходимо предусматривать устройство дополнительного объема, который будет являться аккумулирующим объемом.

5.2.3 Объем аккумулятора равен V_ак, см³

V_ак = V_г - V_{г.с ,} или (5.5)

Место установки гидроаккумулятора - ближе к насосу гидросмеси. При малых размерах гидросистемы и объемах гидрополостей форсунок, например, на маломощных высокооборотных дизелях объем V_г.с можно не учитывать по [5].

Тогда

, (5.6)

V_ак = V_г.с = 310 см³,

(5.7)

см³

5.2.4 Объем жидкости, вытесняемый иглой равен:

(5.8)

5.2.5 Следовательно, объем гидрополости форсунки, необходимый для удовлетворения поставленного условия, определяется по выражению:

(5.9)

При этом принимается, что истечение из гидрополости в систему во время движения иглы отсутствует.

Определение количества гидросмеси, необходимого для поднятия давления в гидросистеме от нуля (атмосферного давления) до минимально допустимой величины, требуется для уточнения способа приведения системы в рабочее состояние, при котором производится достаточно качественный впрыск и легкий пуск двигателя.

5.3 Расчет на прочность аккумулятора

V_ак = 310 см³

Рисунок 7 - Расчетная схема гидроаккумулятора

Стальной цилиндр с внутренним радиусом r_в = 35 мм и наружным r_н = 45 мм подвергается внутреннему давлению Р_в = 120 кг/см². Проверим прочность цилиндра по третьей теории прочности при допускаемом напряжении [у] = 1500 кг/см², так как четвертая теория прочности не обеспечит требуемую толщину стенки.

, (5.10)

,

(5.11)

С помощью полученных выражений находим

при r = r_в = 3,5 см у_r = -120 кг/см² у_и = 495 кг/см².

при r_м = 4.1 у_r = -122 кг/см² у_и = 775 кг/см².

Проверяем прочность цилиндра в этих точках.

По третьей теории прочности [5 с. 712]

у₁ - у₃ ? [у],

у₁ = у_и = 775 кг/см² и у₃ = у_з = -122

(775+122) = 897 < 1500

Следовательно, прочность аккумулятора достаточна при толщине стенки 6 мм

5.4 Перепускной (редукционный) клапан

Клапан является в общем случае устройством, предназначенным для управления потоком жидкости путем автоматического изменения рабочего окна под воздействием протекающей через него рабочей жидкости. В нашем случае перепускной клапан используется в основном в качестве регулятора давления гидрозапорной жидкости (топлива).

Характеристика клапана

Качество перепускного клапана оценивается его статической и динамической характеристиками.

Статическая характеристика выражает зависимость между входной и выходной величинами в установившемся режиме при постоянных нагрузках.

Для клапанов такие характеристики обычно выражают зависимость давления Р и перемещение h затвора в функции расхода Q, Р = ѓ (Q) и h = ѓ (Q).

Динамическая характеристика описывает переходной процесс, происходящий в клапане в период перемещения затвора и изменения нагрузки, расхода и т.д.

Расчет клапана для работы в статическом режиме сводится к определению площади рабочего окна, необходимого для прохода через него требуемого расхода Q жидкости при заданном перепаде давления ДР.

5.4.1 Расход жидкости Q и перепад давления ДР связаны уравнением

, (5.12)

где м - коэффициент расхода;

f - площадь сечения отверстия;

- расчетная (теоретическая скорость потока жидкости);

с - плотность жидкости - с = 0,87*10^-3 г*сек²/см⁴ см. [11 с.102];

в = б = 90⁰.

Рисунок 8



5.4.2 Для конусного затвора средний диаметр щели (рисунок 8) определяют по формуле

(5.13)

5.4.2 В соответствии с [7], текущая площадь проходной щели клапана с конусным затвором равна

, (5.14)

где t - размер щели в сечении;

d - диаметр канала клапана;

D - наружный диаметр конуса седла клапана.

Рисунок 9 - Расчетная схема редукционного клапана

Из расчетной схемы клапана следует, что

d₁ = d_cp - h*sin б и t = h*sin б/2, (5.15)

в соответствии с чем

(5.16)

где h - высота подъема затвора клапана по его оси;

б - угол при вершине конуса затвора.

Поскольку h значительно меньше d, вторым числом разности можно, в особенности при небольших подъемах, пренебречь, в результате получим упрощенное выражение:

(5.17)

5.4.3 Расхода через клапан Q, г/с

(5.18)

5.4.4 Коэффициент расхода

, (5.19)

где е - коэффициент сжатия топлива в отверстии = 0,62. см [8]

ц - коэффициент скорости

, (5.20)

где о - коэффициент сопротивления = 0,13

(5.21)

где м = 0,62*0,945 = 0,585 принимаем м = 0,6.

5.5 Расчет гидравлической характеристики распылителя

Высказанные выше положения о необходимости сокращения подготовительного времени для решения различных задач по расчету процесса топливоподачи имеют непосредственное отношение и гидравлическим характеристикам распылителей, представляющим величину суммарного эффективного сечения сопловых отверстий распылителя в функции подъема иглы форсунки. Гидравлические характеристики распылителей обычно определяют экспериментальным путем на проливочных стендах, для чего требуется специальное оборудование. Помимо предварительных экспериментальных исследований, которые, строго говоря, не могут предшествовать расчету при создании новой топливной аппаратуры, некоторую сложность процесса конкретного расчета создает также принятая форма табличного задания гидравлической характеристики распылителя. В связи с этим актуально аналитическое определение гидравлических характеристик, благодаря чему более вероятно рациональное решение основной задачи выбора оптимальной конструкции топливной аппаратуры.

Рассматривая обобщенную схему распылителя (рисунок 10), нетрудно заметить, что на первой фазе подъема иглы доминирующее гидравлическое сопротивление определится кольцевым проходным сечением под конус иглы, а в обще сопротивление может быть определено суммой гидравлических сопротивлений под конус иглы и сопловых отверстий (с учетом центрального канала, если он имеется).

Рисунок 10 - Расчетная схема распылителя

Для вывода искомых зависимостей исходным служит условие равенства секундных расходов топлива через указанные места сопротивлений [9]

Q_c = Q, (5.22)

где

- расход топлива через сопловые отверстия;

- секундный расход топлива через распылитель,

где м_с = 0,6 - коэффициент истечения сопловых отверстий распылителя по данным [9];

f_c - площадь поперечного сечения одного соплового отверстия;

n - число сопловых отверстий;

Р₂ - фактический перепад давления, под действием которого происходит истечение топлива через сопловые отверстия;

Р_пр - давление проливки;

g - ускорение силы тяжести;

м - суммарный коэффициент расхода сопловых отверстий распылителей, численно равный 0,5-0,65 исходя из конструктивных данных распылителя по[9].

5.5.1 Площадь поперечного сечения одного соплового отверстия

(5.23)

мм²

5.5.2 Поскольку Q = Q_и = Q_c, а Р_пр = Р₁ + Р₂, кг/см² то с учетом выражений (Qc; Q) можно показать, что

(5.24)

кг/см²

Р₁ = Р_пр - Р_2, (5.25)

Р₁ = 50-2,296 = 47,704 кГ/см².

5.5.3 Расход топлива через сопловые отверстия Q_c, г/с

(5.26)

г/с

5.5.4 Секундный расход топлива через распылитель Q, г/с

(5.27)

г/с

По результатам расчета видно что, условие равенства секундных расходов топлива через указанные места выполняется, а, следовательно, искомые величины найдены, верно.

двигатель цикл гидрозапорный система



6. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

6.1 Измерительная и регистрирующая аппаратура

Согласно методике экспериментального исследования в процессе испытаний проводилась оценка основных параметров.

Нагрузка двигателя осуществлялась электрическим тормозом. Момент на валу двигателя измерялся весовым устройством ВКМ-57.

6.1.1 Величина среднего индикаторного давления Р_i, кг/см² определялась по следующему выражению

Pi = 0.121 ( P_Т + Р_прок ), кг/см², (6.1)

где: Р_Т - показания весового устройства при работе двигателя на заданном режиме;

Р_прок - показания весового устройства при прокручивании двигателя от электрического тормоза.

Показатели рабочего процесса определялись по известным формулам.

Аппаратура для измерения расхода топлива основана на, известном в практике испытаний, весовом способе. Расход топлива определялся по замеру времени, в течении которого подавалась в цилиндр двигателя заданная весовая доза топлива. С этой целью повышения точности и степени достоверности результатов измерения расхода топлива на каждом режиме работы замерялся не менее трех раз.

Расход воздуха замерялся с помощью объемного расходомера, конструкция и принцип действия которого основаны на регистрации мгновенного расхода воздуха в м³/час. Расходомер выполнен на базе метереологического прибора М-47 и протарирован с использованием ротационного газового счетчика типа РС при различных атмосферных условиях.

Частота вращения коленчатого вала двигателя регистрировалась электрическим тахометром с точностью измерения 10 об/мин. Контрольные замеры частоты вращения вала производились тахометром часового типа. Температура воды и масла, давление масла и топлива в системах замерялись стандартными дистанционными термометрами и манометрами, в соответствии с ГОСТ 8508-73.

Для замера температуры отработавших газов применялись хромель-алюмелевые термопары с открытым горячим спаем. Термопары устанавливались в выпускные окна головки цилиндров на глубину 50 мм от полости головки. Регистрация температуры отработавших газов осуществлялась с помощью электронного потенциометра типа ЭППО9-3М класса 0,5. Температура топлива определялась с помощью хромель-капелевой термопары, установленной в П-образном канале головки топливного насоса.

Контроль протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя осуществлялся путем индицирования давления в 4-ом цилиндре дизеля с помощью стробоскопического индикатора МАИ-2. Четвертый цилиндр для индицирования был избран из соображений наиболее рационального размещения индикаторного канала. При перепарировании головки оказалось наиболее целесообразно и доступно выполнить индикаторный канал, входящий непосредственно в камеру сгорания, только в четвертом цилиндре.

Ход иглы распылителя форсунки регистрировался индуктивным датчиком - проставкой.

Несколько своеобразно решался вопрос регистрации давления у форсунки. Учитывая сложность размещения датчиков под крышкой, была предложена следующая конструкция, чертежи рабочих элементов которых приведены на листе № 8.

Датчик с наклеенными решетками устанавливался сферическим наконечником в гнездо в штуцере форсунки. Соотношение размеров опорной рамки, болта, датчика выбирались из условия надежности, уплотнения и вписываемости в пространство под крышкой клапанов.

В качестве усилителя в опытах использовалась тензометрическая станция УТСI - ВТ - 12 с несущей частотой 35 кГц. Все измеряемые величины записывались на ленту шлейфного 12-ти канального осциллографа Н-115. Выбор гальванических шлейфов, скорость протяжки ленты осциллографа производилась из условия получения достоверной картины исследуемого процесса и удобства обработки осциллограмм.

6.2 Нагрузочная и скоростная характеристики

Нагрузочной характеристикой дизеля называют зависимость расхода топлива и других параметров рабочего процесса двигателя от нагрузки, т.е. от его мощности Ne, или среднего эффективного давления Ре, или крутящего момента Ме при постоянном числе оборотов коленчатого вала (n = const).

Скоростной характеристикой дизеля называют зависимость мощности Ne, крутящего момента Ме, средне эффективного давления Ре, часового G_T и удельного g_e, расхода топлива, а также других показателей рабочего процесса от изменения числа оборотов двигателя, полученную при постоянном положении рейки топливного насоса.

Такие характеристики, полученные при различных, но постоянных оборотах двигателя, позволяют устанавливать в зависимости от нагрузки для каждого скоростного режима часовой и удельный расход топлива, определить минимальный удельный расход топлива g_emin, и допустимую придельную подачу топлива на цикл.

После прогрева двигателя одновременным плавным регулированием подачи топлива, перемещением рейки и числа оборотов, регулировкой тормоза выводят двигатель на максимальное значение крутящего момента при выбранном скоростном режиме. Полученный режим работы, очевидно, будет соответствовать максимальной мощности двигателя при заданном числе оборотов.

Через некоторое время, достаточное для стабилизации теплового состояния и скоростного режима двигателя, после корректировки числа оборотов, производят замеры: крутящего момента Ме или усилия на весах тормоза Р_вес, времени ф расхода заданной дозы топлива ДG_T, расхода воздуха ДV и числа суммарных оборотов Дn за время ф, а также температур воздуха, отработавших газов, воды и масла. Далее переходят к следующему режиму, уменьшая цикловую подачу топлива перемещением рейки топливного насоса и одновременно поддерживая регулировкой тормоза прежнее заданное число оборотов. После стабилизации теплового состояния и скоростного режима производят необходимые замеры. Так, последовательно уменьшая цикловую подачу топлива и сохраняя постоянным заданное число оборотов двигателя, получают 6-8 точек характеристики. В области нагрузки от Ne_max до 60% Ne замеры производим более часто, т.е. при небольшом интервале изменения мощности, с целью более точного выявления зоны минимального удельного расхода топлива. Минимальные нагрузки обычно ограничиваются 15-20% мощности на данном скоростном режиме.

Для полного и наглядного анализа полученных результатов определяем величины з_М и з_i. Для этого условную мощность механических потерь двигателя N_M определяем методом прокручивания его от электротормоза. Величина механических потерь в дизеле с некоторым приближением может быть принята постоянной для всего диапазона изменения нагрузки.

После записи результатов всех замеров в протокол, подсчет величин Ne, Pe, G_T, G_В, g_e, з_v и б производим по соответствующим формулам.

Экспериментальные точки на графиках (лист № 9), полученные в результате непосредственного измерения, или точки основного исследуемого параметра, как-то: Ме, Ре, G_T, G_В, ДР_К и др. обводим кружками или обозначаем другими значками и соединяем плавной кривой по лекала. Кривая должна корректировать произведенные замеры и отображать действительное протекание процесса, поэтому экспериментальные точки замеров, вследствие отклонения режима от заданного и случайных ошибок измерений, могут лежать не непосредственно на кривой, а вблизи от нее.

При подсчете произвольных величин, такие как Ne, g_e, з_v, б и др. в соответствующие формулы подставляем значения замеряемых величин, взятые по координатам точек, лежащих на скорректированных кривых, построенных ранее по результатам замеров.

В этом случае точки на кривых производных величин какими-либо значками не выделяются. Образцы графиков с соблюдением ГОСТа приведены на листе 9.

6.3 Основные расчетные формулы по [12]

6.3.1 Число оборотов n коленчатого вала

[об/мин], (6.2)

где Дn - количество оборотов по суммарному счетчику за время замера в об;

ф - продолжительность замера в сек.

6.3.2 Эффективный крутящий момент двигателя Ме, Н*м

[Н*м] (6.3)

где Р_вес - усилие на динамометре тормоза в Н;

l_T - плечо тормоза в м, l_T = 0,7162 м.

6.3.3 Среднее эффективное давление Ре, кг/см² (для четырехтактных двигателей,)

[кг/см²], (6.4)

где V_h - рабочий объем всех цилиндров (литраж двигателя)

для Д-440 V_h = 7,43 л.

6.3.4 Эффективная мощность двигателя Ne

[л.с.] (6.5)

6.3.5 Часовой расход топлива

[кг/час], (6.6)

где ДG_T - вес дозы топлива, израсходованного за время измерения, в г.

6.2.6 Удельный эффективный расход топлива g_e, [г/л.с.ч]

[г/л.с.ч] (6.7)

6.3.7 Часовой расход воздуха G_В, кг/час

[кг/час] (6.8)

где ДV - объем воздуха в м³, израсходованный двигателем за время измерения;

г_в - удельный вес воздуха при испытании.

[кг/м³] (6.9)

где В₀ - барометрическое давление воздуха при испытании в мм. рт. ст.;

t₀ - температура воздуха в ⁰С перед входом в расходомер.

6.3.8 Коэффициент наполнения з_v

(6.10)

6.3.9 Коэффициент избытка воздуха б

, (6.11)

где l₀ - количество воздуха в кг, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива.

Среднее значение l₀ принято для дизтоплива l₀ = 14,3 [кг/кг топл]

В формулах (6.5), (6.7), (6.10), (6.11) представляются скорректированные значения величин Ме, G_T, G_В, полученные из графиков.

6.3 Расчет топливной аппаратуры

Расчету топливной аппаратуры дизелей посвящено много работ, большинство из которых базируется на упрощенных методиках. Задача подобных методик, прежде всего, заключается в выборе конструктивных элементов топливного насоса высокого давления и форсунки, что позволяет в первом приближении получить заданными техническими условиями на проектировании общие параметры топливоподачи. Существуют также более сложные и точные методики гидродинамического расчета процесса топливоподачи, основанные на системах дифференциальных уравнений, решаемых с применением ЭВМ. Такие методики допускают решение некоторых практических задач, однако, по уровню современных требований их цель, в конечном счете - поиск необходимых размеров важнейших конструктивных элементов аппаратуры по заданным параметрам топливоподачи.

Это приводит к необходимости разработки комплексной методики расчета, по - возможности исключающей недостатки существующих и обеспечивающей оперативный выбор исходных данных топливной аппаратуры (без предварительного эскизно-технического проектирования) в процессе расчета параметров подачи на ЭВМ. Использование ЭВМ для расчетов процесса впрыска, в частности, предусматривает задание гидравлических характеристик форсунок и характеристик движения плунжера топливного насоса (профиля топливного кулачка). Это не вызывает особых затруднений при расчете процесса впрыска уже существующих систем топливоподачи, но тем не менее не соответствует поставленной задаче создание новых конструкций топливной аппаратуры.

Однако конструирование более или менее точной электрической модели процесса впрыска представляет большие трудности, а моделирующие схемы, собранные из готовых функциональных блоков стандартных моделирующих машин, дают менее точные результаты, чем ЭЦВМ.

6.3.1 Критериальные методы расчета топливной аппаратуры

В основу критериальных методов расчета топливной аппаратуры положен принцип сравнения гидродинамических подобных систем впрыска. Эти методы дают весьма приближенный результат и применяются ограниченно.

При использовании теория гидродинамического подобия, разработанной Б.А. Сифманом, применительно к системам топливоподачи обычного типа с плунжером-золотником можно составить выражение для безразмерных критериев, равенство которых определяет идентичность характера процесса впрыска геометрически подобных систем топливоподачи.

(6.12)

(6.13)

(6.14)

В этих выражениях: f_П - площадь поперечного сечения плунжера топливного насоса; f_c - суммарное проходное сечение сопловых отверстий распылителя; С_м - средняя скорость плунжера на участке геометрического полезного хода; с_т - плотность впрыскиваемого топлива; Р_i - избыточное давление открытия иглы (давление затяга пружины иглы форсунки за вычетом давления в камере сгорания дизеля в конце сжатия); в - коэффициент сжимаемости топлива; V - средний объем системы высокого давления за период впрыска; h_Г - геометрический полезный ход плунжера; q_отс - отсасывающий объем нагнетательного клапана.

Численные значения критериев соответствуют определенному характеру относительного изменения отдельных параметров и показателей впрыска (давление и продолжительность впрыска, подъем иглы форсунки, характеристики топливоподачи).

6.3.2 Упрощенный метод расчета топливной аппаратуры

В основу рассматриваемого метода положены аналитические соотношения, связывающие основные геометрические размеры и кинематические характеристики плунжерной пары, а также проходные сечения распылителя с параметрами двигателя на базе существующих норм. Данный метод расчета прост и сравнительно точен, в связи, с чем он может быть использовании при разработке новой и модернизации существующей топливной аппаратуры насоса.

В этом случае исходным служит выражение для единичной производительности q_ц, г/цикл плунжерной пары за ход впрыска

(6.15)

г/цикл

где N_ец - номинальная мощность цилиндра двигателя, обеспечиваемая

плунжерной парой;

g_e - удельный расход топлива двигателем;

n_k - номинальная частота вращения кулачкового вала.

6.3.2.1 Диаметр плунжера в зависимости от требуемой единичной производительности определяется из соотношения

(6.16)

где h_Г - геометрический полезный ход плунжера; h = 10 мм по конструктивным данным топливного насоса

г_Т - удельный вес топлива; примем 0,85г/см³

з_v - коэффициент подачи топлива насоса.

Примем m₁ = 1, так как d_п / h_Г = 1 мм

Значение коэффициента подачи з_х для номинального режима работы топливной аппаратуры из расчета равен 0,8124. Строго говоря, этот коэффициент есть функция многих переменных и, кроме общей конструкции топливной аппаратуры, зависит от диаметра и геометрического полезного хода плунжера, частоты вращения кулачкового вала насоса, конструкции нагнетательного клапана, способа регулирования подачи и т. д.

6.3.2.2 Геометрический полезный ход плунжера, обеспечивающий необходимую производительность плунжерной пары

(6.17)

= 0,01 м

При проектировании плунжерной пары расчетную величину h_г следует принимать с запасом в 25--30% по [9], для узаконенной перегрузки двигателя и компенсации износа плунжерной пары в эксплуатации.

В связи с этим

(6.18)

мм

При определении полного хода плунжера h_n, кроме указанного запаса производительности, следует принимать во внимание условия обеспечения наполнения надплунжерного объема топливом и необходимость отсечки топлива при еще достаточных скоростях плунжера. С учетом этого полный ход плунжера золотникового типа не может быть менее двукратной величины полезного геометрического хода. Таким образом, имея золотниковое регулирование, принимаем 3 (дизель с 25% наддува).

6.3.3 Полный ход плунжера h_П, м

, (6.19)

мм = 0,03 м

6.3.4 Геометрическая продолжительность впрыска ц , ⁰

, (6.20)

где ц_к - фактическая продолжительность впрыска по углу поворота

кулачкового вала - ц_к = 12⁰

6.3.5 Средняя скорость плунжера топливного насоса С_м, м/с, гарантирующая получение заданной продолжительности впрыска имеет вид

, (6.21)

6.3.6 Суммарное сечение распылителя f_c, см² в первом приближении можно производить по выражению



, (6.22)

см²

где значение безразмерного критерия N следует принимать в пределах 1,8--2,2. Меньшие значения N соответствуют более напряженным условиям работы топливной аппаратуры по частоте вращения и давлению впрыска.

Окончательное эффективное сечение сопловых отверстий распылителей µf_с, диаметр и число сопловых отверстий выбирается в процессе доводки рабочего процесса конкретного дизеля, µ - суммарный коэффициент расхода сопловых отверстий распылителя - µ = 0,6

6.5 Расчет профиля кулачка топливного насоса

Расчет профиля кулачка включает выбор основных геометрических размеров профиля, гарантирующих нормальную работу аппаратуры. Подобные расчеты имеют самостоятельное значение при проектировании топливной аппаратуры

В принципе выбор профиля базируется на предшествующих расчетах плунжерной пары топливного насоса и исходит из очевидной однозначности координат профиля при заданном законе изменения скорости плунжера.

R₀ - Радиус начальной окружности профиля кулачка топливного насоса;

r₀ - радиус ролика толкателя плунжера;

щ_к - номинальная угловая скорость вращения кулачкового вала

м/с².



Рисунок 11 - Кинематическая характеристика движения плунжера топливного насоса для расчета профиля кулачка (трапецеидальный закон изменения скорости плунжера)

С учетом того, что ц₁ + ц₂ = - ц_Г , после несложных преобразований можно получить окончательные расчетные выражения

, (6.23)

по которым и определим среднюю скорость плунжера и угол подъема профиля кулачка топливного насоса:

,

м/с,

Очевидно, что рассчитываемый профиль кулачка надлежит проверить по величине создаваемых им ускорений плунжера. При условии постоянства и равенства по абсолютной величине положительных и отрицательных ускорений плунжера щ соответственно на участках движения плунжера ц₁ и ц₂, (ц₁ = ц₂ = 20,56⁰).

(6.24)

Откуда

, или (6.25)

Допускаемые ускорения плунжера щ_доп для высокофорсированных дизелей достигают 500 м/сек² и более.

м/с².

6.5.1 В результате математических преобразований определяем максимальную скорость плунжера

, (6.26)

6.5.2 При условии равенства фактической площади трапеции некоторой условной площади, характеризуемой неизменной средней скоростью С_х, м/с плунжера на протяжении полного его подъема, получим

, (6.27)

м/с

6.5.3 Исходным для расчета плунжерной пружины, которая должна обеспечивать неизменный контакт ролика толкателя с профилем топливного кулачка, служит ускорением щ₂, м/с², соответствующее нисходящей ветви скорости,

, (6.28)

м/с²

Что не отличается от раннее посчитанного значения щ₁, следовательно кинематическая характеристика плунжера построена правильно.

6.5.4 Так, после соответствующих преобразований отношение средних расчетных скоростей плунжеров составит

, (6.29)



7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

7.1 Определение экономической эффективности применения в дизелях форсунок с гидравлическим запиранием

Опыт эксплуатации форсунок с гидравлическим запиранием выявил следующие их преимущества по сравнению с серийными механическими форсунками. Сокращаются трудозатраты тракториста при обслуживании двигателя в период эксплуатации за счет значительного увеличения сроков между переборками и ремонтом форсунок. Сокращается объем и трудоемкость работ при моточистке двигателей. Увеличивается срок службы прецизионных пар форсунок. Достигается экономия топлива благодаря некоторому улучшению процессов сгорания и некоторая экономия эксплуатационных расходов трактора вследствие сокращения ремонтного времени на моточистку двигателя. Двигатель получает возможность работать на сернистых и обводненных сортах топлива на распылителях, имеющие повышенные диаметральные зазоры иглы и направляющей. Обеспечивается более равномерная нагрузка двигателя по цилиндрам. Снижается минимально-устойчивое число оборотов двигателя.

На основании этих преимуществ, по аналогии с работой серийных механических форсунок, можно произвести экономический расчет эффективности применения новой топливной системы дизеля.

Подсчет годового экономического эффекта Э, по расчету, представленному в [14], от внедрения новой системы форсунок следует производить как сравнение эксплуатационных расходов до, и после модернизации топливной аппаратуры двигателя:

Э = С_с - С_н - ЕК_д, тг.,

где С_с - эксплуатационные расходы до установки новой системы по изменяющимся статьям, тг.;

С_н - эксплуатационные расходы после установки новой системы по изменяющимся статьям, тг.;

К_д - дополнительные капитальные затраты на изготовление и монтаж новой системы, тг.;

Е - нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных затрат, равный 0,15 по данным [14].

Основные статьи эксплуатационных расходов до и после модернизации топливной аппаратуры двигателя, необходимые для расчета: стоимость расходуемого топлива; расходы на замену прецизионных пар форсунок; расходы на переборку и ремонт форсунок; расходы на моточистку двигателя, а также дополнительные расходы на гидросмеси, на амортизацию и ремонт этой системы.

После установки системы с гидрозапорными форсунками на двигатель удельный расход топлива снижается на 1-3% в связи с более четким подъемом иглы распылителя, стабилизацией работы форсунок и повышением равномерности подачи топлива за периоды между их переборками и ремонтом.

7.1.1 Стоимость расходуемого топлива до и после модернизации и , тг, можно определить

(8.1)

, (8.2)

где г/кВтч и г/кВтч - удельные расходы топлива соответственно до и после модернизации - по данным расчета рабочего цикла;

N_cp = 80 кВт - средняя эффективная мощность двигателя;

t_cp = 960 ч/год - среднее количество часов работы двигателя в год - по данным преддипломной практики;

С_Т = 43000 тг - стоимость 1т топлива - по данным предприятия, тг.

тг

тг

Расходы на замену прецизионных пар форсунок определяются в зависимости от срока службы распылителей.

Опыт эксплуатации форсунок с гидравлическим запиранием в различных условиях показал, что, отработав 6-8 тыс. часов, они продолжают эксплуатироваться и находятся в нормальном техническом состоянии, поэтому для расчета можно принять срок службы прецизионных пар форсунок 10 тыс.ч.

7.1.2 Затраты на замену прецизионных пар форсунок до и после модернизации и , тг, из расчета на год

(8.3)

, (8.4)

где С_ф = 300 тг. - стоимость изготовления (приобретения) прецизионной пары форсунок - по данным преддипломной практики, тг.;

z = 4 - количество форсунок на двигателе;

и - срок службы прецизионных пар форсунок до и после модернизации, ч.

Если при механическом запирании игл срок между переборками форсунок составляет 250-500 ч., то при гидравлическом запирании он составит не менее 1500-2000 ч.

Поскольку сроки между переборками форсунок с гидравлическим запиранием достигают сроков между моточистками целесообразно в расчетах принимать срок между переборками форсунок, равным сроку между моточистками двигателя.

Практически трудоемкость ремонта форсунки с гидравлическим запиранием составляет 80% от трудоемкости ремонта серийной, что и следует принимать в расчетах.

7.1.3 Затраты на переборку и ремонт форсунок до и после модернизации и , тг, из расчета на год можно определить

(8.5)

, (8.6)

где и - трудоемкость переборки и ремонта одной форсунки до и после модернизации, чел.*ч: ;

и - срок между переборками форсунок до и после модернизации, ч;

П₁ = 140 средняя часовая тарифная ставка слесаря, производившего переборку и ремонт форсунок, тг.;

П₁ = Т_ст1*k₄; (8.7)

, (8.8)

где к = 2,5 - коэффициент перевода минимальной заработной платы установленной законодательно (руководителем) - по материалам предприятия;

к₄ = 1,24 - тарифный коэффициент IV разряда по единому тарифному квалификационному справочнику;

ЗП_min - минимальная заработная плата в тг., установленная законодательством на 01.01.05г.;

F_эф = 1860 - эффективный (действительный) годовой фонд времени, определен из таблицы 2.

Таблица 2

Баланс рабочего времени 1 рабочего.

Классификация	Количество дней
Календарный фонд времени, днях: Праздничные дни Выходные дни	365 10 104
Номинальный фонд времени: Плановые и выходные дни Очередные отпуска Учет отпусков: По болезни Выполнение государственных обязанностей	251 24 - 5 1
Количество рабочих дней Продолжительность рабочей смены	227 8
Эффективный (действительный) фонд времени	1860



D = 50%*ЗП_раб =130200 тг/год

- размер дополнительной заработной платы работника к должностным окладам (районный коэффициент, премии и другие доплаты), Принимается по отчету за предыдущий год - по материалам преддипломной практики, тг.

Т_ст4 = 112,90*1,24 = 140 тг, тогда

7.1.4 Расчет затрат на моточистку двигателя , тг, производится из условия выполнения этой работы трактористом

(8.9)

где Т₂ = 0,24 трудоемкость моточистки двигателя, чел.*ч.;

П₂ =140 средняя часовая тарифная ставка тракториста, тг.;

t₃ = 1600 срок между моточистками, установленный заводоизготовителем для данного двигателя, ч.

По данным Дальневосточного пароходства, для расчета принимаем сокращение трудоемкости на 10%.



7.1.5 Затраты , тг, на моточистку модернизированного двигателя можно определить

, (8.10)

Кроме перечисленных изменяющихся статей для отдельных двигателей возможны и иные статьи расхода, зависящие от особенности модернизированного двигателя и его эксплуатации.

Модернизация топливной аппаратуры может изменить сроки переборки отдельных узлов и деталей двигателя, устранить отдельные дефекты, встречающиеся при работе двигателя на фирменных форсунках.

У некоторых четырехтактных двигателей при работе с серийными форсунками на выхлопных клапанах образуется слой нагара. После модернизации топливной системы двигателя этот недостаток был ликвидирован.

В состав прочих расходов могут входить расходы Q₅ с учетом срока службы и замены отдельных деталей или узлов аналогично расходам Q₂ и затраты на переборку и ремонт отдельных узлов и деталей аналогично расходам Q₃.

Расход рабочей смеси , и , зависит от диаметра игл форсунок и количества форсунок на двигателе.

, (8.11)

.

, (8.12)



7.1.6 Затраты , тг., связанные с расходами запирающей жидкости, можно определить

, (8.13)

где С_м = 43000 стоимость 1т смазочного масла;

Р - расход смеси за сутки, т; .

7.1.7 Расходы на амортизацию , тг будут

(8.14)

где А = 20%К_д - норма амортизационных отчислений, %;

К_д = 2950 тг. дополнительные капитальные затраты на по изготовлению и монтажу новой системы на двигатель.

Общая сумма эксплуатационных расходов до и после модернизации двигателя приведены в таблице 4.



Таблица 4

Общие расходы

Статьи расходов	Обозначение расходов
	при штатных форсунках	при гидрозапорных форсунках
Стоимость расходуемого топлива Расходы на замену прецизионных пар форсунок Расходы на переборку и ремонт форсунок Расходы на моточистку двигателя Прочие расходы Расходы по гидросмеси Дополнительные расходы на амортизацию и ремонт Всего эксплуатационных расходов по изменяющимся статьям Экономия эксплуатационных расходов в год на один двигатель	634100 2880 168100 26270 171000 -- Cc = УQ--	610900 720 42030 23640 42750 264200 17410 Cи = УQ/(Cc - Cн)

7.1.8 Экономию эксплуатационных расходов за счет сокращения ремонтного времени на моточистку двигателя С_Д, тг, можно определить

(8.15)

где К = 0,12 - коэффициент соответствующий сокращении. Трудоемкости моточистки;

Ф =20%405000 - себестоимость трактора на стоянке в ремонте, тг.;

П = 1 - фактическое количество слесарей, производящих моточистку двигателя.

тг

С целью упрощения расчета по определению экономического эффекта от внедрения гидравлически запираемых форсунок можно определить только экономию эксплуатационных расходов за счет сокращения ремонтного времени на моточистку двигателя С_Д. Точнее было бы определить все расходы на стоянке трактора в период моточистки двигателя до его модернизации, включив эти расходы как составную часть в величину С_с и расходы на стоянке трактора в период моточистки двигателя после модернизации - в величину С_н.

Поскольку при расчете годового экономического эффекта величины С_с и С_н являются слагаемыми, то расчетную формулу можно изменить следующим образом:

, (8.16)

.

7.1.9 Срок окупаемости капитальных затрат Т, год, на изготовление и монтаж новых форсунок будет

(в годах), (8.17)

года



8. ОХРАНА ТРУДА

8.1 Закон о безопасности и охране труда

Настоящий закон регулирует общественные отношения в области охраны труда в Республике Казахстан и направлен на обеспечение безопасности, сохранение жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, а также устанавливает основные принципы государственной политики в области безопасности и охраны труда.

8.2 Права и обязанности работника и работодателя в области безопасности и охраны труда

8.2.1 Права работника на безопасность и охрану труда

Работник имеет право на:

1) безопасность и охрану труда;

2) получение достоверной информации от работодателя о характеристике

рабочего места и территории организации, состоянии условий, безопасности и охраны труда, о существующей угрозе для жизни и здоровья, а также о мерах по его защите от воздействия вредных и (или) опасных производственных факторов;

3) рабочее место, защищенное от воздействия вредных и (или) опасных производственных факторов, которые могут вызвать производственную травму, профессиональное заболевание или снижение работоспособности;

4) обеспечение средствами индивидуальной и коллективной защиты,

специальной одеждой в соответствии с требованиями, предусмотренными законодательством Республики Казахстан о безопасности и охране труда, а также индивидуальными трудовыми и коллективными договорами;

5) обращение в уполномоченный орган и его территориальные подразделения о проведении обследования условий, безопасности и охраны труда на его рабочем месте;

6) представительное участие в проверке и рассмотрении вопросов, связанных с улучшением условий, безопасности и охраны труда;

7) отказ от выполнения работы при возникновении ситуации, создающей угрозу его здоровью или жизни, с извещением об этом непосредственного руководителя или представителя работодателя;

8) образование и подготовку, необходимые для безопасного исполнения трудовых обязанностей, в порядке, установленном законодательством Республики Казахстан;

9) возмещение вреда, причиненного его жизни и здоровью при

исполнении договорных обязательств, трудовых (служебных) обязанностей, в соответствии с законодательными актами Республики Казахстан;

10)сохранение средней заработной платы на время приостановки работы организации из-за несоответствия требованиям по безопасности и охране труда;

11)обжалование неправомерных действий работодателя в области безопасности и охраны труда.

8.2.2 Обязанности работника в области безопасности и охраны труда

Работник обязан:

1) соблюдать требования норм, правил и инструкций по безопасности и охране труда, а также требования работодателя по безопасному ведению работ на производстве;

2)использовать по назначению спецодежду, индивидуальные и коллективные средства защиты;

3)немедленно сообщать своему непосредственному руководителю о каждом несчастном случае, происшедшим на производстве, о признаках профессионального заболевания, а также о ситуации, которая создает угрозу жизни и здоровью людей;

4)проходить обязательные предварительные, периодические (в течение трудовой деятельности) медицинские осмотры и предсменное медицинское освидетельствование в случаях, предусмотренных законодательством Республики Казахстан, а также при переводе на другую работу с изменениями условий труда либо при появлении признаков профессионального заболевания за счет средств работодателя.

8.2.3 Права работодателя в области безопасности и охраны труда

Работодатель имеет право на:

1)издавать в пределах своих полномочий акты по вопросам безопасности и охраны труда;

2)требовать с работников соблюдения норм безопасности, правил инструкций по безопасности и охране труда;

3)поощрять работников за вклад в создание благоприятных условий труда на рабочих местах, рационализаторские предложения по созданию безопасных условий труда;

4)отстранять от работы и привлекать к дисциплинарной ответственности работников, нарушающих требование по безопасности и охране труда, в порядке, установленном законами Республики Казахстан.

8.3 Требования безопасности к помещениям

8.3.1 Общие требования

Операции по техническому обслуживанию и ремонту двигателей можно выполнять только в специально отведенных, оборудованных, огражденных и обозначенных местах. Рабочие места и посты в помещениях для ремонта двигателей должны обеспечивать безопасные условия труда для работающих и быть соответствующим образом ограждены. На одного работающего положено не менее 4,5 м² площади и объем помещения не менее 15 м³. Ворота рабочих помещений должны открываться наружу, иметь фиксаторы, тепловые завесы, тамбуры. Въезды в производственные помещения выполняются с уклоном не более 15%. Они не должны иметь порогов, ступенек, выступов.

Минимальные расстояния (м) между автомобилями, элементами зданий и специальным оборудованием должны быть следующими:

Между продольными сторонами автомобилей:

на моечных постах - 2,0

на уборочных постах, постах технического обслуживания и ремонта - 1,2

Между автомобилями, стоящими один за другим - 1,0

Между автомобилями и стеной или стационарным оборудованием - 1,2

Между автомобилем и колонной - 0,7

Между автомобилем и наружными воротами, расположенными против

Поста - 1,5

Эти данные относятся к рабочим зонам и не зависят от габаритных размеров автомобилей.

Территория предприятия должна иметь ограждения высотой 1,6 м, освещаться в ночное время и содержаться в чистоте и порядке. Территория, где предусматривается более 10 постов по ремонту и техническому обслуживанию автомобилей, должна иметь не менее двух ворот для въезда (выезда). Для прохода на территорию в непосредственной близости от ворот должна быть предусмотрена калитка. У ворот, предназначенных для проезда автомобилей, устанавливают предупредительный плакат «Берегись автомобиля» и схему движения автомобилей по территории, освещаемые в ночное время. Ширина проездов на территории должна соответствовать СНиП II - Д.5 - 72 «Автомобильные дороги». Пешеходные дорожки должны иметь твердое покрытие, ширину не менее 1 м и наименьшее число пересечений с подъездными путями.

Рекомендуются следующие покрытия полов производственных помещений:

Для хранения и технического обслуживания автомобилей, а также для ремонта агрегатов Для слесарно-механических, жестяницких, обойных, кузовных и шиномонтажных работ Для мойки автомобилей и электротехнических, карбюраторных, малярных, аккумуляторных, медицинских работ Для кузнечных, рессорных и сварочных работ Для хранения массе, лаков, красок и химикатов	Бетонное Асфальтобетонное Керамические плитки Клинкерные Бетонное с железнением

Полы в помещениях для ремонтных работ должны быть ровными и прочными, иметь покрытие с гладкой, не скользкой поверхностью, удобной для очистки. На рабочих местах в помещениях, где полы имеют цементное, бетонное, клинкерное или каменное покрытие, необходимо устанавливать деревянные переносные настилы, что предохранит работающих от переохлаждения ног.

В помещениях, где используют воду, полы должны иметь уклон для стока. Все каналы и углубления в полах должны быть плотно и прочно закрыты или ограждены. Пол в помещениях не должен иметь щелей, выбоин и порогов.

Полы и стены осмотровых ям должны быть облицованы плитками или другим огнестойким облицовочным материалом. Осмотровые канавы, траншеи и тоннели должны быть надежно защищены от сырости и подпочвенных вод и облицованы светлой плиткой (пластиком). Осмотровые канавы необходимо убирать и очищать (при необходимости мыть) не менее одного раза в смену.

Осмотровые ямы и эстакады должны иметь направляющие для колес автомобилей с двух сторон лестницы для спуска в яму или подъема на эстакаду.

В ремонтных помещениях запрещается хранить топливо и смазочные материалы, оставлять после конца рабочей смены тару из-под топлива и масел, красок и лаков. При ремонте крупногабаритных автомобилей и автобусов нельзя пользоваться приставными лестницами, рабочие должны быть обеспечены стремянками.

Производственное помещение должно соответствовать требованиям технической эстетики. Правильная окраска помещения не только способствует снижению психофизических нагрузок, но и улучшает условия зрительных работ. Следует иметь в виду, что зеленые, голубовато-зеленые, салатные и желтые цвета благоприятно влияют на зрение и психофизиологические функции человека, способствуют повышению производительности труда, снижают утомление. Наряду с запрещающими, предупреждающими, предписывающими и указательными знаками безопасности в ремонтных помещениях применяют окраску в сигнальные цвета элементов зданий (рисунок …) чередующимися полосами черного и желтого цвета.

Это способствует концентрации внимания работающих и таким образом уменьшает возможность возникновения аварийных ситуаций.

Рисунок 12 - Окраска и сигнальные цвета (точками обозначен желтый цвет)

а) - ограждений; б) - габаритов транспортных проемов; в) - перепад в плоскости пола; г) - частей грузоподъемного оборудования; д) - транспортных средств.

8.3.2 Воздух рабочей зоны.

Согласно ГОСТ 12.005 - 88 «Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», все работы подразделяются на легкие, средней тяжести и тяжелые. Работа слесаря по ремонту топливной аппаратуры относится к категории средней тяжести - IIа (работы, связанные с ходьбой, выполняемые стоя, не требующие перемещение тяжестей) или IIб (работы, требующие перемещение тяжести до 10 кг). Энергозатраты составляют 175-232 Вт (категория IIа) и 233-290 Вт (категория IIб). Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны ремонтных помещений автотранспортных цехов не должно превышать предельно допустимые концентрации (ПДК), приведенные в приложении Г.

В таблице 3 приведены нормативные значения оптимальных и допустимых параметров по предложенным в [12],микроклимата в рабочей зоне по ГОСТ 12.1.005 - 88.

Таблица 3

Предельные допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны

Наименование вещества	ПДК, Мг/м3	Агрегатное состояние	Класс опасности
1. Оксиды азота 2. Акролеин 3. Топливный бензин 4. Свинец и его неорганические соединения 5. Метиловый спирт (метанол) 6. Тетраэтилсвинец 7. Уайт-спирит 8. Оксид углерода 9. Алифатические предельные углеводороды С1 - С10 10. Едкие щелочи (растворы) 11. Серная кислота, серный ангидрид 12. Солярная кислота 13. Пыль растительного происхождения с примесью диоксида кремния менее 2% (хлопчатобумажная, древесная)	5 0,2 100 300 0,01 5 0,005 300 20 300 0,5 1 5 6	п п п п п а п п п п а а п а	III II IV IV I III I IV IV IV II II II IV



С целью оздоровления воздушной среды помещения для ремонта автомобилей должны быть оборудованы общеобменной и местной приточной и вытяжной вентиляцией, а канавы, траншеи и тоннели - приточной вентиляцией.

Чтобы избежать распространение отработавших газов по помещению, предусматривают тамбуры, которые отделяют от поточной линии автоматически действующими воротами. При въезде автомобиля своим ходом на первый пост эти ворота закрывают и включают вентиляцию. Помимо общеобменной вентиляции в производственных помещениях предусматривают местную приточную и местную вытяжную вентиляцию.

Местная приточная вентиляция подает свежий воздух в необходимом объеме при заданной температуре и скорости на рабочие места или участки для того, чтобы обеспечить на них более благоприятное состояние воздушной среды по сравнению с остальной частью производственного помещения. Местная вытяжная вентиляция предназначена для удаления непосредственно с рабочих мест вредных выделений для того, чтобы предотвратить их распространение по производственному помещению и загрязнение больших объемов воздуха.

Если нет возможности устроить эффективные местные отсосы, то для предотвращения попадания в органы дыхания человека вредных веществ, необходимо подавать воздух на постоянные рабочие места, находящиеся в непосредственной близости к источникам выделения этих веществ. Для подачи воздуха используют принудительную приточно-вытяжную вентиляцию (рисунок 13).