Плотность часто называют характеристикой инерционности жидкости, поскольку она определяет значения ударных явлений в замкнутых объемах, а также сопротивления перемещению жидкости с различными ускорениями.
Вязкость жидкостей. Силы поверхностного натяжения жидкостей. При движении реальных жидкостей различные слои потока имеют разные скорости перемещений В 1686 г. И. Ньютон высказал предположение, что разность в скоростях перемещений слоев жидкости вызвана наличием между ними сил Р внутреннего трения, которые прямо пропорциональны скорости относительного движения слоев и площади соприкосновения.
Динамическая вязкость равна силе трения, приходящейся на единицу поверхности соприкасающихся слоев жидкости, градиент скорости которых равен единице. Числовое значение коэффициента вязкости выражается в паскаль-секундах (Па • с).
Изучая характер движения жидкости, принимают во внимание, наряду с вязкостью, и ее инерционность. Отношение динамической вязкости к плотности жидкости называют кинематической вязкостью. В СИ кинематическую вязкость измеряют в квадратных метрах в секунду (м2/с). Известно из опыта, что на поверхности раздела жидкости и газа действуют силы поверхностного натяжения, стремящиеся придать объему жидкости сферическую формуй вызывающие некоторое дополнительное давление в объеме. Заметно это давление лишь в малых объемах (каплях) жидкости.
Это дополнительное давление вызывает подъем жидкости в трубах малого диаметра.
Влияние температуры и давления на характеристики рабочих жидкостей В процессе эксплуатации гидросистем жидкость подвергается воздействию нагрева и охлаждения, меняющихся давлений. Это существенно изменяет ее характеристики.
Влияние температуры. Повышение температуры увеличивает объем большинства рабочих жидкостей. Эта зависимость характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения, который равен отношению относительного изменения исследуемого объема к изменению температуры Т при постоянном давлении
Практика показывает, что температурный коэффициент объемного расширения зависит от природы жидкости и ее исходной плотности. Нагревание жидкости, находящейся в закрытой жесткой емкости (резервуаре, силовом цилиндре и так далее), может привести к возникновению недопустимо высоких давлений. Для предотвращения таких аварийных ситуаций в гидросистемах устанавливают гидроаппараты управления давлением жидкости.
С повышением температуры уменьшается вязкость капельных жидкостей. Обычно эта зависимость выражается эмпирическими формулами, используя которые, можно получить близкие к экспериментальным значения коэффициентов вязкости.
Считается, что жидкость пригодна для эксплуатации, если ее вязкость в диапазоне температур ±50 °С изменяется не более чем в 100 раз.
Влияние давления. Реальные рабочие жидкости (капельные) в отличие от «идеальных» с увеличением давления уменьшают первоначально занимаемые ими объемы. Для объемного гидропривода эффект сжимаемости жидкости — явление, как правило, отрицательное, так как не позволяет реально использовать энергию, затраченную на ее сжатие.
Степень сжатия жидкости зависит от ее природы. Так, у воды она незначительна, а у жидкостей, являющихся продуктами перегонки нефти или полученных синтезом, достигает весьма больших значений.
Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия р, равного отношению относительного изменения ее объема к изменению давления при постоянной температуре.
Величину Еж, обратную коэффициенту объемного сжатия, называют объемным модулем упругости жидкости
Объемный модуль упругости жидкости Еж зависит от ее физической природы, температуры, давления и количества растворенного воздуха, что вызывает трудности при аналитическом определении значений Еж. Особенно сказываются на значениях Еж тепловые условия, при которых происходит сжатие. В связи с этим находят изотермический и адиабатический модули упругости.
Поскольку в объемных гидроприводах тепловое процессы протекают значительно медленнее, чем процессы изменений давлений, то под объемным модулем упругости, как правило, подразумевают адиабатический модуль упругости. Значение его определяют экспериментально.
С увеличением давления коэффициент объемного сжатия жидкостей уменьшается, а модуль упругости повышается. Отмечается при этом неравномерность изменения упомянутых характеристик с возрастанием давления. Наиболее интенсивно объемный модуль упругости повышается при сравнительно низких давлениях — до 100...120 МПа. В общем случае для маловязких жидкостей объемный модуль упругости при атмосферном давлении и 20 °С составляет не более 135 МПа, вязких — 170 МПа.
Увеличение давления изменяет вязкость жидкости, что особенно заметно при высоких давлениях. Так, при росте давления от 0 до 150 МПа вязкость повышается в среднем в 15 раз, а при росте его от 0 до 200 МПа — в 50... 1000 раз. Большинство минеральных масел затвердевает при давлениях около 2500 МПа и температуре 20 °С, вода — при 840 Мпа.
Газы в жидкостях. Кавитация. Рабочие жидкости, применяемые в гидравлическом приводе, обладают способностью растворять в себе газы, в том числе и воздух.
Как показывает практика, пузырьки газа (пара) размером менее 10 мкм на поверхность не всплывают, а задерживаются в толще жидкости, оседают на стенках каналов, заполняют микротрещины деталей гидросистемы. Когда давление меняется, количество пузырьков также изменяется, одновременно происходит их деформация, сопровождающаяся локальным выделением тепла и, следовательно, местным в микрообъеме повышением температуры жидкости.
Явление, связанное с выделением газа (пара) из жидкости в зонах низкого давления и последующим разрушением (конденсацией) этих пузырьков при повышении давления, т. е. образование в жидкости полостей с газом (паром), называют кавитацией. Кавитационные явления, характеризующиеся гидравлическими микроударами и локальными повышениями температуры, становятся причиной разрушения элементов гидроагрегатов. Такие разрушения носят форму эрозионных раковин, рыхлостей поверхностей трубопроводов и других устройств гидравлических систем. Кавитация, механизм ее действия и в настоящее время детально изучаются.
Теплоемкость и теплопроводность жидкостей. Рабочие жидкости, как и другие физические тела, характеризуются удельной теплоемкостью и теплопроводностью, которые определяют интенсивность процесса поглощения и отвода от них избыточного тепла.
В практике расчетов гидравлических объемных систем наиболее часто используют удельную теплоемкость с, с помощью которой определяют количество теплоты, затрачиваемой на нагревание на 1 °С одного килограмма жидкости. Для рабочих жидкостей, применяемых в гидросистемах станков
Под теплопроводностью понимают процесс переноса энергии теплового движения частиц от более нагретых частей тела (жидкости) к менее нагретым, вследствие чего температура всей массы тела выравнивается. Скорость передачи тепла внутри тела характеризуется коэффициентом теплопроводности X. В практике станкостроения максимальные температуры нагрева рабочих жидкостей допускаются не выше 70 °С.
Рекомендации по выбору рабочих жидкостей для объемных гидроприводов. Жидкость в объемных гидроприводах выполняет функцию не только энергоносителя. Она должна также: эффективно смазывать трущиеся поверхности, защищать детали гидравлических агрегатов от коррозии (и, тем более, не оказывать разрушающего воздействия на них), быть нетоксичной, пожаро- и взрывобезопасной, дешевой.
3. ВЫБОР ПРИНЦИПА ПОСТРОЕНИЯ САУ
-
Двигатель
На автомобилях КамАЗ установлен четырехтактный восьмицилиндровый V-образный дизельный двигатель, отличающийся высокой надежностью и повышенным ресурсом благодаря применению: поршней, отлитых из высококремнистого алюминиевого сплава с чугунной упрочняющей вставкой под верхнее компрессионное кольцо и коллоидно-графитным приработочным покрытием юбки; поршневых колец с хромовым и молибденовым покрытием боковых поверхностей; азотированного или упрочненного индукционной закалкой коленчатого вала; трехслойных тонкостенных сталебронзовых вкладышей коренных и шатунных подшипников; закрытой системы охлаждения, заполняемой низкозамерзающей охлаждающей жидкостью, с автоматическим регулированием температурного режима, гидромуфтой привода вентилятора и термостатами;высокоэффективной фильтрации масла, топлива и воздуха бумажными фильтрующими элементами; гильз цилиндров, объемнозакаленных и обработанных плосковершинным хонингованием;
Рисунок 7 - Продольный разрез двигателя КамАЗ-740
1- генератор; 2- топливный насос низкого давления; 3- ручной топливоподкачивающий насос; 4- топливный насос высокого давления; 5- автоматическая муфта опережения впрыска топлива; 6- ведущая полумуфта привода топливного насоса высокого давления; 7- соединительный патрубок впускных воздухопроводов; 8-фильтр тонкой очистки топлива; 9-датчик тахометра; 10-маховик; 11- картер маховика; 12- масляный картер; 13- сливная пробка; 14-крышка коренной опоры коленчатого вала; 15 – масляный насос; 16 –валик привода ведущей части гидромуфты; 17- шкив привода генератора; 18- крыльчатка вентилятора
3.2 Система питания топливом.
Обеспечивает очистку топлива и равномерное распределение его по цилиндрам двигателя строго дозированными порциями. На двигателях КамАЗ применена система питания топливом разделенного типа, состоящая из топливного насоса высокого давления, форсунок, фильтров грубой и тонкой очистки, топливоподкачивающего насоса низкого давления, топливопроводов низкого и высокого давлений, топливных баков, электромагнитного клапана и факельных свечей электрофакельного пускового устройства.
Ниже приводится характеристика топливной аппаратуры.
Топливный насос высокого давления
Порядок работы секций . 8—4—5—7—3—6—2- 1
Направление вращения кулачкового вала (со стороны привода) ...... правое
Диаметр плунжера, мм . . 9
Ход плунжера, мм ... 10
Цикловая подача при (1300+10) об/мин кулачкового вала, мм/цикл . 78,5—80.0
Частота вращения кулачкового вала насоса при упоре рычага управления регулятором в болт ограничения максимального скоростного режима, об/мин:
при полном выключении регулятором подачи топлива через форсунки . 1480—1555
в начале выключения . . 1335—1355
Угол начала подачи топлива восьмой секцией насоса до оси симметрии кулачка, град........42—43
Чередование начала подачи топлива по углу поворота кулачкового вала . . . 0—45—90—135—180— 270—315°
Максимальное усилие на рычаге управления регулятором при номинальном режиме работы насоса на плече 50 мм, кгс .... 13
Топливоподкачивающий насос низкого давления
Диаметр поршня, мм . . 22
Ход поршня, мм .... 8
Номинальная производительность*, л/мин, не менее 2,5
Давление, создаваемое топливоподкачивающим насосом при закрытом нагнетательном трубопроводе к фильтру тонкой очистки и при частоте вращения кулачкового вала 1290— 1310 об/мин, кгс/ом, не менее........4
Форсунка
Число распыливающих отверстий......4
Диаметр распыливающих отверстий, мм.....0,300—0,308
Давление начала подъема иглы, кгс/см
при эксплуатации . . 180—185
первоначальное при заводском регулировании . 195—202
Система питания работает следующим образом. Топливо из бака 15 (рис. 15) через фильтр 18 грубой очистки засасывается топливоподкачивающим насосом и через фильтр тонкой очистки по топливопроводам 16, 21, 4, 12 низкого давления подается к топливному насосу высокого давления; согласно порядку работы цилиндров двигателя насос распределяет топливо по трубопроводам / высокого давления к форсункам 20. Форсунки распыляют и впрыскивают топливо в камеры сгорания. Избыточное топливо, а вместе с ним и попавший в систему воздух через перепускной клапан топливного насоса высокого давления и клапан-жиклер фильтра тонкой очистки по дренажным топливопроводам 10, 13 отводится в топливный бак. Топливо, просочившееся через зазор между корпусом распылителя и иглой, сливается в бак через сливные топливопроводы 8, 14, 19.
Фильтр грубой очистки (отстойник) предварительно очищает топливо, поступающее в топливоподкачивающий насос низкого давления. Он установлен на всасывающей магистрали системы питания с левой стороны автомобиля на раме.
Стакан 2 (рис 16) фильтра соединен с корпусом 10 четырьмя болтами 7 и уплотнен кольцом 9. Снизу в бобышку колпака ввернута сливная пробка /. Топливо, поступающее из топливного бака через подводящий штуцер, стекает в стакан. Крупные частицы и вода собираются в нижней части стакана. Из верхней части через фильтрующую сетку 4 по отводящему штуцеру и топливопроводам топливо подается к топливоподкачивающему насосу.
Фильтр тонкой очистки, окончательно очищающий топливо перед поступлением в топливный насос высокого давления, установлен в самой высокой точке системы питания для сбора и удаления в бак проникшего в систему питания воздуха вместе с частью топлива через клапан-жиклер, установленный в корпусом 10 четырьмя болтами 7 и уплотнен кольцом 9. Снизу в бобышку колпака ввер-сти А, равном 0,25—0,45 кгс/см2, а начало перепуска топлива из полости А в полость Б — при давлении в полости А, равном 2,0— 2,4 кгс/см2. Регулируется клапан подбором регулировочных шайб / внутри пробки клапана.
Топливный насос высокого давления (ТНВД) предназначен для подачи к форсункам двигателя в определенные моменты времени дозированных порций топлива под высоким давлением.
В корпусе 1 (рис. 18) установлены восемь секций. Каждая состоит из корпуса 17, втулки 16 плунжера, плунжера 11, поворотной втулки 10, нагнетательного клапана 19, прижатого через уплотнительную прокладку 18 к втулке плунжера штуцером 20. Плунжер совершает возвратно-поступательное движение под воздействием кулачка вала 48 и пружины 8. Толкатель от проворачивания в корпусе зафиксирован сухарем 6. Кулачковый вал вращается в роликоподшипниках 50, установленных в крышках и прикрепленных к корпусу насоса. Осевой зазор .кулачкового вала регулируется прокладками 44. Величина зазора должна быть не более 0,1 мм.
Для увеличения подачи топлива плунжер поворачивают втулкой 10, соединенной через ось поводка с рейкой 15 насоса. Рейка перемещается в направляющих втулках 35. Выступающий ее конец закрыт пробкой 38. С противоположной стороны насоса находится винт, регулирующий подачу топлива всеми секциями насоса. Этот винт закрыт пробкой и запломбирован.
Топливо к насосу подводится через специальный штуцер, к которому болтом крепится трубка низкого давления. Далее по каналам в корпусе оно поступает к впускным отверстиям втулок 16 плунжеров.
На переднем торце корпуса, на выходе топлива из насоса установлен перепускной клапан 36, открытие которого происходит при давлении 0,6—0,8 кгс/см2. Давление открытия клапана регулируется подбором регулировочных шайб внутри пробки клапана.
Смазка насоса — циркуляционная, пульсирующая, под давлением от общей системы смазки двигателя.
Рисунок 8 - Схема системы питания двигателя топливом:
1- топливопровод высокого давления; 2 – ручной топливоподкачивающий насос; 3 – топливоподкачивающий насос низкого давления; 4- топливопровод к фильтру тонкой очистки; 5- топливный насос высокого давления; 6-топливопровод к электромагнитному клапану; 7- электромагнитный клапан; 8- сливной дренажный топливопровод форсунок правого ряда; 9- факельная свеча; 10- дренажный топливопровод насоса высокого давления; 11- фильтр тонкой очистки топлива; 12- подводящий топливопровод к насосу высокого давления; 13- дренажный топливопровод фильтра тонкой очистки топлива; 14-сливной топливопровод; 15- топливный бак; 16- топливопровод к фильтру грубой очистки; 17- тройник; 18- фильтр грубой очистки топлива; 19- сливной дренажный топливопровод форсунок левого ряда; 20- форсунка; 21-подводящий топливопровод к насосу низкого давления
3.3 Топливный насос высокого давления.
Топливный насос высокого давления рисунок 8 расположен в развале блока цилиндров двигателя и приводится в действие от шестерни распределительного вала. Он состоит из корпуса с нагнетательными секциями, кулачкового вала, топливоподкачивающего насоса с ручным подкачивающим насосом, регулятора частоты вращения коленчатого вала и автоматической муфты опережения впрыскивания топлива.
Устройство. Корпус 1 насоса имеет три полости, причем две верхние предназначены для установки нагнетательных секций и выполнены с развалом в два ряда под углом 75°. В нижней полости корпуса размещен кулачковый вал 26, хвостовик которого выходит из переднего торца корпуса и служит для закрепления автоматической муфты 28 опережения впрыскивания топлива. На заднем торце корпуса установлена крышка 36 регулятора частоты вращения коленчатого вала, в которой расположены топливоподкачивающий и ручной подкачивающий насос 13. Верхняя часть корпуса насоса высокого давления закрыта крышкой 31.
Каждая нагнетательная секция состоит из следующих основных частей: корпуса 8; гильзы 7 с плунжером 5, который имеет кинематическую связь с зубчатой рейкой 6; нагнетательного клапана 10 и деталей привода; уплотнения и крепления секции в корпусе. Плунжер каждой нагнетательной секции приводится в действие от соответствующего кулачка кулачкового вала 26, который вращается в роликовых подшипниках 25. Топливо к нагнетательным секциям подводится по продольным каналам в корпусе.
На хвостовике кулачкового вала, выходящем с заднего торца корпуса насоса, закреплена ведущая шестерня 24 регулятора частоты вращения коленчатого вала. Через промежуточную шестерню она зацеплена с ведомой шестерней регулятора, которая выполнена как одно целое с державкой 35 грузов. Муфта 33 регулятора упирается в палец 32, через который усилие грузов 34 при их расхождении может передаваться на рычаг регулятора, связанный с правой и левой зубчатыми рейками управления поворотом плунжеров. На верхней крышке 31 расположены рычаги управления регулятором, а также болты ограничения мощности и минимальной и максимальной частот вращения коленчатого вала.
Работа. При вращении кулачкового вала одновременно действуют топливоподкачивающий насос и нагнетательные секции. Эксцентрик 22 набегает на ролик 21 толкателя и поднимает поршень 16 топливо подкачивающего насоса, сжимая пружину 15 и вытесняя топливо из над поршневой полости через нагнетательный клапан в магистраль к фильтру тонкой очистки и далее — к нагнетательным секциям насоса высокого давления.
Обратное движение поршня происходит под действием пружины 15 и образуется разрежение, в результате чего открывается впускной клапан и топливо поступает в надпоршневую полость. Далее при следующем набегании эксцентрика поршень вытесняет топливо, и весь процесс! повторяется. Таким образом топливо поступает по каналам в корпусе! насоса через отверстие в гильзе 7 плунжера в надплунжерную полость каждой секции, когда плунжер находится в нижнем положении. При вращении кулачкового вала кулачок перемещает через роликовый толкатель 2 плунжер 5 вверх и, как только его кромка перекрывает входное отверстие в гильзе, топливо оказывается под давлением, открывает нагнетательный клапан 10 и поступает в топливопровод высокого давления к форсунке.
При дальнейшем поднятии плунжера давление топлива возрастает до 18 МПа, в результате чего игла форсунки открывается и происходит впрыскивание топлива. Перемещаясь далее вверх, плунжер своей винтовой кромкой открывает сливное отверстие в гильзе. С этого момента давление топлива резко падает и впрыскивание прекращается. При дальнейшем поворачивании кулачка плунжер проходит верхнее положение и начинает двигаться вниз под действием пружины. Надплунжерная полость вновь заполняется топливом, и весь процесс впрыскивания повторяется.
Количество впрыскиваемого топлива изменяется поворотом плунжера вокруг его оси с помощью зубчатой рейки. Положением рейки управляют через всережимный регулятор частоты вращения, который связан с педалью управления подачей топлива в кабине водителя.
Топливоподкачивающий насос рисунок 9 приводится в действие от эксцентрика 22 кулачкового вала. Основными деталями насоса являются корпус 18, поршень 16, пружина 15 поршня, шток 17 толкателя и толкатель 20 с роликом 21. В корпусе насоса имеются впускной и нагнетательный клапаны. С последним конструктивно связан ручной подкачивающий насос 13. Схема работы топливоподкачивающего насоса показана на рисунке 10.
Регулятор частоты вращения коленчатого вала — центробежный, прямого действия. Основным элементом регулятора являются грузы 34 рисунок 8, закрепленные на державке 35, приводимой в действие шестеренчатой передачей от кулачкового вала насоса. При вращении державки грузы под действием центробежных сил расходятся и давят на муфту 33, которая через систему рычагов воздействует на зубчатые рейки поворота плунжеров нагнетательных секций.
Рисунок 9 - Топливный насос высокого давления двигателя КамАз
1-корпус; 2-роликовый толкатель; 3-тарелка пружины роликового толкателя; 4,19- пружины роликового толкателя; 5- плунжер; 6- правая рейка; 7- гильза плунжера; 8- корпус секции; 9-прокладка нагнетательного клапана; 10- нагнетательный клапан; 11- штуцер; 12-фланец для крепления корпуса секции; 13 – ручной подкачивающий насос; 14-пробка пружины поршня; 15- пружина поршня; 16- поршень; 17- шток толкателя; 18- корпус топливоподкачивающего насоса; 20- цилиндрический толкатель; 21- ролик цилиндрического толкателя; 22- экцентрик привода топливоподкачивающего насоса; 23- фланец ведущей шестерни; 24-ведущая шестерня регулятора; 25- подшипник; 26- кулачковый вал; 27-самоподвижный сальник; 28-автоматическая муфта опережения впрыскивания; 29-пробка рейки; 30- перепускной клапан; 31- верхняя крышка; 32- палец; 33-муфта; 34-грузы; 35- державка грузов; 36- крышка регулятора
Работает регулятор следующим образом. При нажатии на рычаг 5 управления регулятором через пружину 9 и промежуточный рычаг 7 передается усилие на рейки поворота плунжеров, которые перемещают их в сторону увеличения подачи. Частота вращения коленчатого вала двигателя возрастает до тех пор, пока центробежные силы грузов не уравновесят силу натяжения пружины и не установится заданный скоростной режим.
Каждому положению рычага 5 соответствует определенная частота вращения коленчатого вала. Если нагрузка на двигатель при заданном положении рычага управления будет падать, то частота вращения коленчатого вала увеличивается, и возрастают центробежные силы грузов регулятора. Они становятся больше усилия натяжения пружины и перемещают рейки в сторону уменьшения подачи — в результате восстанавливается частота вращения вала, заданная рычагом управления.
Рисунок 10 - Схема работы топливоподкачивающего насоса
1-экцентрик привода насоса; 2- толкатель; 3-поршень; 4,5 – клапаны; 6 ручной подкачивающий насос
При увеличении нагрузки частота вращения коленчатого вала двигателя и центробежные силы грузов падают, что вызывает под действием относительно возросшего усилия пружины перемещение реек в сторону увеличения подачи. Таким образом, поддерживается заданный режим скорости при изменении нагрузки.
3.4 Описание структурной схемы
Рисунок 11 – Структурная схема разрабатываемой системы
ЦАП - цифровой аналоговый преобразователь
ЭМП - электромеханический регулятор
ТННД - топливный насос низкого давления
ГП – гидропривод
ЭГУ - электрогидроусилитель "сопло-магнитожидкостная заслонка"
ДП Рейка - датчик перемещения рейки
ДП - датчик частоты вращения
Рейка ТНВД - рейка топливного насоса высокого давления
Предложенная схема содержит: электрогидравлический исполнительный привод, который включает в себя двухкаскадный усилитель типа сопло-заслонка. Заслонка приводится в движение с помощью электромеханического преобразователя, на который подается электрический сигнал из блока управления через цифро-аналоговые преобразователи.
Двухкаскадный усилитель приводит в движение гидропоршень, шток которого связан с рейками ТНВД и с возвратной пружиной.
Обратную связь обеспечивают датчики: положения рейки ТНВД и датчик частоты вращения коленчатого вала. Питание усилителя обеспечивает шестеренчатым насосом, который запитывается от насоса низкого давления ТНВД. Рабочей жидкостью будет являться дизельное топливо.
Изм.
Лист
№ докум. Подпись
Дата
Лист
УИТС.423124.
163 ПЗ
