Тема: Исследование влияния микротекстурирования поверхности плунжера на гидромеханические характеристики трибосопряжения «втулка-плунжер» ТНВД
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
1 ОБЗОР РАБОТ В ОБЛАСТИ МИКРОТЕКСТУРИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ТРЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ МАШИН 9
1.1 Актуальные задачи энергетического и транспортного машиностроения в области повышения надёжности узлов трения 9
1.2 Обзор дизельных ТНВД 11
1.2.1 Рядные и V-образные ТНВД 11
1.2.2 Распределительный ТНВД 12
1.2.3 Насос-форсунка 13
1.2.4 Магистральный ТНВД 15
1.3 Результаты исследований в области микропрофилирования контактирующих поверхностей трибосопряжений 16
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ 22
2.1 Геометрия смазочного слоя 22
2.2 Геометрическая модель трибосопряжения «втулка-плунжер» 23
2.3 Уравнение Рейнольдса 24
2.4 Толщина смазочного слоя 24
2.5 Уравнения движения 27
3 МИКРОГЕОМЕТРИЯ ПЛУНЖЕРНОЙ ПАРЫ ТНВД 28
4 ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛУНЖЕРНОЙ ПАРЫ ТНВД 31
4.1 Изменение параметров микрогеометрии 31
4.2 Наилучшие параметры микрогеометрии для снижения потерь на трение 44
4.3 Дополнительные положительные эффекты микротекстурирования 48
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 52
ПРИЛОЖЕНИЕ 57
📖 Введение
В ходе выполнения данной работы были выполнены следующие задачи:
1. разработано программное обеспечение, позволяющее определить изменение гидродинамических характеристик трибосопряжения «втулка-плунжер» при различных параметрах микрогеометрии на контактирующих поверхностях данного ТС.
2. Выполнены множественные исследования параметров микрогеометрии для определения наиболее эффективной комбинации этих параметров, позволяющих заметно снизить потери на трение в ТС «втулка-плунжер».
Конкретной целью при выполнении работ был поиск наиболее эффективных комбинаций параметров микрогеометрии.
Сегодня снижение трения является ключевой задачей современного машиностроения. Снижение трения необходимо чтобы машины и механизмы имели высокий коэффициент полезного действия (КПД), надежность, экономичность и легкость в эксплуатации. Основным источником потери энергии и поломок механических систем является износ, вызванный трением. С глобальной точки зрения, трение двигателя представляет собой незначительную часть потерь мощности, которая определяет его КПД.
В поршневых двигателях внутреннего сгорания тратится примерно 30% энергии для преодоления потерь на трение [1, 2].
Наибольший процент КПД потребляется следующими узлами двигателя:
- 45% (38–68%) в цилиндро–поршневой группе (ЦПГ);
- 30% (20–44%) в подшипниках и уплотнениях (гидродинамическая смазка);
- 15% (3–34%) в механизме газораспределения (смешанная смазка);
- 10% за счет подачи смазки в узлы и гидравлических вязких потерь используемого масла.
Тщательно подобранная геометрия микротекстур c благоприятным относительным движением смазанных поверхностей в точках контакта может улучшить трибологические характеристики. Это поспособствует уменьшению потерь на трение в двигателе и создаст следующие улучшения:
- увеличение мощности двигателя;
- повышение топливной экономичности;
- снижение вредных выбросов выхлопных газов;
- снижение требований к техническому обслуживанию и более продолжительные интервалы обслуживания [3].
Повышение прочности, надежности и ресурса двигателя.
Потенциал учета микронеровностей в улучшении трибологических свойств узлов трения является одним из ключевых моментов в обеспечении гидродинамического режима трения ТС.
Цели микропрофилирования:
- снижения износа ТС;
- повышение несущей способности ТС;
- снижение трения в ТС;
- повышение несущей способности ТС;
- повышения надежности;
- повышение экономичности узлов трения.
Сегодня, текстурирование поверхностей трения гидродинамических трибосопряжений является одним из перспективных способов микропрофилирования и представляет собой создание регулярного микропрофиля на поверхности в виде, какой-либо рельефной трехмерной текстуры изображения, полученной с помощью лазера или иным способом.
Текстурирование поверхности способствует гидродинамическим эффектам. По мере приближения потока смазки к неровности давление увеличивается, в результате создается дополнительная несущая способность, что позволяет улучшить условия работы трибосопряжения и увеличить его ресурс.
Известен также вторичный смазывающий эффект, действующий в режиме смешанной смазки. Жидкость, находящаяся в нижней части микрорельефа, может рассматриваться как вторичный источник смазки, появляющийся в результате относительного перемещения поверхностей, что уменьшает трение в контакте [4].
Плунжерный насос является ключевым компонентом при определении давления впрыска топлива, которое напрямую влияет на качество смеси внутри камеры сгорания и имеет большое значение для определения КПД двигателя, в частности его топливной экономичности, а также выбросов вредных веществ и шума [5]. Повышение давления топлива в верхней части плунжерной камеры в сочетании с регулярно меняющейся скоростью требует улучшенных характеристик смазки плунжерной пары [6]. При высоком давлении топлива и большой нагрузке трение и износ плунжера увеличиваются, а условия смазки ухудшаются. Между тем, эксцентрический фреттинг и наклон усложняют процесс смазки плунжера. Поэтому проблему смазки и износа следует решать одновременно [7–8].
✅ Заключение
Были выполненные множественные измерительные эксперименты, позволяющие оценить влияние параметров микрогеометрии на гидромеханические характеристики трибосопряжения «втулка-плунжер» (плунжерной пары) топливного насоса высокого давления. Полученные результаты свидетельствуют о следующем:
- Диаметр микроямок. Уменьшение диаметра микроямок позволяет снизить потери на трение. Наименьшие потери на трение были получены при диаметре микроямок равным 25 мкм. Это позволило снизить потери, вызванные трением, на 6,4% и увеличить давление смазочного слоя на 17,7%, что положительно сказывается на несущей способности смазочного слоя, толщина смазочного слоя при этом была увеличена на 0,7%.
- Глубина микроямок. С увеличением глубины микроямок снижаются потери на трение. Наименьшие потери на трение достигаются при глубине микроямок равной 25 мкм, однако это приводит к сильному росту давления смазочного слоя. При этом Давление смазочного слоя, при глубине микроямок равной 10 мкм, ниже давления смазочного слоя при глубинах 5 и 25 мкм на 6,65%. При глубине микроямок равной 10 мкм потери на трение были снижены на 12,5%, а давление и толщина смазочного слоя возросли на 46% и 2,76% соответственно.
- Плотность микроямок. С ростом числа микроямок, было замечено снижение потерь на трение. Наименьшие потери на трение были достигнуты при плотности 60% и составили 532,29 Вт, что на 17,63% ниже по сравнению с гладкой поверхностью плунжера, так же были увеличены давление и толщина смазочного слоя на 44,7% и 1,38% соответственно. Стоит так же отметить, что при плотности в 40% сильно возросло давление смазочного слоя, превысив давление нетекстурированой плунжерной пары на 58,8%.
- Область текстурирования. Результаты сильно разнятся от выбранной области текстурирования. Наименьшие потери на трение были получены при полном текстурировании поверхности плунжера. В данном случае потери на трение снизились на 15,48%, но при этом сильно возросло давление смазочного слоя, превысившее давление в плунжерной паре без микрогеометрии на 71,76%. При текстурировании нижней части плунжера (от 27 до 55 мм его высоты) наблюдается снижение потерь на трение на 13,2%, что меньше чем при полностью текстурированном плунжере, но при этом давление смазочного слоя возросло только на 24,7%. Стоит так же отметить, что при текстурировании верхней части плунжера (от 0 до 27 мм его высоты) наблюдается снижение потерь, вызванных трением, на 4,8% и снижение давления смазочного слоя на 9,4%, при этом толщина смазочного слоя увеличилась на 18,6%.
По результатам исследования, наибольшее влияния на гидродинамические характеристики трибосопряжения «втулка-плунжер» оказывает область расположения микроямок, наименьшее влияние оказывает диаметр микроямок.



