Устройство для измерения расхода жидкого топлива ДВС транспортных средств

Белорусский национальный технический университет

 

Факультет:  военно-технический

 

Кафедра: “Техническая эксплуатация автомобилей”

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

 

по дисциплине: “Проектирование, расчет и эксплуатация 

           технического оборудования”

 

 

Тема: Устройство для измерения расхода жидкого топлива ДВС транспортных средств

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:          курсант 115116 уч. группы

Терашкевич В.Н.

 

Руководитель:                                  Пашин А.Д.

 

 

 

 

 

 

Минск 2010

 

 

Белорусский национальный технический университет

 

Факультет:  военно-технический

 

Кафедра: “Техническая эксплуатация автомобилей”

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

 

 

по дисциплине: “Проектирование, расчет и эксплуатация 

           технического оборудования”

 

 

Тема: Устройство для измерения расхода жидкого топлива ДВС транспортных средств

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:          курсант 115116 уч. группы

Терашкевич В.Н.

 

Руководитель:                                  Пашин А.Д.

 

 

 

 

 

Минск 2010

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………...………….…5

  1. Регламент, справка патентно-информационных исследований…..…..6
  2. Анализ выбранных аналогов и обоснование прототипа…………..….8
  3. Матрица сравнительного анализа технических решений по критериям эффективности…………………………………………….……..…..11
  4. Разработка функционально-технической схемы технического предложения………………………………………………..……......16
  5. Описание технического предложения…..……………………....…...18
  6. Расчёты, подтверждающие работоспособность и надёжность конструкции ……………………………………………………….....20

Заключение………………………………………………………….…..23

Литература………………………………………………….…….…......24

Приложение 1………………………………………………………………..25

Приложение 2………………………………………………………….…….30

Приложение 3………………………………………………………………..35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Данная  курсовая работа предполагает ознакомление с методикой анализа новизны  и эффективности создаваемых  технических предложений и включает в себя исследование информации с  использованием научно-технической  литературы и фондов патентной информации. Результатом этой работы является самостоятельное  решение инженерной задачи по совершенствованию  создаваемых технических предположений, что дает возможность закрепления общетеоретических и практических навыков поиска новых технических решений.

Инженерный  анализ предполагает отработку конкретных рекомендаций и предложений по применению, изменению или отклонению рассматриваемых  вариантов и обоснование их выбора. Процесс инженерного анализа  состоит из ряда последовательных исследовательских  и проектно-конструкторских операций, проведение которых осуществляется в следующем порядке:

  • определение работоспособности отобранных вариантов технических решений;
  • определение физических принципов действия;
  • оценка достоинств и недостатков, определение доминирующих факторов (в наибольшей степени влияющих на возможность функционирования оборудования);
  • определение характера нагружения, надежности, технологичности;
  • оценка сортамента, механических и физико-химических свойств, применяемых материалов и их стоимости.

 

 

 

    1. Регламент, справка патентно-информационных исследований

Патентно-информационные исследования проводятся по выпускам реферативных журналов Российскго агенства, по патентам и товарным знакам на протяжении 5 лет. Изучение информации, содержащейся в данных бюллетенях позволяет выявить страны и организации, занимающиеся исследованием вопроса о реализации того или иного технического решения.

Регламент поиска представляет собой программу, определяющую область проведения исследований по фондам патентной  и другой научно-технической  информации. Для определения предмета исследований необходимо конкретизировать задачу, т.е. обосновать элементы, параметры, свойства и другие характеристики, которые требуется усовершенствовать.

Тема  данной курсовой работы предполагает проект передвижной маслозаправочной установки. Поэтому предметом исследования в данном случае будут:

  • способ осуществления процесса;
  • устройства в целом (общая компоновка, принципиальная схема);
  • область возможного применения.

Конкретизация задачи исследований сводится к приближению  ее формулировки к наименованию рубрик международной классификации изобретений (МКИ).

Составляем  справку о патентно-информационном исследовании (таблица 1).

Таблица 1. Справка о патентно-информационных исследованиях

 №

 п/п

Наименование объекта техники

МПК

УДК

Код

Вид охранного документа

Номер охранного документа

Источник информации

Цель создания объекта

Сущность технического решения

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

СПОСОБ, СИСТЕМА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ  ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

F02M65/00    G01M15/04   

Ru

C1

2323365

Fips.ru

повышение надежности и упрощение  измерителя объемного расхода при обеспечении высокой точности измерения накопительного и текущего расхода топлива при эксплуатации и испытании

Для достижения технического результата в способ измерения объемного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания /ДВС/, содержащий операции подсчета числа заполнений из топливного бака и опорожнений топлива во впускной коллектор ДВС мерного гидроцилиндра с поршнем, введено опорожнение одной части гидроцилиндра одновременно с наполнением топливом другой его части за счет избыточного давления топлива, создаваемого топливным насосом ДВС

2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ПРИ ВОЖДЕНИИ ВОЕННОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИН

G01F9/00   ( 
G01F23/74   F41H7/02   

Ru

C2

2313768

Fips.ru

предназначено для использования  в топливной системе силовой  установки военной гусеничной машины (ВГМ).

обеспечивает повышение точности и своевременности измерений расхода топлива при выполнении упражнений по вождению ВГМ механиками-водителями различной квалификации

3

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

G01F9/00   

Ru

U1

  

Fips.ru

отличающаяся тем, что в качестве регистрирующего устройства используется обычный счетчик расхода топлива

Техническим результатом изобретения  является повышение надежности и  упрощение измерителя расхода при обеспечении высокой точности измерения расхода топлива при эксплуатации и испытании ДВС

4

Устройство для измерения расхода жидкого топлива двигателей внутреннего сгорания

G 01 F 9/0

RU

С2

2211498

РЖ2001/05

Отличается тем, что устройство имеет  возможность воспроизводить колебания  давления жидкости, создаваемые топливным насосом двигателя.

Технический результат- повышение точности измерений в различных режимах и условиях работы двигателя.

   

0

            




Проведя исследование по некоторым  источникам, мы видим, что данная область исследований развивается, и в основном разработчики сосредотачивают свое внимание на таких проблемах, как:

  • улучшение конструкции съемника;
  • уменьшение себестоимости;
  • повышение производительности;
  • повышение надежности;
  • повышение безопасности использования объекта;
  • повышение удобства работы;
  • разработка дополнительных приспособлений для работы с объектом.

 

 

 

 

    1. Анализ выбранных аналогов и обоснование прототипа

Для решения уровня развития технических  реншеий на оснований таблицы 1 рассмотрим аналоги, которые позволяют наиболее успешно решить поставленную задачу по совершенствованию разработанной  конструкции.

 

Устройство №1 – УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОГО ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, авторское свидетельство 2262083.

Изобретение относится к расходомерам жидких тел и может быть использовано при контроле расходования топлива в коммерческом автотранспорте. Заявлено устройство для измерения расхода жидкого топлива двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, содержащее корпус с рабочей полостью, шток с диафрагмой, возвратной пружиной и постоянным магнитом, замыкающим контакты датчика, крепящегося к корпусу и подключенного к счетчику импульсов. Устройство воспроизводит колебания давления жидкости, создаваемые топливным насосом двигателя, и регистрирует счетчиком импульсов их количество, пропорциональное расходу топлива. Рабочая полость имеет форму, при которой степень изменения площади поперечного сечения трубопровода по длине стремится к 1 для снижения местных гидравлических потерь, понижающих максимальное давление топлива в магистрали. Технический результат: повышение точности измерений

Устройство №2 –СИСТЕМА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, авторское свидетельство 2323365

Изобретение относится к контрольно-измерительной  технике и предназначено для  измерения объемного расхода топлива в процессе работы мощных двигателей внутреннего сгорания /ДВС/. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и упрощение измерителя объемного расхода при обеспечении высокой точности измерения накопительного и текущего расхода топлива при эксплуатации и испытании ДВС. Для достижения технического результата в способ измерения объемного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания /ДВС/, содержащий операции подсчета числа заполнений из топливного бака и опорожнений топлива во впускной коллектор ДВС мерного гидроцилиндра с поршнем, введено опорожнение одной части гидроцилиндра одновременно с наполнением топливом другой его части за счет избыточного давления топлива, создаваемого топливным насосом ДВС, а присоединение первой и второй частей гидроцилиндра к топливному насосу и к впускному коллектору ДВС и наоборот производят с помощью распределителя, переключаемого из одного положения в другое при достижении поршнем одного из крайних положений в гидроцилиндре.

Устройство №3 – УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (2145412). 

Устройство для измерения расхода  содержит расположенный внутри топливного бака мерный бак с герметичной  перегородкой для образования топливозаборного устройства и мерного бачка. Через герметичную перегородку проходит свободный конец магистрального топливозаборного трубопровода, расположенный в топливозаборном устройстве. На входе в мерный бак топливозаборного трубопровода и дополнительной топливозаборной трубки установлен управляемый двухходовой клапан. В мерном бачке, соединенном топливопереливной трубкой с топливозаборным устройством, установлен датчик давления, связанный с регистратором. Изобретение имеет простую конструкцию и обеспечивает возможность измерения массового расхода топлива в реальных условиях эксплуатации.

Устройство №4 – УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ПРИ ВОЖДЕНИИ ВОЕННОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ.

Изобретение предназначено для  использования в топливной системе  силовой установки военной гусеничной машины (ВГМ). В расходном баке установлен датчик уровня топлива с двумя герконами и постоянным магнитом внутри поплавка. На входе в расходный бак установлены два электромагнитных клапана: в основной магистрали - нормально открытый клапан, связанный с тумблером управления, а в параллельной магистрали подвода в расходный бак - нормально закрытый клапан. Датчик через блок формирования импульсов, выполненный с возможностью управления электромагнитным клапаном в параллельной магистрали, и счетчик импульсов связан с регистрирующим прибором. Изобретение обеспечивает повышение точности и своевременности измерений расхода топлива при выполнении упражнений по вождению ВГМ механиками-водителями различной квалификации.

 

3. Матрица сравнительного  анализа технических решений  по критериям эффективности

Изучается динамика изобретательной деятельности, то есть количество охранных документов, выданных организациям, фирмам по годам заявок. Данные для оценки динамики изобретательской деятельности за последние 13лет  приведены в таблице 2.

 

Таблица 2  Динамика изобретательской деятельности

 

Наименование объекта:  Устройство для заправки маслом

Год

Количество запатентованных изобретений

1994

1

1995

1

1997

2

1999

2

2000

2

2002

1

2003

3

2004

2

2005

3

2006

3

2007

4

2008

3


 

На основе таблицы 2 построим диаграмму с областями, отображающую тенденцию изменения  динамики изобретательской деятельности за рассматриваемый период (рисунок 1).

 

 

 

 

 

 

Рис.1  Диаграмма  изменения изобретательской деятельности

 

В данной курсовой работе оценку технического уровня будем осуществлять по двум-трем показателям назначения (длительность рабочего цикла, потребляемая мощность, производительность).

Необходимо  также рассчитать и проанализировать основные производственно-технологические  показатели по коэффициентам:

  • блочности;
  • применяемости;
  • повторяемости;
  • насыщенности;
  • унификации группы изделий.

 

 

 

 

 

 

 

4. Разработка функционально-физической схемы технического предложения

Проанализировав патенты на предыдущие конструкции  устройств для измерения расхода  топлива  было принято конструктивное решение модернизировать установку (патент №1638551) и использовав при его изготовлении детали из легированной стали и алюминия, а шланги выбираем резиновые со штуцерами, что позволяет установке быть более прочной и лёгкой.

Поршневой расходомер обтекания, выбранный в  качестве прототипа можно представить  в виде функциональной схемы, имеющей  вид, представленной на рисунке 2.

Рис.2 Функциональная схема поршневого расходомера

Для более  точного измерения и удобности  предлагаю оснастить данную конструкцию  потенциометрической дорожкой, при  помощи которой, можно регистрировать угол поворота указателя измерительного  устройства. Регистрация показаний  выполняется по схеме приведенной на рисунке 3

Рисунок 3 Принципиальная схема подключения

 

1-вольтметр

2-патенциомметричесская  дорожка

3-скользящий  контакт

4-подстроечный  резистор

5-аккумуляторная  батарея

  Это  позволит производить измерения  на разных режимах работы двигателя,  производить измерения находясь в автомобиле, а резистор дополнительный изображенный на схеме, даст возможность применять прибор на разных типах двигателей.

Показания вольтметра коллибруются, затем торируются( указывается еденицы измерения, цена деления и значение делений). Потенциомметричесскую дорожку рассчитываем согласно напряжения АКБ и длинны рабочего сектора прибора.

 

 

 

 

 

5. Описание технического предложения

Данное  устройство разработано и сконструировано  таким образом, чтобы оптимально упростить и облегчить его  использование.

Изобретение относится к устройствам для измерения расхода жидкости или газа при воздействии ускорений и вибраций. Целью изобретения является повышение стабильности и точности измерения расхода в условиях вибраций. Вращением кольца устанавливают ноль шкалы 15 против метки, нанесенной на поверхности поршня 6 или держателя . Поток среды входит через патрубок 13 в канавку 2 и отжимает поршень 5 до тех пор, пока перепад давления на щели 4 не уравновесится силой действия пружины 10. При этом поток прошедший через открывшийся участок щели 4 попадает в канавку 3 и по ней в выходной патрубок 14. Расходомер может работать в любом пространственном положении благодаря тому, что вес поршня 6 и держателя 7 уравновешивается противовесом 9. Это также способствует уменьшению влияния ускорений и вибраций, испытываемых ротаметром, на точность его показаний. Трение поршня о стенки канала отсутствует, а трение оси 8 в опорах 11 ничтожно мало. Благодаря всему этому стабильность и точность показаний расходомера в условиях ускорений и вибраций повышается. Кроме того, имеется возможность дистанционной передачи показаний наряду с наличием местного отсчета и возможности регулирования диапазона измерений путем изменения ширины щели 4.

Цель изобретения- повышение стабильности и точности измерения расхода в условиях наклонов , ускорений и вибраций.

Отличается тем, что с целью  повышения стабильности и точности измерения расхода в условиях искажений и вибраций, корпус снабжен  прозрачной плоской крышкой, в котором  выполнены каналы в виде соосных незамкнутых кольцевых проточек, в одной из которых установлен поршень на держателе с противовесом, расположенном на поворотной оси с возвратной пружиной, а поворотная ось держателя совпадает с осью кольцевых проточек. При этом кольцевая проточка, в которой расположен поршень, соединена с входным, а другая с выходным патрубками, причем щелевое отверстие между каналами выполнено в виде зазора между прозрачной полоской, крышкой и корпусом.

 

6. Расчёты, подтверждающие работоспособность  и надёжность конструкции

Задачи,  решаемые с помощью  уравнения расхода 

Решение уравнения расхода выполняют  с целью выбора параметров СИ,  геометрических  характеристик СУ  и ИТ, проверки условий применения расходомера, а также расчета расхода и количества среды.  

Основные  задачи, решаемые с помощью уравнения  расхода:

- определение   расхода среды по заданным  характеристикам ИТ, СУ и параметрам среды;

- расчет  диаметра отверстия СУ по  перепаду  давления на СУ,  характеристикам   среды и ИТ, параметрам потока;

- расчет  перепада давления  на СУ по  заданным   характеристикам ИТ,  СУ и параметрам потока;

- расчет  внутреннего диаметра ИТ и числа ИТ  по заданной допускаемой скорости среды или по заданным значениям верхней границы диапазона измерений перепада давления на СУ и относительного диаметра отверстия СУ.

 

Используем уравнение Бернулли определения скоростей и расходов жидкостей:

 

Для двух точек, расположенных на одной  и той же линии тока в разных сечениях потока идеальной несжимаемой  жидкости, это уравнение записывают в одной из следующих форм:

 

 

 

При движении реальной, обладающей определенной вязкостью, жидкости имеет место  неравномерное распределение скорости частиц в поперечном сечении потока. Для учета неравномерности распределения  скоростей в уравнение Бернулли вводят коэффициент кинетической энергии a, который равен отношению действительной кинетической энергии весового секундного расхода потока к его средней кинетической энергии, вычисленной по средней скорости в данном сечении.

Величину коэффициента a обычно определяют опытным путем (для установившегося слабо деформированного потока , а для развитого ламинарного движения ).

Вследствие наличия гидравлических сопротивлений при движении реальной жидкости, часть энергии потока расходуется  на их преодоление. Поэтому в последующем (во втором) сечении энергия потока меньше, чем в начальном на величину , равную некоторой доли энергии, необратимо превращенной в тепловую. Учитывая вышеизложенное, получим для любых двух рассматриваемых сечений потока уравнение Бернулли для реальной несжимаемой жидкости

 

Диаметр поршня (внутренний диаметр цилиндра) рассчитывают без потерь трения и противодавления  по выражению:

                                                 (6.1)

;

Усилие, без учета трения и противодавления жидкости, характеризуемого гидравлическим сопротивлением в сливной гидролинии, определяется из соотношения:

 

                                                       (6.2)

 -усилие, развиваемое цилиндром без потерь на трение.

 

где р – давление рабочей жидкости;

- эффективная площадь поршня со стороны нагнетания;

Для более  полного определения силы с учетом трения и противодавления следует  исходить из уравнения равновесия поршня.

 

                                                    (6.3)

м2    - рабочая площадь поршня;

Рабочая площадь поршня для цилиндра одностороннего действия является площадь сечение штока. Данные цилиндры просто в изготовлении, поскольку обработке подлежат лишь поверхность d буксы под шток и отпадает необходимость в обработке зеркала внутренней поверхности цилиндра.

 

Объем цилиндра:               

;                                                      (6.4)

м3 ;

где Н – ход поршня в см.

 

Механический к. п. д. определяется по формуле

;                                          (6.7)

;

Сила трения Рт зависит от типа уплотнений, температуры рабочей жидкости и давления. В зависимости от этих факторов меняется в пределах от 0,85 до 0,95. Для практических расчетов принимается равным 0,9.

;                                              (6.8)

 - усилие, развиваемое цилиндром.

Для уменьшения потерь давления во входных  и выходных каналах 
гидроцилиндров диаметры проходных отверстий выбираются из условия, 
что скорость потока рабочей жидкости не должна превышать 6 м/с.

Однако для демпфирования ударов поршня о крышки (донышки) корпуса применяют специальные способы дросселирования   этих   отверстий,   которые обеспечивают торможение поршня в конце хода и уменьшают ударные нагрузки.  

 

 

 

 

 

Заключение

В ходе выполнения данной курсовой работы было проведено ознакомление с методикой анализа новизны и эффективности создаваемых технических предположений, которая включила в себя следующие разделы:

  • регламент исследований по научно-технической литературе и фондам патентной информации;
  • обработка результатов исследований;
  • назначение, описание выбранных для анализа аналогов;
  • обоснование прототипа;
  • рекомендации по усовершенствованию прототипа.

 

В итоге  была решена инженерная задача по совершенствованию маслозаправочной установки, что дало возможность закрепить общетеоретические и практические навыки поиска новых технических решений. Инженерный анализ предполагал выработку конкретных рекомендаций и предположений по применению, изменению или отклонению рассматриваемых вариантов, а так же обоснование. Процесс инженерного анализа состоял из ряда последовательных проектно-конструкторских и исследовательских операций, проведенных в следующем порядке:

  • определение работоспособности отобранных вариантов технических решений;
  • определение физических принципов действия;
  • оценивание достоинства и недостатков и определение доминирующих факторов, т.е. факторов, в наибольшей степени влияющих на функционирование оборудования;
  • определение характера нагружения, надёжности, технологичности изготовления.

Литература

  1. Авторские свидетельства.
  2. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества Ленинград 1989г.
  3. Пашин А.Д., Сай А.С. Методические указания по выполнению расчетно-графической работы по курсу “Основы расчета, проектирования и эксплуатации технологического оборудования” для студентов специальности 15.05 – “Автомобили и автомобильное хозяйство”. – Мн.: БГПА, 1992. – 35 с.
  4. Монахов В.И. Измерение расхода и количества жидкости газа и пара. Москва 1962 год.