Разработка технологического процесса ремонта топливного насоса высокого давления автомобиля КамАЗ-5320 и приспособления для опрессовки плунжерных пар
К У Р С О В А Я РАБОТА
Тема: «Разработать ТП ремонта ТНВД автомобиля КамАЗ-5320 и приспособление для опрессовки плунжерных пар»
Введение
Основной задачей автотранспорта является полное и своевременное удовлетворение потребностей в перевозке и доставке народнохозяйственных грузов на основе повышения качества и мощности работы всей транспортной системы.
Эффективность работы автомобильного транспорта базируется на надежности подвижного состава, которая обеспечивается в процессе его производства, эксплуатации и ремонта, а именно:
- совершенством конструкции и качеством изготовления;
- своевременным и качественным выполнением технического обслуживания и ремонта;
- своевременным обеспечением и использованием нормативных запасов материалов и запасных частей высокого качества и необходимой номенклатуры;
- соблюдением государственных стандартов и правил технической эксплуатации.
Нормативы технического обслуживания и ремонта, учитывающие условия эксплуатации, установлены на основе межотраслевой оценки достигнутого уровня надежности производимого в стране подвижного состава. Организации и предприятия автомобильной и смежных отраслей промышленности:
- проводят единую политику и несут ответственность за технический уровень и качество выпускаемой продукции, за наиболее полное удовлетворение потребностей автомобильного транспорта страны в необходимом подвижном составе, запасных частях, эксплуатационных материалах высокого качества и надежности, требуемого типажа и номенклатуры, приспособленных к различным условиям эксплуатации и в количествах в соответствии с установленными нормативами;
- проводят мероприятия по повышению надежности подвижного состава, снижению трудовых и материальных затрат на техническое обслуживание и ремонт;
- проводят унификацию подвижного состава с целью сокращения количества технологически совместимых групп на автотранспортных предприятиях;
- в случае необходимости разрабатывают конструкции, изготовляют образцы и организуют промышленное производство нестандартного оборудования, оснастки и специального инструмента для технического обслуживания и ремонта конкретных семейств подвижного состава;
- применяют непосредственное участие в освоении автомобильного транспорта подвижного состава новых моделей путем своевременного обеспечения автотранспортных и авторемонтных предприятий технической документации, образцами нестандартного оборудования, оснастки специального инструмента, запасными частями и эксплуатационными материалами, необходимыми для организации технического обслуживания и ремонта;
- организуют или содействуют организации на промышленной основе капитального ремонта агрегатов и узлов конкретных семейств подвижного состава и восстановление отказавших деталей в качестве товарной продукции;
- осуществляют мероприятия по рациональному использованию топливно-энергетических ресурсов и защите окружающей среды при работе автомобильного транспорта;
- содействуют созданию единой информационной базы на основе опорных автотранспортных и авторемонтных предприятий, необходимой для управления надежностью подвижного состава.
Организационно-техническая перестройка АРП в последние годы ускорилась в связи с изменением социально - экономических условий хозяйствования в нашей стране. Наряду с развитием традиционных ведомственных и самостоятельных АРП производственные объединения автомобильной промышленности создали и развивают фирменные системы обслуживания и ремонта автомобилей новых моделей. Наиболее развитой в нашей стране является фирменная система акционерного общества КамАЗ. Она имеет в своем составе около 200 автоцентров и 4 завода по ремонту агрегатов КамАЗ. В период наибольшего развития годовая производственная программа завода по ремонту двигателей в г. Набережные Челны достигла 50 тыс. двигателей, что не уступает лучшим зарубежным ремонтным заводам. Такая программа позволяет применить высокопроизводительное технологическое оборудование и достигать высокого качества ремонта.
В данном курсовом проекте мы исследуем топливную систему автомобиля КамАЗ-5320, определяем возможные неисправности топливной аппаратуры и в частности подробно рассматриваем ТНВД. Составляем схему технологического процесса, для более быстрого определения последовательности ремонтных работ, проводим анализ работ по ТБ и охране труда при ремонте топливной аппаратуры в условиях АТП, а также выбираем приспособление, которое позволит упростить процесс опрессовки плунжерных пар ТНВД. Применение приспособления (установки) позволит повысить точность и производительность работы топливного насоса.
1. Исследовательская часть
1.1 Характеристика агрегата
Топливный насос высокого давления предназначен для подачи в цилиндры двигателя в определенные моменты времени строго дозированных порций топлива под высоким давлением.
ТНВД автомобиля КамАЗ - двухрядный, V - образный, в корпусе установлено восемь секций по четыре секции в каждом ряду.
Насосная секция включает в себя плунжерную пару, толкатель, кулачок вала топливного насоса и нагнетательный клапан. Основа секции - плунжерная пара. Она состоит из втулки и перемещающегося внутри нее плунжера.
Втулка плунжера изготовлена из легированной стали. Во время работы в плунжерной паре создается высокое давление топлива. Плунжер с большой точностью притирается к гильзе, зазор между ними в десятки раз тоньше человеческого волоса (0,001…0,002 мм). Втулка выполнена с утолщением в верхней части, в котором имеется два противоположных боковых отверстия. Верхнее впускное отверстие служит для заполнения надплунжерного пространства топливом, а нижнее перепускное отверстие для перепуска топлива. Оба отверстия втулки соединены с П - образным каналом топливного насоса. В верхней части плунжера находится соединенные осевой и боковой каналы, а также отсеченный паз, который выполнен по винтовой линии. С его помощью можно менять порции подаваемого топлива без изменения общего хода плунжера. Кольцевая выточка в средней части плунжера служит для равномерного распределения по гильзе дизельного топлива, выполняющего в данном случае роль смазки.
В нижней части плунжера имеются выступ и выточка. Выступ входит в пазы поворотной втулки на которой помещен зубчатый венец соединенный с рейкой насоса. Зубчатый венец крепят к втулке винтом. Нижнюю выточку используют для закрепления в нем тарелки пружины, которая необходима для перемещения плунжера вниз. Плунжер перемещается вверх под действием толкателя, который получает движение от кулачка валика топливного насоса.
Чтобы обеспечить четкое начало и окончание подачи топлива в цилиндр, на гильзу устанавливают нагнетательный клапан состоящий из седла и точно подогнанного к нему стержня клапана. Под усилием пружины клапан плотно закрывает выход к форсунке.
Корпус насоса изготовлен из сплава алюминия АЛ9 и представляет собой монолитную конструкцию с несъемной головкой. В верхней части корпуса имеются вертикальные расточки для установки секций топливного насоса. В нижней половине корпуса насоса размещен кулачковый вал вращающийся в конических роликовых подшипниках, установленных в прикрепленных к корпусу насоса крышках. Осевой зазор в конических подшипниках устанавливают подбором регулировочных прокладок.
Масло для смазывания деталей топливного насоса подается под давлением из общей смазочной системы двигателя.
Работа насоса происходит следующим образом: при вращении кулачкового вала 44, кулачок через роликовый толкатель 29, поднимает плунжер 11, вверх и происходит ход нагнетания. Когда воздействие кулачка прекратится, плунжер 11, и толкатель 29, под действием пружины 8, придут в нижнее положение, при котором оба всасывающих отверстия во втулке будут открыты и через них топливо из топливной камеры заполнит пространство над плунжером. При движении плунжера 11, вверх, топливо из втулки вытесняется обратно в камеру до тех пор, пока плунжер не перекроет всасывающее отверстие. После этого начнется нагнетание топлива через нагнетательный клапан 19, и трубопровод высокого давления в форсунку. Конец нагнетания наступит в момент, когда винтовая кромка плунжера дойдет до правого всасывающего отверстия. При этом вертикальный паз сообщит пространство над плунжером с топливной камерой, давление над плунжером упадет и при дальнейшем ходе плунжера нагнетания уже не будет.
Рисунок 1 - Топливный насос высокого давления.
Рисунок 1: корпус - 1; 2 - ролик толкателя; 3 - ось ролика; 4 - втулка ролика; 5 - пята толкателя; 6 - сухарь; 7 - тарелка пружины толкателя; 8 - пружина толкателя; 9, 34, 43, 45, и 51 - шайбы; 10 - поворотная втулка; 11 - плунжер; 12, 13, 46 - уплотнительные кольца; 14 - установочный штифт; 15 - рейка; 16 - втулка плунжера; 17 - корпус секции; 18 - прокладка нагнетательного клапана; 19 - нагнетательный клапан; 20 - штуцер; 21 - фланец корпуса секции; 22 - топливоподкачивающий ручной насос; 23 - пробка пружины; 24 и 48 - прокладки; 25 - корпус насоса низкого давления; 26 - топливоподкачивающий насос низкого давления; 27 - втулка штока; 23 - пружина толкателя; 29 - толкатель; 30 - стопорный винт; 31 - ось ролика; 32 - ролик толкателя; 33 и 52 - гайки; 35 - эксцентрик привода насоса низкого давления; 36 и 50 - шпонки; 37 - фланец шестерни регулятора; 38 - сухарь шестерни регулятора; 39 - шестерня регулятора; 40 - упорная втулка; 41 и 49 крышки подшипников; 42 - роликовый подшипник; 44 - кулачковый вал; 47 - манжета с пружиной; 53 - муфта опережения впрыскивания топлива; 54 - пробка рейки; 16 - перепускной клапан; 57 - втулка рейки; 58 - ось рычага реек; 59 - регулировочная прокладка.
Регулятор частоты вращения - всережимный, прямого действия, изменяет количество топлива, подаваемого в цилиндр, в зависимости от нагрузки, поддерживая заданную частоту.
Регулятор размещен в развале корпуса ТНВД. На кулачковом валу насоса установлена ведущая шестерня 21 (рис. 2) регулятора, вращение на которую передается через резиновые сухари 22. Ведомая шестерня выполнена как одно целое с державкой 9 грузов, вращающейся на двух шарикоподшипниках.
При вращении державки грузы 13, качающиеся на осях 10, под действием центробежных сил расходятся и через упорный подшипник 11 перемещают муфту 12. Муфта, упираясь в палец 14, в свою очередь перемещает рычаг 33 муфты грузов. Рычаг одним концом закреплен на оси 34, а другим через штифт соединен с рейкой 28 топливного насоса. На двигатели установлен регулятор частоты вращения с корректором дымности, который встроен в рычаг муфты грузов. Корректор, уменьшая подачу топлива, позволяет снизить дымление двигателя на малой частоте (1000-1400 об/мин) вращения коленчатого вала. Во время работы регулятора в заданном режиме центробежные силы грузов уравновешены усилием пружины 27. При увеличении частоты вращения коленчатого вала грузы регулятора, преодолевая сопротивление пружины 27, перемещают рычаг 33 с репкой топливного насоса и подача топлива уменьшается.
Рисунок 2 - Регулятор частоты вращения: 1 - задняя крышка; 2 - гайка; 3 - шайба; 4 - подшипник; 5 - регулировочная прокладка; 6 - промежуточная шестерня; 7 - прокладка задней крышки регулятора; 8 - стопорное кольцо; 9 - державка грузов; 10 - ось груза; 11 - упорный подшипник; 12 - муфта; 13 - груз; 14 - палец; 15 - корректор; 16 - возвратная пружина рычага останова; 17 - болт; 18 - втулка; 19 - кольцо; 20 - рычаг пружины регулятора; 21 - ведущая шестерня; 22 - сухарь ведущей шестерни; 23 - фланец ведущей шестерни; 24 - ограничивающая гайка; 25 - регулировочный болт подачи топлива; 26 - рычаг стартовой пружины; 27 - пружина регулятора; 28 - рейка; 29 - стартовая пружина; 30 - штифт; 31 - рычаг реек; 32 - рычаг регулятора; 33 - рычаг муфты грузов; 34 - ось рычагов регулятора; 35 - болт крепления верхней крышки.
При уменьшении частоты вращения коленчатого вала центробежная сила грузов уменьшается, рычаг 32 регулятора с рейкой топливного насоса под действием усилия пружины перемещается в обратном направлении, и подача топлива, и частота вращения коленчатого вала увеличиваются.
Подача топлива выключается поворотом рычага 3 останова (см. рис. 3) до упора в болт 6. При этом рычаг 3, преодолев усилие пружины 27 (см. рис. 2), через штифт 30 повернет рычаги 32 и 33, рейка переместится до полного выключения подачи топлива.
Рисунок 3 - Крышка регулятора частоты вращения
Рисунок 3 - Крышка регулятора частоты вращения: 1 - рычаг управления подачей топлива (регулятором); 2 - болт ограничения минимальной частоты вращения; 3 - рычаг останова; 4 - пробка заливного отверстия; 5 - болт регулировки пусковой подачи; 6 - болт ограничения хода рычага останова; 7 - болт ограничения максимальной частоты вращения.
При снятии усилия с рычага останова под действием пружины 16 рычаг возвратится в рабочее положение, а стартовая пружина 29 через рычаг 31 вернет рейку топливного насоса в положение, обеспечивающее максимальную подачу топлива, необходимую для пуска.
Топливоподкачивающим ручным насосом система заполняется топливом и из нее удаляется воздух. Насос поршневого типа закреплен на фланце топливного насоса низкого давления уплотнительной медной шайбой и состоит из корпуса, поршня, цилиндра, рукоятки в сборе со штоком, опорной тарелки и уплотнения.
Топливную систему прокачивают движением рукоятки со штоком и поршнем вверх-вниз. При движении рукоятки вверх в подпоршневом пространстве создается разрежение. Впускной клапан, сжимая пружину, открывается, и топливо поступает в полость А топливного насоса низкого давления. При движении рукоятки вниз нагнетательный клапан открывается и топливо под давлением поступает в нагнетательную магистраль.
После прокачки рукоятку наворачивают на верхний резьбовой хвостовик цилиндра. При этом поршень прижимается к резиновой прокладке и уплотняет всасывающую полость топливного насоса низкого давления.
Автоматическая муфта опережения впрыска топлива (рис. 4) изменяет начало подачи топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Применение муфты обеспечивает оптимальное для рабочего процесса начало подачи топлива по всему диапазону скоростных режимов, чем достигается необходимая экономичность и приемлемая жесткость процесса в различных скоростных режимах работы двигателя.
Рисунок 4 - Автоматическая муфта опережения впрыска топлива: 1 - ведущая полумуфта; 2, 4 - манжеты; 3 - втулка ведущей полумуфты; 5 - корпус; 6 - регулировочные прокладки; 7 - стакан пружины; 8 - пружина; 9, 15 - шайбы; 10 - кольцо; 11 - груз с пальцем; 12 - проставка с осью; 13 - ведомая полумуфта; 14 - уплотнительное кольцо; 16 - ось грузов.
При увеличении частоты вращения коленчатого вала грузы под действием центробежных сил расходятся, вследствие чего ведомая полумуфта поворачивается относительно ведущей полумуфты в направлении вращения кулачкового вала, что вызывает увеличение угла опережения впрыска топлива. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала грузы под действием пружин сходятся, ведомая полумуфта поворачивается вместе с валом насоса в сторону, противоположную направлению вращения вала, что вызывает уменьшение угла опережения подачи топлива.
1.2 Технико-экономическое обоснование проекта
Исследования ремонтного фонда (агрегатов, в том числе и топливный насос высокого давления поступающих в ремонт) показали, что в среднем около 20% деталей утильных, 25…40% - годных, а остальные 40…55% - можно восстановить. Даже процент утильных деталей можно значительно снизить на АРП, если оно будет располагать эффективными способами деффектации и восстановления.
Технологии восстановления деталей относят к разряду наиболее ресурсосберегающих, так как по сравнению с изготовлением новых деталей сокращаются затраты (на 70%). Основным источником экономии ресурсов являются затраты на материалы. Средние затраты на материалы при изготовлении деталей составляют 38%, а при восстановлении - 6,6% от общей себестоимости. Для восстановления работоспособности изношенных деталей требуется в 5…8 раз меньше технологических операций по сравнению с изготовлением новых деталей.
Несмотря на рентабельность, трудоемкость восстановления деталей еще неоправданно высока и даже на крупных ремонтных предприятиях в среднем до 1,7 раз больше трудоемкости изготовления одноименных деталей на автомобильных заводах.
Мелкосерийный характер производства, использование универсального оборудования, частые его переналадки, малые партии восстанавливаемых деталей затрудняют возможность значительного снижения трудоемкости отдельных операций.
2. Технологическая часть
В топливном насосе высокого давления чаще всего может происходить заедание рейки, поломка или ослабление пружины перепускного клапана, попадание грязи между седлом и клапаном, износ или зависание плунжерных пар и нагнетательных клапанов и др.
2.1 Разборка топливного насоса высокого давления
Разборку ТНВД необходимо проводить в следующем порядке:
- вывернуть винты крепления задней крышки регулятора частоты вращения и снять крышку в сборе с насосом низкого давления;
- снять автоматическую муфту опережения впрыска топлива, используя приспособление И-801.16.000. Сначала отвернуть гайку 2 (рис. 5, а) крепления муфты. Для этого вставить отвертку 4 в паз гайки и, удерживая муфту 1 от вращения, ключом 3 отвернуть гайку. Затем, вворачивая в муфту съемник 5 (см. рис. 5, б), снять муфту;
Рисунок 5 - Использование приспособления И-801.16.000: а - для отворачивания гайки крепления муфты, опережения впрыска топлива; б - для снятия муфты
- распломбировать и вывернуть винты крепления защитных кожухов секций ТНВД и снять кожуха;
- распломбировать и вывернуть болты крепления верхней крышки регулятора и снять крышку;
- вынуть ось рычага регулятора и снять рычаг регулятора с рычагом муфты грузов, муфтой, пружиной регулятора и рычагом пружины;
- снять стопорное кольцо и державку грузов в сборе;
- вывернуть пробки реек, вынуть втулки реек, затем сами рейки, предварительно расстопорив их;
- отвернуть гайки крепления секций ТНВД, снять стопорные шайбы штуцеров секций и вынуть секции ТНВД и толкатели плунжеров;
- расшплинтовать и отвернуть гайки и, используя съемник И-801.26.000, снять эксцентрик привода насоса низкого давления, ведущую шестерню регулятора и промежуточную шестерню;
- снять второй подшипник с оси промежуточной шестерни;
- выбить шпонки с носка и хвостовика кулачкового вала, снять крышку заднего подшипника, вынуть кулачковый вал в сборе с подшипниками и снять крышку переднего подшипника;
