Research and FEM analysis of the injection pump shaft for diesel engines *
Badania i analiza MES wału rozdzielaczowej pompy wtryskowej do silników wysokoprężnych
Author: Paweł Bałon, Adam Kochman, Edward Rejman, Bartłomiej Kiełbasa, Robert Smusz, Adam Burek, Janusz Szostak, Łukasz Kowalski, Andrzej Świątoniowski
Mechanik nr 11/2019 - Różne
ABSTRACT: The paper presents the methodology for designing the drive shaft of the injection pump for diesel engines with cylinder numbers of 2, 3, 4, 6 and power from 2,5 kW to 52 kW per cylinder using the finite element method (FEM) and experimental research. The pump is the original solution of the authors. The shaft is the basic part of the pump with a complex structure. In order to assess the state of stress in the shaft, the analytical FEM was used and experimental tests were carried out, subjecting the shaft to twisting with the design torque resulting from the transferred power. Experimental research confirmed the results of numerical calculations and the correctness of the adopted solution. In order to evaluate the maximum load capacity of the shaft, destructive tests were carried out, charging it with increasing torque until visible plastic deformations occurred. This condition occurred at a time twice as high as the maximum anticipated moment in operation.
KEYWORDS: shaft, injection pump, diesel engine, FEM
STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono metodykę projektowania wału napędowego pompy wtryskowej do silników wysokoprężnych o liczbie cylindrów 2, 3, 4 i 6 oraz mocy od 7,5 do 57 kW na cylinder, z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES) i badań eksperymentalnych. Pompa jest oryginalnym rozwiązaniem autorów. Wał jest podstawową częścią pompy o złożonej strukturze. Do oceny stanu naprężenia w wale zastosowano metodę analityczną MES oraz przeprowadzono badania eksperymentalne, poddając wał skręcaniu momentem obliczeniowym wynikającym z przenoszonej mocy. Badania eksperymentalne potwierdziły wyniki obliczeń numerycznych i poprawność przyjętego rozwiązania. Aby ocenić maksymalną nośność wału, przeprowadzono badania niszczące, obciążając wał rosnącym momentem skręcającym do wystąpienia widocznych odkształceń plastycznych. Taki stan pojawił się przy momencie dwukrotnie większym w stosunku do maksymalnego momentu przewidywanego w eksploatacji.
SŁOWA KLUCZOWE: wał, pompa wtryskowa, silnik wysokoprężny, MES
BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:
[1] Kocańda S. „Zmęczeniowe pękanie metali”. Warszawa: WNT, 1985.
[2] Kocańda S., Szala J. „Podstawy obliczeń zmęczeniowych”. Warszawa: PWN, 1985.
[3] Lisowski F. „Modelowanie MES struktur o karbach szeregowych”. Czasopismo Techniczne. 7 (2011): 341–348.
[4] Peterson R.E. “Stress conventraction factors”. New York: Willey, 1974.
[5] Pilkey W.D., Pilkey D.F. “Petersons’s stress concentration factors”. John Willey & Sons, Inc., 2008.
[6] Serensen S.V., Kogaev V.P., Snejderovic R.M. „Nesuscaja sposobnost i razcety detalej masin na procnost ”. Moskva: Masinostroenie, 1975.
[7] Wilson W.K. “Stress intensity factors for deep cracks in bending and compact tension specimens”. Engineering Fracture Mechanics. 2 (1970).
[8] Praca zbiorowa. „Układy wtryskowe Unit Injector System i Unit Pump System”. Warszawa: WNT, 2011.
[9] Kasedorf J. „Zasilanie wtryskowe olejem napędowym”. Warszawa: Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, 1990.
DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2019.11.94
* Artykuł recenzowany
