Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшим инструментом по формированию процессов сгорания и управлению работой дизеля являются топливоподающие системы. При повышении давления впрыскивания свыше 200 МПа возникает необходимость оценки потенциального предела форсирования топливной аппаратуры (ТА) по давлению впрыскивания при обеспечении надежности.
Независимо от используемого типа ТА одной из ее наиболее ответственных деталей является форсунка, а в ней распылитель: от их надежности в значительной степени зависит надежность дизеля в целом. Конструкция распылителей (число и расположение сопловых отверстий, гюдыгольный объем и т.д.) при повышении давления впрыскивания и одновременном уменьшении размеров обусловливает рост значений параметров напряженно-деформированного состояния (НДС). Кроме того, величина технологических допусков на выполнение некоторых размеров распылителя сопоставима с величиной самих этих размеров. В связи с этим становится актуальной и задача выявления размеров распылителя, существенно влияющих на его прочность, и обоснования рациональных значений их допусков.
Экспериментальное исследование прочности распылителей автомобильных дизелей крайне затруднено в связи с их малыми размерами, а также с требованиями предельной оперативности разработки новых конструкций, что обусловлено быстро изменяющимися нормами допустимых выбросов токсических веществ с отработавшими газами (известными как EURO-3, EURO-4 и пр.). В этих условиях большое значение приобретает внедрение в практику методов CAD/CAE/CAM-технологии. Одним из шагов при ее реализации являются расчетное исследование НДС методом конечных элементов (МКЭ), реализуемым многими современными профессиональными программными продуктами. Достоверность этих расчетов может быть обеспечена только при наличии корректных моделей и расчетных методик. Для распылителей подобные модели весьма немногочисленны, а методики практически отсутствуют.
Цель работы. Оценка потенциальных возможностей повышения давления впрыскивания топлива с учетом обоснованного выбора основных конструктивных размеров распылителя и их технологических отклонений на ранней стадии разработки.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи.
Разработка методики численного исследования НДС распылителей форсунок дизелей. Обоснование состава конечно-элементных моделей (КЭМ) форсунки для расчетов на различных этапах исследования.
Исследование влияния формы корпуса распылителя на параметры его НДС.
Вероятностный анализ влияния технологического допуска основных размеров корпуса распылителя на параметры его НДС.
Достоверность результатов разработанной методики анализа НДС распылителей форсунок подтверждена корректным использованием твердотельного моделирования и метода конечных элементов, сертифицированного программного обеспечения, а также сходимостью расчетных и экспериментальных данных.
Научная новизна работы заключается в следующих положениях, выносимых автором на защиту.
Создана методика численного анализа НДС распылителя форсунки, позволяющая на стадии проектирования определять предельный уровень давления впрыскивания, обеспечиваемый как макрогеометрией, так и технологическими отклонениями его размеров.
Разработаны различные по составу КЭМ распылителей и форсунок в сборе. Обосновано их применение в зависимости от цели расчета.
Получены поля значений параметров НДС распылителей различных исполнений, обусловленных монтажными нагрузками (при этом уточнено их влияние на НДС), давлением впрыскивания и их комбинацией
Практическая значимость. Разработанная методика позволяет на различных стадиях проектирования определить предельный уровень давления впрыскивания, обеспечиваемый конструкцией распылителя или форсунки в целом с учетом статистических характеристик отклонений размеров в пределах технологических допусков; обосновывать рациональные значения последних.
Использование данной методики ведет к снижению затрат времени и материальных средств на создание опытных образцов деталей и проведение их натурных испытаний.
Реализация работы. Представленная методика численного исследования НДС распылителей форсунок дизелей используется в научно-исследовательских работах инженерно-конструкторского центра ОАО «Ярославский завод дизельной аппаратуры» для оценки статической прочности распылителей и форсунок в сборе, а также в учебном процессе кафедры двигателей внутреннего сгорания ЯГТУ.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на IX Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей» (Владимир, ВлГУ, 2003 г.); научно-технических конференциях ЯГТУ (2002 - 2007 гг.); научно-практической конференции «Образование и наука в региональном развитии» (Рыбинск, РГАТА, 2008 г.). Работа представлялась на областной (2002 г.) и Региональный (Ярославль, 2003 г.) конкурсы на лучшую научно-техническую и инновационную работу молодых ученых, аспирантов и студентов по техническим наукам, где была удостоена дипломов лауреата.
Публикации. Основное содержание диссертации представлено в пяти печатных работах; три из них входят в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ для опубликования работ соискателей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложений, содержит 145 с. текста, 83 рисунка и 20 таблиц. Список цитированной литературы включает 103 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.
Похожие диссертации на Численное исследование напряженно-деформированного состояния распылителей форсунок дизелей
