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摘要:以農(nóng)用增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)故障進(jìn)行分析,確定發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)濾清器破裂的主要原因是調(diào)節(jié)閥打開和關(guān)閉過程中油道內(nèi)的壓力波動(dòng)。為此,通過調(diào)節(jié)閥門設(shè)計(jì)參數(shù),改善調(diào)節(jié)閥動(dòng)作過程中油道內(nèi)的的壓力波動(dòng),從而降低濾清器破裂概率。分析結(jié)果表明:當(dāng)潤(rùn)滑系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥采用濾清器前端泄壓、感應(yīng)孔直徑為8mm、設(shè)定3個(gè)承壓面時(shí),潤(rùn)滑系統(tǒng)主油道內(nèi)的壓力波動(dòng)范圍明顯縮小,同時(shí)閥芯位移波動(dòng)范圍較小。
關(guān)鍵詞:增壓式發(fā)動(dòng)機(jī);潤(rùn)滑系統(tǒng);調(diào)節(jié)閥;壓力波動(dòng)
0引言
增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中具有廣泛的應(yīng)用,其潤(rùn)滑系統(tǒng)能夠有效地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻,防止發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件生銹,同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)件及流道進(jìn)行清洗[1]。增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由機(jī)油泵、機(jī)油冷卻器及機(jī)油濾芯組成,還包含冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件。增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑過程中,主油道當(dāng)中必須有一定的壓力,使機(jī)油能夠傳輸至潤(rùn)滑面位置[2-3]。增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)在工作一段時(shí)間后,機(jī)油濾清器會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,主要原因是油路當(dāng)中壓力波動(dòng),造成機(jī)油濾清器疲勞開裂[4-5]。為此,筆者對(duì)增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行仿真分析,對(duì)比不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)性能影響,進(jìn)行增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)優(yōu)化,旨在為發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)調(diào)整提供參考依據(jù)。
1增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)
為了調(diào)整增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù),對(duì)該增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行分析。表1為發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù),圖1為增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速條件下的泵后壓力、濾清器前端壓力、濾清器后端壓力以及主油道壓力進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如表2所示。測(cè)試結(jié)果表明:當(dāng)增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1200r/min時(shí),潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)不同位置的壓力測(cè)試結(jié)果波動(dòng)較大,在該轉(zhuǎn)速條件下產(chǎn)生的壓力波動(dòng)沖擊易造成發(fā)動(dòng)機(jī)濾清器疲勞開裂。
2潤(rùn)滑系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比
增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)油道內(nèi),油路沿程阻力導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)油壓降低,壓力沿程波動(dòng)逐漸減少,因此不會(huì)導(dǎo)致機(jī)油濾清器的破裂[6]。進(jìn)入機(jī)油濾清器前,主油道截面面積變化較大,機(jī)油泵后端油壓會(huì)發(fā)生較小的波動(dòng),但不會(huì)導(dǎo)致機(jī)油濾清器破裂。機(jī)油濾清器發(fā)生破裂的主要原因是潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)部閥門運(yùn)動(dòng)引起的壓力波動(dòng)[7-9]。在增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)部,能夠引起壓力波動(dòng)的因素是油道內(nèi)調(diào)壓閥的開啟和關(guān)閉。當(dāng)潤(rùn)滑系統(tǒng)主油道內(nèi)部壓力較大時(shí),調(diào)壓閥開啟,使主油道內(nèi)的潤(rùn)滑油卸出,保持潤(rùn)滑系統(tǒng)整個(gè)油道內(nèi)的壓力處于正常范圍內(nèi)[10-11]。潤(rùn)滑系統(tǒng)調(diào)壓閥改進(jìn)主要有3種方案:第1種方案是保持油道調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)不變,通過改變調(diào)壓閥感應(yīng)孔直徑,分析潤(rùn)滑系統(tǒng)主油道內(nèi)油壓波動(dòng)特性;第2種方案是改變油道內(nèi)調(diào)壓閥結(jié)構(gòu),使油道內(nèi)潤(rùn)滑油的泄出由濾清器前端調(diào)整為濾清器后端,取消感應(yīng)孔,改變彈簧剛度,分析潤(rùn)滑系統(tǒng)主油道內(nèi)油壓波動(dòng)特性;第3種方案是保持調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)不變,保持濾清器前端泄壓,感應(yīng)孔直徑為8mm,分析潤(rùn)滑系統(tǒng)主油道內(nèi)油壓波動(dòng)特性[12]。第1種方案設(shè)定調(diào)壓閥感應(yīng)孔直徑分別為8、4、2mm,對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)部濾清器前端壓力、濾清器后端壓力及閥芯位移進(jìn)行仿真分析。調(diào)壓閥感應(yīng)孔直徑與濾清器前端壓力關(guān)系曲線如圖2所示,調(diào)壓閥感應(yīng)孔直徑與濾清器后端壓力關(guān)系曲線如圖3所示,調(diào)壓閥感應(yīng)孔直徑與調(diào)壓閥位移關(guān)系曲線如圖4所示。由圖2可以看出:當(dāng)調(diào)壓閥感應(yīng)孔直徑為8mm時(shí),油道內(nèi)壓力最大波動(dòng)范圍為800kPa;當(dāng)調(diào)壓閥感應(yīng)孔直徑為4mm時(shí),油道內(nèi)壓力最大波動(dòng)范圍為680kPa;當(dāng)調(diào)壓閥感應(yīng)孔直徑為2mm時(shí),油道內(nèi)壓力波動(dòng)范圍為600kPa。數(shù)據(jù)表明,單獨(dú)降低調(diào)壓閥感應(yīng)孔直徑,無(wú)法有效地改善潤(rùn)滑系統(tǒng)油道內(nèi)壓力波動(dòng)。第2種方案設(shè)定調(diào)壓閥彈簧剛度及彈簧變形變化。剛度為4900N/m時(shí),變形量29.5mm;剛度為6000N/m時(shí),變形量27.8mm;剛度為6300N/m時(shí),變形量為27.6mm。對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)部濾清器前端壓力、濾清器后端壓力以及閥芯位移進(jìn)行仿真分析。圖5為彈簧參數(shù)與濾清器前端壓力關(guān)系曲線,圖6為彈簧參數(shù)與濾清器后端壓力關(guān)系曲線,圖7為調(diào)彈簧參數(shù)由圖5~圖7可以看出:3種彈簧參數(shù)條件下,主油道內(nèi)油壓最大波動(dòng)范圍約為600kPa。因此,單獨(dú)調(diào)整彈簧參數(shù),對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)油道內(nèi)壓力波動(dòng)的改善不明顯。第3種方案持調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)不變,保持濾清器前端泄壓,感應(yīng)孔直徑為8mm,采用3個(gè)承壓面,對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)部濾清器前端壓力、濾清器后端壓力以及閥芯位移進(jìn)行仿真分析。圖8為方案3前端壓力關(guān)系曲線,圖9為方案3濾清器后端壓力關(guān)系曲線,圖10為方案3調(diào)壓閥位移關(guān)系曲線。由圖8~圖10可以看出:該方案條件下,油道內(nèi)濾清器前端和濾清器后端的油壓波動(dòng)范圍小,閥芯位移變化范圍較小。
3試驗(yàn)
3種設(shè)計(jì)方案對(duì)比統(tǒng)計(jì)如表3所示。由表3可以看出,方案3能夠有效地降低油道內(nèi)壓力波動(dòng)范圍。因此,采用第3種優(yōu)化方案進(jìn)行增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì),并進(jìn)行分析試驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速條件下的泵后壓力、濾清器前端壓力、濾清器后端壓力以及主油道壓力進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如表4所示。4結(jié)論增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)中濾清器破裂的主要原因是油道的內(nèi)壓力波動(dòng),壓力波動(dòng)的主要原因是調(diào)壓閥的打開和關(guān)閉。通過改進(jìn)優(yōu)化,將調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)改變?yōu)闉V清器前泄壓、8mm感應(yīng)孔、3個(gè)承壓面,可有效地改善油道內(nèi)壓力波動(dòng),降低濾清器破裂概率。
作者:謝榮飛 單位:長(zhǎng)春汽車工業(yè)高等專科學(xué)校