Топливная система двигателя CAT C32. Схема топливоподачи двигателя С32. Электронно-управляемая насос-форсунка, страница 2

Стенд работает следующим образом. При включении электродвигателя начинает вращаться кулачковый вал и вместе с ним шестеренный насос, создавая давление для подкачки топлива в корпус стенда. За счет вращения кулачка и работы коромысла, толкатель плунжера сжимает топливо (давление около 140 МПа). Когда эксцентрик кулачка становится в верхнее положение, срабатывает датчик положения и скорости вращения кулачкового вала и посылает сигнал на ЭБУ. ЭБУ, в свою очередь подает сигнал на соленоид насос-форсунки, который открывает подачу топлива к соплу форсунки и топливо поступает в мерную емкость.

Процесс повторяется в течение одной минуты. Количество циклов за одну минуту – 750, что соответствует номинальной частоте электродвигателя.

Зная сколько топлива должно находиться в меной емкости и сравнивая результат с эталонным количеством можно судить о работоспособности насос-форсунки.

Для выбора электродвигателя для данного стенда необходимо определить с какой силой кулачок должен толкать коромысло. Для этого сделаем расчет пружины насос-форсунки и расчет силы давления на плунжер.

4.3  Расчет сил пружины, давления плунжера и выбор электродвигателя

Для расчета пружины необходимо найти рабочий ход пружины.

Рисунок 4.5 – Схема распределения длин коромысла

Из рисунка 4.5 видно, что рабочий ход пружины будет равен (упрощенно) , мм:

,                                            (4.1)

,                                                   (4.2)

где  - эксцентриситет кулачка, мм [7];  - длина от места касания кулачка до центра оси коромысел, мм [7];  - длина от центра оси коромысел до места касания коромысла с насос-форсункой, мм [7].

мм.

Расчет пружины сводится к получению сил на сжатие при работе механизма.

Исходные данные для расчета:

- класс пружины – III [29];

- разряд пружины – 2 [29];

- рабочий ход пружины, мм;

- наружный диаметр пружины, мм;

- диаметр проволоки, мм;

- полное число витков пружины, ед.;

- длина пружины при предварительной деформации (при правильной настройке насос-форсунки), мм [7]

Число рабочих витков пружины находится по формуле , ед.[29]:

,                                                   (4.3)

где  - число опорных витков, ед.

ед.

Жесткость пружины определяется по формуле , Н/мм [29]:

,                                                          (4.4)

где  - жесткость одного витка пружины, Н/мм [29].

Н/мм.

Максимальная деформация пружины , мм [29]:

,                                                       (4.5)

где  - сила пружины при максимальной деформации, Н [29].

мм.

Длина пружины при максимальной деформации , мм [29]:

,                                       (4.6)

где  - число обработанных витков, ед.

мм.

Длина пружины в свободном состоянии , мм [29]:

,                                                   (4.7)

мм.

Предварительная деформация , мм [29]:

,                                                    (4.8)

мм.

Сила пружины при предварительной деформации , Н [29]:

,                                                     (4.9)

Н.

Длина пружины при рабочей деформации , мм:

,                                                   (4.10)

мм.

Рабочая деформация пружины находится по формуле , мм [29]:

,                                                   (4.11)

мм.

Сила пружины при рабочей деформации (соответствует наибольшему принудительному перемещению подвижного звена в механизме) , Н [29]:

,                                                   (4.12)

Н.

Насос-форсунка должна создавать давление в 140 МПа. Рассчитаем силу, которую нужно приложить, для создания такого давления.

Площадь поверхности давления находится по формуле ,м²:

,                                               (4.13)

где  - диаметр плунжера, м [7].

м².

Сила давления плунжера равна , Н:

,                                             (4.14)

где  = давление, которое необходимо создать, Па.

Н.

Суммарная сила со стороны насос-форсунки равна , Н:

,                                          (4.15)

На рисунке 4.6 представлена схема сил и моментов действующих на коромысло.

Рисунок 4.6 – Схема сил и моментов, действующих на коромысло

При условии баланса сил получаем:

,                     (4.16)

где - сила давления кулачка на коромысло, Н.

Из формулы (4.13) получаем:

,                                          (4.17)

Н.

С силой Н кулачок должен толкать коромысло, для обеспечения работы насос-форсунки.

Момент вращения кулачкового вала равен , Н·м:

,                                             (4.18)

Н·м.

Задаемся скоростью вращения кулачкового вала, об/мин. Мощность вращения кулачкового вала равна ,Вт:

,                                            (4.19)

где  - угловая скорость вращения вала, рад/с:

,                                                     (4.20)

рад/с.

Вт.

По полученной мощности выбираем электродвигатель.

Принимаем электродвигатель АИР132М4 со следующими техническими характеристиками:

- мощность электродвигателя, кВт;

- синхронная частота вращения,  об/мин;

- ток статора, А;

- КПД, %;

- коэффициент мощности, ;

- масса, кг.