Численное исследование напряженно-деформированного состояния распылителей форсунок дизелей

• Автор: Веселов, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ФОРСУНОК
1Л Тенденции развития топливоподающих систем дизелей
1.2 Конструкция современных распылителей форсунок
1.3 Исследование факторов, обусловливающих
НДС распылителей
1.3 Л Исследование теплового состояния распылителей форсунок
1.3.2 Исследование НДС распылителей форсунок
1.4 Выводы к первой главе
2. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ФОРСУНКИ С УЧЕТОМ ИХ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
2.1 Построение КЭМ
2.1.1 Выбор типа контакта при моделировании сборок
2.1.2 Силовые и кинематические граничные условия
2.2 Результаты расчета параметров НДС распылителя с учетом контактного взаимодействия
2.3 Выводы ко второй главе
3. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ РАСПЫЛИТЕЛЯ
3.1 Испытание механических свойств распылителя
3.2 Воспроизведение условий натурного эксперимента в ходе численного исследования
3.3 Выводы к третьей главе

4. ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ КОРПУСА РАСПЫЛИТЕЛЯ НА ПАРАМЕТРЫ ЕГО НДС
4Л Объекты исследования и особенности их исполнения
4.2 Построение КЭМ и организация численного исследования
4.3 Результаты исследования параметров НДС распылителей различных исполнений
4.4 Выводы к четвертой главе
5. ВЕРОЯТНОСТНЫЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ КОРПУСА РАСПЫЛИТЕЛЯ НА ПАРАМЕТРЫ
ЕГО НДС
5.1 Предпосылки для проведения вероятностного анализа
5.1.1 Сбор опытных данных
5.1.2 Обработка опытных данных
5.2 Вероятностный анализ корпуса распылителя
типа «Р»
5.2.1 Статистические данные для вероятностного
анализа
5.2.2 Построение КЭМ
5.2.3 Результаты вероятностного анализа
5.3 Выводы к пятой главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВ АННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ВВЕДЕНИЕ
Применение ДВС во всех сферах народного хозяйства и постоянное увеличение их количества остро ставит вопрос повышения качества двигателей. Основными направлениями совершенствования показателей ДВС являются уменьшение уровня токсичности отработавших газов, вибрации и шумности, удельных расходов топлива и масла, металлоемкости; увеличение литровой мощности, надежности и ресурса работы [1, 2, 3, 4, 5].
Важнейшим инструментом по формированию процессов сгорания и управлению работой дизелей являются топливоподающие системы. При современной тенденции повышения давления впрыскивания (до 200 МПа и выше) и одновременном уменьшении размеров деталей вопросы, связанные с повышением надежности деталей топливной аппаратуры (ТА), становятся особенно актуальными. Важное место здесь занимают экспериментальные исследования, однако они связаны с существенными затратами времени и материальных средств. То и другое крайне нежелательно в современных условиях, когда быстро изменяющиеся нормы, ограничивающие предельно допустимые выбросы токсических веществ с отработавшими газами (ОТ) (известные как Е1ЖО-3, Е1ЖО-4 и пр.), требуют предельной оперативности при разработке новых конструкций и их постановке на производство. В этих условиях важное значение приобретает внедрение в практику методов САП/САЕ/САМ-технологии. Одним из шагов при ее реализации являются расчетные исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) деталей. Наиболее распространенным инструментом для этого в настоящее время стал метод конечных элементов (МКЭ), реализуемый многими профессиональными программными продуктами.
Весьма актуальными становятся работы, направленные на оценку потенциальных возможностей повышения давления впрыскивания топлива на стадии разработки конструкции новых деталей ТА. Такие расчеты позволяют оценить возможный ресурс детали по предельным нагрузкам, выявить зоны

распылителей форсунок [62]. Показано, что при различных уровнях давления наддувочного воздуха температура носка распылителя может достигать до 308-316 °С, при допустимом уровне температур 220-235 °С. Ими установлено, что для обеспечения требуемого уровня температур необходимо реализовывать ряд конструктивно-технологических мероприятий. В частности предлагается использовать теплозащитное (оксид циркония Zr02) покрытие носка распылителя и теплопроводящее покрытия (медь) на наружной цилиндрической поверхности распылителя.
В области исследования теплонапряженности распылителей форсунок также известны работы, выполненные В.А. Кондренко [63, 64 65]. В качестве мероприятия по снижению температуры распылителя он предлагает использовать экранирование распылителя. Показано, что при применении экранирования тепловой поток непосредственно в корпус распылителя существенно снижается. Температура носка экранированного распылителя по сравнению с температурой носка штатного распылителя, при работе дизеля по нагрузочной характеристике снижается в среднем на 38-42 °С.
Таким образом, тема теплонапряженности распылителей достаточно глубоко исследована. Разработаны мероприятия, позволяющие снизить температуру распылителя, а также существуют методики, позволяющие прогнозировать теплонапряженность распылителя на стадии проектирования дизелей или их доводки. Однако методик, позволяющих оценить НДС распылителя на стадии проектирования ТА, в настоящее время нет.
1.3.2 Исследование НДС распылителей и форсунок
Изначально интерес к изучению НДС распылителей форсунок, впрочем, как и других прецизионных пар ТА (плунжерные пары, нагнетательные клапаны) был вызван необходимостью обеспечения их работоспособности, а также необходимостью увеличения их ресурса. Так в ходе исследований проведенных Н.И. Бахтиаровым, В.Е. Логиновым, И.И. Лихачевым [66, 67] показано, что микродеформации распылителя, обусловленные монтажными,