天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】【汽車(chē)專業(yè)】

天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) I 摘 要 天然氣汽車(chē)減壓裝置是天然氣的汽車(chē)的一個(gè)重要部件，它的質(zhì)量好壞車(chē)的性能有很大的關(guān)系，它在天然氣汽車(chē)中主要起減壓和穩(wěn)壓的作用。因此，通過(guò)利用減壓裝置，可以把 2-20MPa 的壓縮天然氣壓力降到 1-2.5kPa 進(jìn)入混合器，以便與空氣混合進(jìn)入汽缸，由于高壓氣瓶中的 CNG 氣體壓力隨著燃料充裝和使用不斷變化，要保持較穩(wěn)定的空燃比控制，還要求無(wú)論瓶?jī)?nèi)壓力如何變化，減壓調(diào)節(jié)器也應(yīng)保證進(jìn)入混合器的燃?xì)鈮毫竞愣?，以此?shí)現(xiàn)比較穩(wěn)定的燃?xì)馀c空氣混合比控制。從而實(shí)現(xiàn)減壓和穩(wěn)壓的作用。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在原有減壓產(chǎn)品的基礎(chǔ)上， 對(duì)其結(jié)構(gòu)布局及形狀進(jìn)行了修改，并對(duì)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程中的天然氣壓力的變化值進(jìn)行了精確的設(shè)計(jì)，主要是對(duì)一級(jí)減壓閥的縫隙減壓和二級(jí)減壓閥的縫隙減壓，以及三級(jí)減壓閥利用真空度進(jìn)行減壓進(jìn)行計(jì)算，使其能夠滿足減壓至預(yù)期的要求。而且對(duì)各主要受載荷的零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，使選擇的材料滿足強(qiáng)度要求。預(yù)計(jì)本次設(shè)計(jì)出來(lái)的減壓裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外行美觀，精度高的特點(diǎn)，可提高同類(lèi)產(chǎn)品的質(zhì)量，可以滿足廣大用戶的需求。 關(guān)鍵詞 ：天然氣汽車(chē)；減壓裝置；減壓閥 II ABSTRACT The natural gas automobile decompressor is a natural gas automobile important part, its quality quality vehicle performance has the very big relations, it is main the reduced pressure in the natural gas automobile and the constant voltage function. Therefore, through use decompressor, may 1-20MPa compression natural gas pressure drop to 1-2.5kPa enters the mixer, in order to enters the cylinder with the air mix, because in the high-pressure bottle CNG gas pressure changes, must maintain the stable air-fuel ratio control, also requests regardless of how the bottle internal pressure does change, the reduced pressure regulator also should guarantee enters the mixer basically the fuel gas pressure constant, by this realization quite stable fuel gas and air mixture ratio control. Thus realization reduced pressure and constant voltage function. This graduation project in original reduced pressure product foundation, have carried on the revision to its structural configuration and the shape, and to input in the engine process the natural gas pressure change value to carry on the precise design, mainly is to the level pressure relief valve slit reduced pressure and two level of pressure relief valve slit reduced pressure, as well as three levels of pressure relief valves carry on the reduced pressure using the vacuum degree to carry on the computation, enables its to satisfy the reduced pressure to the anticipated request. Moreover to each mainly has been carried on the load spare part the intensity examination, causes the choice the material to satisfy the intensity request. Estimated this time designs the decompressor has the structure simply, the layman is artistic, precision high characteristic, may enhance the similar product the quality, May satisfy the user community the demand. Key words: Natural gas automobile； decompressor； pressure relief valve 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) i 目 錄 摘要 . ABSTRACT. 緒論 .1 0.1 天然氣汽車(chē)減壓裝置的用途和功能 . 1 0.2 天然氣汽車(chē)減壓裝置在我國(guó)的發(fā)展概況 . 1 0.3 天然氣汽車(chē)減壓裝置設(shè)計(jì)的目的和意義 . 1 1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) .3 1.1 設(shè)計(jì)題目 . 3 1.2 題目說(shuō)明 . 3 1.2.1 設(shè) 計(jì)參數(shù)規(guī)范 . 3 1.2.2 符合標(biāo)準(zhǔn) . 3 1.2.3 設(shè)計(jì)思路 . 3 1.3 設(shè)計(jì)方案 . 3 1.4 資料調(diào)研 . 4 1.4.1 減壓閥的定義 . 4 1.4.2 減壓閥的工作原理 . 4 1.4.3 減壓閥的工作過(guò)程 . 7 2 設(shè)計(jì)方案的研究與選擇 . 9 2.1 減壓調(diào)節(jié)器的分類(lèi) . 9 2.2 方案選擇 . 9 2.2.1 方案一及其優(yōu)缺點(diǎn) . 9 2.2.2 方案二及其優(yōu)缺點(diǎn) . 9 2.2.3 設(shè)計(jì)方案的選擇 . 10 3 總體方案設(shè)計(jì) .11 3.1 一級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì) . 11 3.1.1 一級(jí)減壓閥的工作原理 . 11 3.1.2 一級(jí)減壓閥閥室的設(shè)計(jì) . 11 3.1.3 一級(jí)減壓閥杠桿、彈簧與閥口的設(shè)計(jì) . 11 3.2 二級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì) . 19 3.2.1 二級(jí)減壓閥的工作原理 . 19 3.2.2 二級(jí)減壓閥閥室及蓋板、杠桿、上檔板的設(shè)計(jì) . 19 3.2.3 二級(jí)減壓閥彈簧的設(shè)計(jì) . 19 3.3 三級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì) . 22 ii 3.3.1 三級(jí)減壓閥的工作原理 . 22 3.3.2 三級(jí)減壓閥蓋板、杠桿、上擋板、閥口的設(shè)計(jì) . 22 3.3.3 三級(jí)減壓閥調(diào)節(jié)彈簧的設(shè)計(jì) . 22 3.3.4 三級(jí)減壓閥膜片的設(shè)計(jì)與校核 . 25 3.4 怠速閥的設(shè)計(jì) . 26 3.4.1 怠速閥的工作原理 . 26 3.4.2 怠速閥閥室及閥體的設(shè)計(jì) . 26 3.4.3 怠速閥芯及怠速閥彈簧的設(shè)計(jì) . 28 3.5 其他重要零部件的設(shè)計(jì) . 29 3.5.1 高壓電磁閥閥芯、先導(dǎo)閥、彈簧的設(shè)計(jì) . 29 3.5.2 安全閥及其彈簧的設(shè)計(jì) . 30 3.5.3 進(jìn)氣接頭的設(shè)計(jì) . 31 3.5.4 一級(jí)閥蓋連結(jié)螺柱和三級(jí)閥蓋連結(jié)螺栓的選擇 . 32 4 天然氣汽車(chē)減壓裝置的使用說(shuō)明 .35 4.1 天然氣汽車(chē)減壓裝置的使用注意事項(xiàng) . 35 4.2 天然氣汽車(chē)減壓裝置的拆裝、檢查與調(diào)整 . 35 4.2.1 拆卸 . 35 4.2.2 清洗、檢查、更換 . 35 4.2.3 組裝、調(diào)整 . 36 5 總結(jié) .38 謝辭 . 39 參考文獻(xiàn) .40 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 1 緒 論 0.1 天然氣汽車(chē)減壓裝置的用途和功能 以天然氣 作為燃料的汽車(chē)叫做天然氣汽車(chē)。 為了提高天然氣汽車(chē)一次沖氣行使的里程，車(chē)用天然氣一般是壓縮在 20MPa 存儲(chǔ)在高壓汽缸里，但發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，卻要求燃?xì)鈮毫档?1-2.5kPa 進(jìn)入混合器，以便與空氣混合進(jìn)入汽缸，而且由于高壓氣瓶中的 CNG 氣體壓力隨著燃料充裝和使用不斷變化，要保持較穩(wěn)定的空燃比控制，還要求無(wú)論瓶?jī)?nèi)壓力如何變化，減壓調(diào)節(jié)器也應(yīng)保證進(jìn)入混合器的燃?xì)鈮毫竞愣?，以此?shí)現(xiàn)比較穩(wěn)定的燃?xì)馀c空氣混合比控制。因此在燃?xì)夤┙o系統(tǒng)中必須要有減壓調(diào)節(jié)器。天然氣汽車(chē)的核心和關(guān)鍵部件就是減壓調(diào)節(jié)器，在CNG 汽車(chē)上，減壓調(diào) 節(jié)器的作用主要是起減壓和穩(wěn)壓的作用，它的性能好壞，將會(huì)直接影響到天然氣汽車(chē)的性能。 0.2 天然氣汽車(chē)減壓裝置在我國(guó)的發(fā)展概況 天然氣汽車(chē)減壓裝置是隨著天然氣汽車(chē)的產(chǎn)生而產(chǎn)生的，同時(shí)，也隨著天然氣汽車(chē)的發(fā)展而發(fā)展。 早在 1958 年，四川就曾研制過(guò)天然氣汽車(chē)，但是由于當(dāng)時(shí)科技的發(fā)展，有一些技術(shù)問(wèn)題不能解決，以及當(dāng)時(shí)油價(jià)較低，而未能得到發(fā)展。 1986 年，四川石油管理局南充機(jī)械廠組織人員再次著手該技術(shù)的研究工作。 1988 年，中國(guó)石油天然氣總公司從新西蘭引進(jìn)壓縮天然氣充氣站裝置（其中就包括了減壓裝置），在南 充建立起了全國(guó)第一座壓縮天然氣充氣站。南充機(jī)械廠用進(jìn)口配件改裝了全國(guó)首批50 輛壓縮天然氣汽車(chē)，并結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)國(guó)情，借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了天然氣汽車(chē)減壓裝置及其他車(chē)用燃?xì)庋b置的全部國(guó)產(chǎn)化。該裝置在 1991 年通過(guò)技術(shù)鑒定， 1993 年通過(guò)部級(jí)驗(yàn)收，樣車(chē)經(jīng)測(cè)試，性能達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平。目前，國(guó)內(nèi)特別是四川、重慶等天然氣供氣減壓系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)已形成國(guó)產(chǎn)上萬(wàn)套的天然氣汽車(chē)減壓裝置的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，它們生產(chǎn)的產(chǎn)品成為國(guó)內(nèi)各大汽車(chē)廠燃?xì)馄?chē)改裝車(chē)用減壓器的指定產(chǎn)品。近些年又有四川彭州興威、重慶恩潔威、四川宜賓海家、成 飛公司等 CNG 技術(shù)開(kāi)發(fā)公司的減壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)品不斷推出。 0.3 天然氣汽車(chē)減壓裝置設(shè)計(jì)的目的和意義 從 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)始，國(guó)際上燃?xì)馄?chē)技術(shù)逐漸進(jìn)入較快的發(fā)展時(shí)期 。 在當(dāng)今社會(huì)，天然氣與柴油的熱值相當(dāng)，但價(jià)格僅為柴油的三分之二左右，而且天 2 然氣汽車(chē)對(duì)大氣的污染小，可以大大改善環(huán)境污染和能源緊缺的問(wèn)題，因此，天然氣汽車(chē)以其排放清潔、技術(shù)成熟、資源豐富等特點(diǎn)在世界范圍內(nèi)已得到廣泛應(yīng)用 。 雖然天然氣汽車(chē)在在近幾年來(lái)，在我國(guó)發(fā)展的很快，但是那只是相對(duì)的。預(yù)計(jì)到 2010 年的時(shí)候，我國(guó)民用機(jī)動(dòng)車(chē)保有量將增加到 4900 萬(wàn)輛， 而天然氣汽車(chē)卻只達(dá)到 100 萬(wàn)輛。如果以 1000 立方米天然氣相對(duì)于 1 噸石油來(lái)計(jì)算，世界上天然氣的儲(chǔ)量和石油的儲(chǔ)量是在同一數(shù)量級(jí)的。天然氣汽車(chē)以其減輕環(huán)境污染、緩解石油資源的優(yōu)點(diǎn)得到了快速發(fā)展，但是我國(guó)的天然氣汽車(chē)在 2010 年只能達(dá)到100 萬(wàn)輛，而與世界水平相比還有非常大的差別。這主要是由于天然氣汽車(chē)在發(fā)展過(guò)程中會(huì)遇到很多困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建設(shè)一座天然氣汽車(chē)加氣站一次性投資大約需要 200-300 萬(wàn)元，保證一座中等加氣站有一定的效益，至少需要有 100 輛天然氣汽車(chē)，而改裝一部汽車(chē)需要投資約 100 萬(wàn)元。如此昂貴的投資，會(huì) 讓那些車(chē)主對(duì)汽車(chē)的改裝望而卻步。因此，我們必須對(duì)壓縮天然氣裝置（包括減壓裝置）的制造和改裝成本進(jìn)行一次大的調(diào)整，對(duì)其性能進(jìn)行改進(jìn)，另一方面，在我國(guó)市場(chǎng)上銷(xiāo)售的天然氣減壓裝置一半是國(guó)產(chǎn)的，一半是進(jìn)口的。國(guó)產(chǎn)減壓調(diào)節(jié)器在國(guó)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力是有限的，在國(guó)際上更是有限。把國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品打到國(guó)際市場(chǎng)上去就需要對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的性能、外觀、體積、質(zhì)量、成本等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。 天然氣的減壓裝置是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)供氣系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況改變供給混合器的低壓天然氣量從而使混合器配制不同空燃比的混合氣，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的 不同工況的要求。由于發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的天然氣的壓力很低（通常控制在 0-0.178MPa），要將 20MPa 的天然氣壓力降到如此低的氣壓是很難的，同時(shí)需要將氣壓穩(wěn)定在所要求的范圍內(nèi)，從而達(dá)到由減壓器出口流出的低壓氣量，僅由混合器喉管真空度所決定，保證調(diào)節(jié)可靠使發(fā)動(dòng)機(jī)工況穩(wěn)定，節(jié)約燃?xì)?，改善排放的目的?天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 3 1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1.1 設(shè)計(jì)題目 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 1.2 題目說(shuō)明 1.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)范 減壓閥進(jìn)口額定壓力為 20MPa，進(jìn)氣接頭強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為 27.5MPa，當(dāng)進(jìn)氣壓力為 2-20MPa時(shí)，進(jìn)行一級(jí)減壓后，壓力變化為 0.5MPa，變化許可值為 0.05MPa，進(jìn)行二級(jí)減壓后，壓力變化為 0.2-0.3MPa，其變化許可值為 0.02MPa，之后進(jìn)行三級(jí)減壓，而其閥口的開(kāi)啟程度由發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的真空度的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)，但是可以調(diào)節(jié)初始開(kāi)度。突然輸出放氣時(shí)，最大流量可達(dá) 40m3/h， 當(dāng)氣瓶壓力小于2MPa 時(shí)，仍能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常供氣。 1.2.2 符合標(biāo)準(zhǔn) 減壓調(diào)節(jié)器各部分應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn) QC/T245-1998 的有關(guān)規(guī)定。 1.2.3 設(shè)計(jì)思路 根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，了解有關(guān)天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置的基本情況 。設(shè)計(jì)一種符合上述規(guī)范的減壓裝置，其中包括方案設(shè)計(jì)及工作原理的分析，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及重要零件的強(qiáng)度校核。 1.3 設(shè)計(jì)方案 根據(jù)已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和要求，一級(jí)減壓閥的輸入壓力為 2-20MPa，而要求供給發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力為負(fù)壓，壓力降低非常大，一級(jí)或者二級(jí)減壓都不能一下就減壓到規(guī)定的要求，而且減壓器主要是起減壓和穩(wěn)壓的作用，在減壓過(guò)程中要吸收大量的熱量，如果只采用一級(jí)或者二級(jí)減壓裝置，會(huì)因溫度降低太多而無(wú)法達(dá)到要求，因此只能采用三級(jí)減壓，才可以將輸入壓力降低到規(guī)定的要求。由于在減壓過(guò)程中要吸收大量的熱量，減壓器上一般都 設(shè)有將發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)水引人減壓器的水套，利用發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)冷卻水的熱量加熱減壓器。 4 1.4 資料調(diào)研 1.4.1 減壓閥的定義 國(guó)標(biāo) GB12244-89關(guān)于減壓閥的定義是 :通過(guò)啟閉件的節(jié)流 ,將進(jìn)口壓力降至某一個(gè)需要的出口壓力 ,并能在進(jìn)口壓力及流量變動(dòng)時(shí) ,利用本身介質(zhì)能量保持出口壓力基本不變的閥門(mén)。就是說(shuō)這樣的一句話已經(jīng)說(shuō)明了減壓閥的兩個(gè)基本功能。一是減壓 ,即將進(jìn)口壓力降至某一個(gè)需要的出口壓力；二是穩(wěn)壓 ,即能在進(jìn)口壓力及流量變動(dòng)時(shí) ,利用本身介質(zhì)能量保持出口壓力基本不變。兩個(gè)基本功能缺一不可。而節(jié)流閥雖有減壓功能 ,通過(guò) 啟閉件的節(jié)流來(lái)實(shí)現(xiàn) ,但是它沒(méi)有穩(wěn)壓功能。 1.4.2 減壓閥的工作原理 減壓閥的工作原理簡(jiǎn)而言之就是： A:減壓； B:穩(wěn)壓。減壓的原理是節(jié)流 ,氣體流經(jīng)活門(mén)與活門(mén)座之間的縫隙時(shí) ,壓力減小 ,達(dá)到減壓的目的。穩(wěn)壓的原理是力的平衡 ,因?yàn)閺椈傻男谐淌窃O(shè)定的 ,要達(dá)到平衡 ,出口腔的壓力必須跟彈簧力平衡 ,當(dāng)進(jìn)口壓力及流量變動(dòng)時(shí) ,利用彈簧力與出口腔的壓力平衡保持出口壓力基本不變。這是一個(gè)動(dòng)平衡過(guò)程 ,并不是瞬間完成的。因?yàn)閺椈?、活門(mén)等有一定的質(zhì)量 ,在移動(dòng)中與閥體等一些其他零件都有摩擦。 1.4.2.1 一級(jí)減壓部分 圖 1.1 一級(jí)減壓原理 圖 1.1是一級(jí)減壓原理示意圖。從儲(chǔ)氣瓶流出的 CNG氣體依靠自身的壓力打開(kāi)一級(jí)閥門(mén)，從一級(jí)閥門(mén)和閥座之間的縫隙流入一級(jí)減壓室，在此過(guò)程中 CNG氣體的壓力被大幅度降低。在一級(jí)減壓室內(nèi)壁上有許多擋片， CNG氣體在流過(guò)它們時(shí)壓力被進(jìn)一步降低。隨著一級(jí)減壓室中氣體數(shù)量不斷增多，室內(nèi)壓力不斷升高，天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 5 當(dāng)壓力上升到一定值時(shí)，一級(jí)膜片向上凸起，壓迫一級(jí)彈簧，通過(guò)一級(jí)圓柱又帶動(dòng)一級(jí)杠桿動(dòng)作，使一級(jí)閥門(mén)開(kāi)度減小，減少 CNG氣體的進(jìn)入，隨著一級(jí)減壓室中的 CNG氣體不斷進(jìn)入二級(jí)減壓閥室，一級(jí)減壓室中的氣壓降低，當(dāng)壓力降 至某一值時(shí)，在一級(jí)彈簧預(yù)緊力的作用下，壓下一級(jí)膜片，通過(guò)一級(jí)圓柱又帶動(dòng)一級(jí)杠桿動(dòng)作，使一級(jí)閥門(mén)開(kāi)度增大， CNG氣體又流入一級(jí)減壓室。 一級(jí)閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉由一級(jí)膜片的位置決定，而一級(jí)膜片的位置又受到一級(jí)減壓室壓力、二級(jí)減壓室壓力、一級(jí)彈簧預(yù)緊力的共同影響。增加一級(jí)彈簧預(yù)緊力，降低一級(jí)減壓室壓力及提高二級(jí)減壓室壓力等都將使一級(jí)膜片下移，一級(jí)閥門(mén)開(kāi)度加大；反之，一級(jí)膜片上移，則一級(jí)閥門(mén)開(kāi)度減小。 1.4.2.2 二級(jí)減壓部分 圖 1.2 二級(jí)減壓原理 圖 1.2是二級(jí)減壓原理示意圖。在一級(jí)減壓室中經(jīng)過(guò)初步減壓的 CNG氣體經(jīng)過(guò)二級(jí)閥門(mén)進(jìn)入二級(jí)減壓室，由于二級(jí)閥門(mén)的節(jié)流作用，壓力得到更進(jìn)一步的降低。隨著進(jìn)入二級(jí)減壓室中的氣體數(shù)量的增多，當(dāng)二級(jí)室內(nèi)壓力超過(guò)二級(jí)彈簧的預(yù)緊力時(shí)，二級(jí)膜片向上凸起，壓迫二級(jí)彈簧，通過(guò)二級(jí)圓柱又帶動(dòng)二級(jí)杠桿動(dòng)作，使二級(jí)閥門(mén)開(kāi)度減小，減少了 CNG氣體的進(jìn)入量。隨著二級(jí)減壓室中的 CNG氣體不斷進(jìn)入三級(jí)減壓室，二級(jí)減壓室中的氣壓降低，當(dāng)壓力小于二級(jí)彈簧預(yù)緊力時(shí)，在二級(jí)彈簧預(yù)緊力的作用下，二級(jí)膜片被壓下，通過(guò)二級(jí)圓柱又帶動(dòng)二級(jí)杠桿動(dòng)作，使二級(jí)閥門(mén)開(kāi)度增大，進(jìn)入二級(jí)減壓室的 CNG氣體量又開(kāi)始增多。二級(jí)閥 門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉由二級(jí)杠桿來(lái)控制，二級(jí)杠桿的動(dòng)作由二級(jí)膜片位置決定，而二級(jí)膜片的位置由二級(jí)減壓室壓力、二級(jí)彈簧預(yù)緊力、三級(jí)減壓室壓力共同決定。 6 1.4.2.3 三級(jí)減壓部分 三級(jí)減壓是為了進(jìn)一步降低天然氣的壓力，使其接近負(fù)壓。圖 1.3是三級(jí)減壓、真空加濃和怠速調(diào)整的原理圖。 經(jīng)過(guò)兩級(jí)減壓的天然氣通過(guò)三級(jí)閥門(mén)進(jìn)入三級(jí)減壓室。由于三級(jí)閥門(mén)的節(jié)流作用使 CNG氣體的壓力降至負(fù)壓左右。接近負(fù)壓的天然氣由 CNG燃料出口進(jìn)入混合器。三級(jí)閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉受到三級(jí)杠桿的作用，而三級(jí)杠桿的動(dòng)作又受到真空膜片的位置（由真空膜片彈簧 預(yù)緊力、進(jìn)氣管真空度及三級(jí)減壓室壓力決定） ,三級(jí)膜片的位置（由三級(jí)減壓室的壓力、下蓋室壓力決定）、怠速調(diào)整螺釘及三級(jí)杠桿彈簧預(yù)緊力的共同作用。 1.4.2.4 真空加濃部分 它是設(shè)置在二級(jí)減壓室上方的一個(gè)真空泵室，在一定的進(jìn)氣管真空度范圍內(nèi)增加進(jìn)入氣缸的天然氣量，達(dá)到加濃混合氣的目的。真空泵室通過(guò)一個(gè)真空管引入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管真空度。當(dāng)進(jìn)氣管真空度增大時(shí)，真空膜片向上壓縮真空彈簧，三級(jí)杠桿隨之作用，加大三級(jí)閥門(mén)的開(kāi)度，增加三級(jí)減壓室中天然氣的供給量。隨著進(jìn)氣管真空度的增大，三級(jí)杠桿會(huì)壓下助射閥閥芯，打開(kāi)助射閥 ，使三級(jí)減壓室同二級(jí)減壓室膜片與阻尼板之間的小室連通，使二級(jí)減壓室膜片與阻尼板間的壓力降低，二級(jí)減壓閥膜片在二級(jí)彈簧預(yù)緊力的作用下向下移動(dòng)，通過(guò)二級(jí)圓柱又帶動(dòng)二級(jí)杠桿使二級(jí)閥門(mén)開(kāi)度增加，增加 CNG 氣體的進(jìn)氣量。調(diào)節(jié)助射閥螺釘可調(diào)整助射閥通道的截面，改變進(jìn)氣量。 1.4.2.5 怠速調(diào)整部分 圖 1.3 三級(jí)減壓、真空加濃和怠速調(diào)整原理 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 7 怠速工況的調(diào)整是通過(guò)旋動(dòng)怠速調(diào)節(jié)螺釘實(shí)現(xiàn)的。向下旋動(dòng)（順時(shí)針）調(diào)節(jié)螺釘，則推動(dòng)壓頭使三級(jí)杠桿動(dòng)作，減小三級(jí)閥門(mén)的開(kāi)度，從而減小天然氣的供給量；反之，向外旋動(dòng)（逆時(shí)針）則使三 級(jí)閥門(mén)開(kāi)度增大，增加天然氣的供給量。 1.4.2.6 啟動(dòng)加濃部分 圖 1.4 啟動(dòng)加濃原理 可在啟動(dòng)時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)額外提供天然氣，以滿足啟動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)混合氣濃度的要求。原理如圖 1.4 所示。 在減壓器主氣道之外設(shè)置一旁通氣道，旁通氣道的接通與截?cái)嘤善饎?dòng)電磁閥控制。啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電磁閥使旁通氣道接通。 CNG 氣體由一級(jí)減壓室直接進(jìn)入三級(jí)減壓室，增大了天然氣的供給量，起動(dòng)調(diào)整螺釘用于調(diào)整旁通氣道進(jìn)口截面的大小，可根據(jù)需要改變啟動(dòng)時(shí) CNG 氣體的供給量。 1.4.3 減壓 閥的工作過(guò)程 1.4.3.1 啟動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速極低，混合器喉管處的氣流速度及真空度都很低，因此，三級(jí)閥門(mén)的開(kāi)度很小，吸出的 CNG氣體數(shù)量也很少。尤其在冷啟動(dòng)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度很低，氣缸內(nèi)混合氣過(guò)稀，難以保證其著火與燃燒。為保證順利啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，要求在啟動(dòng)時(shí)減壓器供給較濃的混合氣，完成這項(xiàng)任務(wù)的裝置是起動(dòng)電磁閥。 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電磁閥接通，起動(dòng)旁通氣道打開(kāi)，來(lái)自一級(jí)減壓室的 CNG氣體經(jīng)起動(dòng)電磁閥的閥門(mén)和旁通氣道直接進(jìn)入三級(jí)減壓室，通過(guò)燃料出口供給混合氣，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的順利著火運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的 升高，混合器喉管中的真空度增加，三級(jí)減壓室的閥門(mén)開(kāi)度相應(yīng)增大，從一級(jí)減壓室、二級(jí)減壓室送 8 出的天然氣增多，可保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，起動(dòng)電磁閥關(guān)閉，截?cái)嗯酝獾馈?1.4.3.2 怠速工況 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于節(jié)氣門(mén)開(kāi)度很小，轉(zhuǎn)速又低，因此混合器喉管處的真空度很低，難以從減壓器燃料出口吸出天然氣，但怠速工況下節(jié)氣門(mén)后面的真空度卻很高，利用一真空管將此真空度引入真空泵室，節(jié)氣門(mén)后的真空度越大，真空膜片壓縮真空彈簧并帶動(dòng)三級(jí)閥門(mén)開(kāi)啟得越大，進(jìn)入三級(jí)減壓室的 CNG 便增多，這就滿足了怠速工況對(duì)混合氣的要求。 1.4.3.3 一般運(yùn)轉(zhuǎn)工況 在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，隨著節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的增大及轉(zhuǎn)速的升高，混合器喉管處的真空度也在不斷的增大，這一真空度通過(guò)主通道傳到三級(jí)減壓室，使三級(jí)減壓室的閥門(mén)開(kāi)度增大，送出較多的天然氣以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的需要。 1.4.3.4 瞬變工況 汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，由于路況的突變會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的突然改變，從而導(dǎo)致喉管真空度發(fā)生變化，三級(jí)減壓室的壓力就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，此壓力波動(dòng)將會(huì)影響到三級(jí)閥門(mén)開(kāi)度的大小，使三級(jí)減壓室 CNG 供給量發(fā)生相應(yīng)的變化，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，為了保證減壓閥在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變工況下的工作穩(wěn)定性，減 壓閥中各運(yùn)動(dòng)零件的質(zhì)量應(yīng)較小。 1.4.3.5 停機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作后，混合器喉管處及節(jié)氣門(mén)后的真空度均消失，三級(jí)膜片及真空膜片均在各彈簧預(yù)緊力的作用下處于平衡狀態(tài)，三級(jí)閥門(mén)在三級(jí)杠桿彈簧的作用下關(guān)閉，停止向混合器供給天然氣。 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 9 2 設(shè)計(jì)方案的研究與選擇 2.1 減壓調(diào)節(jié)器的分類(lèi) 減壓閥按其結(jié)構(gòu)主要分為彈簧活塞式減壓閥、彈簧膜片式減壓閥、氣腔控制活塞式減壓閥和氣腔控制膜片式減壓閥；按多級(jí)減壓室的組裝方式可分為正壓進(jìn)氣減壓閥和負(fù)壓進(jìn)氣減壓閥；按減壓方式可分為杠桿式減壓閥和正負(fù)式彈簧減壓閥；按 是否用電動(dòng)控制可分為機(jī)電控制式減壓閥和機(jī)械控制式減壓閥。 2.2 方案選擇 2.2.1 方案一及其優(yōu)缺點(diǎn) 根據(jù)以上分析，采用三級(jí)減壓，本方案擬采用三級(jí)減壓，中壓截止，負(fù)壓進(jìn)氣，機(jī)械啟動(dòng)式。一級(jí)減壓方式為杠桿減壓，二級(jí)減壓方式為正負(fù)彈簧減壓。 本方案的工作原理方框圖如下： 本方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)單，鑄造容易，高度小，體積小，零部件少。其缺點(diǎn)是不太安全，如果一級(jí)閥室損壞，高壓天然氣會(huì)從安全閥中排泄到大氣中，污染環(huán)境，如果不關(guān)閉手動(dòng)截止閥， 4.0MPa 左右的天然氣長(zhǎng)期作用在一、二級(jí)閥室，使閥室的彈簧、橡膠 的使用壽命下降，而且正負(fù)壓彈簧減壓精度難以控制，需要較高的技術(shù)，因此可靠性較差。本方案還有一個(gè)缺點(diǎn)就是起動(dòng)不方便，起動(dòng)時(shí)需要用人工調(diào)節(jié)怠速旋鈕。 2.2.2 方案二及其優(yōu)缺點(diǎn) 根據(jù)以上分析，采用三級(jí)減壓，本方案擬采用三級(jí)減壓，高壓截止，負(fù)壓進(jìn) 10 氣，一、二、三級(jí)減壓方式都是采用杠桿減壓，機(jī)動(dòng)起動(dòng)，組合式。 本方案的工作原理方框圖如下： 此方案的優(yōu)點(diǎn)是容易控制，精度高，起動(dòng)容易，安全。其缺點(diǎn)是鑄造難度大，體積大，零部件多，費(fèi)用較高。 2.2.3 設(shè)計(jì)方案的選擇 經(jīng)過(guò)對(duì)方案一和方案二的研究，本設(shè)計(jì)選擇方案二， 因?yàn)椴捎梅桨付墒箿p壓閥操作簡(jiǎn)單，方便，而且，這種方案更加安全。但是在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量降低鑄造的難度，減少零部件的數(shù)量。 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 11 3 總體方案設(shè)計(jì) 3.1 一級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì) 3.1.1 一級(jí)減壓閥的工作原理 一級(jí)減壓閥為常開(kāi)式減壓閥，主要由閥座、閥芯、杠桿、膜片、彈簧、減壓室等部分組成。該減壓閥在未通入氣體時(shí)，閥芯與閥口保持一定的間隙，通入高壓氣體時(shí)，隨著閥室壓力的升高，氣體作用在膜片下方并克服膜片上方彈簧的壓力使膜片及其芯子產(chǎn)生向上的動(dòng)作，從而帶動(dòng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使閥口關(guān)閉。當(dāng)減壓室的氣體向二 級(jí)減壓閥輸出后，壓力降低，膜片及其芯子下移，閥口打開(kāi)，使高壓氣體再次進(jìn)入一級(jí)閥室，如此反復(fù)，使減壓閥在保證流量的基礎(chǔ)上，出口壓力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。該減壓閥的壓力彈簧為不可調(diào)節(jié)式彈簧，如果要調(diào)節(jié)出口壓力和流量，可調(diào)節(jié)杠桿上的調(diào)節(jié)螺釘或更換壓力彈簧。 3.1.2 一級(jí)減壓閥閥室的設(shè)計(jì) 為了密封的嚴(yán)密性，閥室的壁厚初選 5mm，由于初始?xì)怏w壓強(qiáng)在 2-20MPa之間變化，氣體對(duì)閥芯的沖擊力在幾十牛頓至幾百牛頓之間變化，因此，閥室的內(nèi)徑不能取得太小，但是也沒(méi)有必要取得太大，參考現(xiàn)有減壓閥，初選 64mm。閥室的容積與閥 室的高度有關(guān)，容積的大小，與氣體變化快慢程度相關(guān)，因此，也要取得適當(dāng)，再參照已有減壓閥，初選 27mm。 因?yàn)闅んw及蓋板的實(shí)驗(yàn)應(yīng)力為 0.8+0.1MPa，因此，對(duì)一級(jí)閥室的強(qiáng)度進(jìn)行如下校核： 5d 1 02hbh 一 級(jí) 一 級(jí) 一 級(jí)一 級(jí) 一 級(jí) （ 3-1） 式中， 一 級(jí)=5mm， d一 級(jí)=64mm， h一 級(jí)=27mm 則 5665 1 0 2 7 6 4 1 02 5 2 7 1 0b =32 510 N/m2=3.2N/mm2 b =63.7 N/mm2 所以，閥室的強(qiáng)度滿足要求。 3.1.3 一級(jí)減壓閥杠桿、彈簧與閥口的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)閥口時(shí)，閥口不能取得太大，但也不能太小。閥口太大，流量難以控制，閥口太小，氣體壓強(qiáng)受到影響，因此，在參考了現(xiàn)有減壓閥的設(shè)計(jì)之后，一 12 級(jí)閥口的內(nèi)徑初選 4.0mm，外徑初選 6.0mm，杠桿的長(zhǎng)度初選 36mm，高度初選9.5mm。閥芯的最大行程初選 0.5 0.1mm，膜片到一級(jí)閥蓋下壁的距離 初選25mm，上壓板直徑初選 40mm，厚度初選 3mm，則彈簧初始?jí)嚎s后的長(zhǎng)度初選為 22mm。 因?yàn)樵撻y的最大流量可達(dá) 40m3/h，當(dāng)氣體初始?jí)簭?qiáng)為 2-20MPa 時(shí)，閥口的實(shí)際開(kāi)度并不等于 0.5 0.1mm，只有當(dāng)氣體壓強(qiáng)小于 1MPa 時(shí)，閥口開(kāi)度才能達(dá)到0.5 0.1mm，此時(shí)，一級(jí)閥室的壓強(qiáng)不能保持在原定范圍，但其流量可達(dá) 40m3/h。 天然氣縫隙減壓的壓降與流量 q 的關(guān)系與其粘度有關(guān)，天然氣粘度在不同壓強(qiáng)狀態(tài)下的值是不同的，下面對(duì)天然氣在高壓狀況下的粘度進(jìn)行計(jì)算（因?yàn)樘烊粴獾闹饕煞菔羌淄?，甲烷的含量可高達(dá) 98 ，故在計(jì)算過(guò)程中，將天然氣的物理性質(zhì)以甲烷為準(zhǔn)）。 根據(jù)烴類(lèi)物理化學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè) 822 頁(yè)，關(guān)于高壓下氣體粘度的計(jì)算， （0） =1.08 1 . 8 5 8 e x p ( 1 . 4 3 9 ) e x p ( 1 . 1 1 ) rr （ 3-2） cr VV （ 3-3） 1634()ccTM W P （ 3-4） 再根據(jù)烴類(lèi)物理化學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè) 896 頁(yè)和 86 頁(yè)查得關(guān)于甲烷的參數(shù)如下： 絕對(duì)粘度0=109.95 10-7Pag s, 臨界壓力 Pc=4604KPa=4604000/1.01325=46.04atm 臨界溫度cT=190.58K, 臨界體積cV=0.099 10-3m3/mol， 分子量 MW=16.0139 則計(jì)算得： 16341 9 0 . 5 8()1 6 . 0 1 3 9 4 6 . 0 4 =0.0467 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 1 1 11 . 4 3 91 . 0 8 rree 當(dāng)天然氣壓強(qiáng)為 20MPa 時(shí)， 2000 . 0 9 9 2 2 . 4cr VV =0.884 則， 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 4 3 9 0 . 8 8 4 1 . 1 1 1 0 . 8 8 41 . 0 8 ee 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 13 =1.08 （ 3.568-0.413） =3.407 1 0 9 . 9 5 7 2 . 9 6 =182.9 P 當(dāng)天然氣壓強(qiáng)為 2MPa 時(shí)， 200 . 0 9 9 2 2 . 4cr VV =0.0884 則， 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 4 3 9 0 . 0 8 8 4 - 1 . 1 1 1 0 . 0 8 8 41 . 0 8 e - e =1.08 （ 1.136-0.988） =0.1598 -109.95=0.1598/0.0467=3.423 =133.27 P 當(dāng)天然氣壓強(qiáng)為 0.5MPa 時(shí)， 50 . 0 9 9 2 2 . 4cr VV =0.0221 則， 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 4 3 9 0 . 0 2 2 1 - 1 . 1 1 1 0 . 0 2 2 11 . 0 8 e - e =1.08 （ 1.0323-0.9991） =0.0359 -109.95=0.769 =110.72 P 當(dāng)天然氣壓強(qiáng)為 0.3MPa 時(shí)， 30 . 0 9 9 2 2 . 4cr VV =0.01326 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 4 3 9 0 . 0 1 3 2 6 - 1 . 1 1 1 0 . 0 1 3 2 61 . 0 8 e - e =1.08 （ 1.0193-0.9996） =0.0218 -109.95=0.446 =110.4 P 當(dāng)天然 氣壓強(qiáng)為 0.2MPa 時(shí)， 14 r 20 . 0 9 9 2 2 . 4cVV =0.00884 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 4 3 9 0 . 0 0 8 8 4 - 1 . 1 1 1 0 . 0 0 8 8 41 . 0 8 e - e =1.08 (1.0128-0.9998) =0.014 -109.95=0.3 =110.25 P 查液壓與氣動(dòng)技術(shù) 946 頁(yè)得氣體流經(jīng)平行圓環(huán)平面縫隙的質(zhì)量流量為： 3 2 21221()1 2 l nmh P PqrRTr （ 3-5） 式中， r1、 r2 為圓環(huán)的大、小半徑， r1=5.5mm， r2=7.5mm 氣體常數(shù) R=0.5183KJ/Kg K=518.3J/Kg K 當(dāng) P1=20MPa， P2=0.5MPa 時(shí)， 3 2 2 1 2m a x73 . 1 4 ( 2 0 0 . 5 ) 1 040 0 . 7 1 71 8 2 . 9 1 1 0 . 7 2 7 . 53600 1 2 1 0 5 1 8 . 3 3 2 3 . 1 5 l n2 5 . 5h maxh=0.039 410 m=0.0039mm 當(dāng) P1=2MPa， P2=0.5MPa 時(shí)， m a x3 2 273 . 1 4 ( 2 0 . 5 )40 0 . 7 1 71 3 3 . 2 7 1 1 0 . 7 2 7 . 53600 1 2 1 0 5 1 8 . 3 3 2 3 . 1 5 l n2 5 . 5h maxh=0.173 410 m=0.0173mm 氣體從小孔流出流經(jīng)兩圓盤(pán)平面間的縫隙時(shí)，作用于圓盤(pán)的總壓力公式為： 2 2 2122 2 2 121() ()2 l n ( )aPPF P r r rrr 一 （ 3-6） 當(dāng)1P=20MPa 時(shí)，高壓天然氣作用于閥芯的力為： 66 3 2 3 2 3 23 . 1 4 ( 2 0 0 . 5 ) 1 00 . 5 1 0 3 . 1 4 ( 7 . 5 1 0 ) ( 7 . 5 1 0 ) ( 5 . 5 1 0 ) 7 . 52 l n ( )5 . 5aF 一 =88.3125+2567.7 =2656N 當(dāng) 1P =2MPa 時(shí)，高壓天然氣作用于閥芯的力為： 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 15 6 6 3 2 3 2 3 23 . 1 4 ( 2 0 . 5 ) 1 00 . 5 1 0 3 . 1 4 ( 7 . 5 1 0 ) ( 7 . 5 1 0 ) ( 5 . 5 1 0 ) 7 . 52 l n ( )5 . 5aF 一 =88.3125+197.516 =285.8N 當(dāng)1P=20MPa，2P=0.32MPa 時(shí)，膜片芯子受膜片向上的推力為： F P A F 一 芯 一 芯 有 效 （ 3-7） 214dA 222 1 1有 效2d d d（ - ）4 4 d （ 3-8） 其中，2d為閥室內(nèi)徑，1d為上壓板的直徑 2d=64mm，1d=40mm 3 2 3 2 3 23 . 1 4 ( 6 4 1 0 ) 3 . 1 4 ( 4 0 1 0 ) 4 0 3 . 1 4 ( 4 0 1 0 )4 4 6 4 4A 有 效 =3685 610 2m 則， 6 h3 6 8 5 1 0 a lFF 5 杠 桿一 芯杠 桿（ 3.2-1 ） 10 =810.7-700.9 20.536 =109.8N 110N 當(dāng)1P=20MPa，2P=0.55MPa 時(shí)，膜片芯子受膜片向上的推力為： F P A F 一 芯 一 芯 有 效 = 56 h( 5 . 5 1 ) 1 0 3 6 8 5 1 0 alF 杠 桿杠 桿 =1685.25-2656 9.536 =957.4N 957N 當(dāng)1P=2MPa，2P=0.32MPa 時(shí)，膜片芯子受膜片向上的推力為： F P A F 一 芯 一 芯 有 效 = 6 h3 6 8 5 1 0 a lF 5 杠 桿杠 桿（ 3.2-1 ） 10 16 =810.7-285.8 9.536 =735.3N 735N 當(dāng)1P=2MPa，2P=0.55MPa 時(shí)，膜片芯子受膜片向上的推力為： F P A F 一 芯 一 芯 有 效 =56 h( 5 . 5 1 ) 1 0 3 6 8 5 1 0 a lF 杠 桿杠 桿 = 9 . 51 2 8 9 . 7 2 8 5 . 836 =1582.8N 1583N 通過(guò)以上計(jì)算可知，彈簧在1P=20MPa，2P=0.32-0.55MPa 時(shí)的受力范圍為110N-957N；在1P=2MPa，2P=0.32-0.55MPa 時(shí)的受力范圍為 735 N1583N 。因此，要保證1P=2-20MPa 時(shí)，2P=0.3-0.55MPa 時(shí)，彈簧的受力范圍必須在 735N-957N范圍內(nèi)。 在彈簧的設(shè)計(jì)中，試取初始?jí)嚎s量1=2mm，所受壓力1P=160N，2=4mm，2P=454N，彈簧自由高度 H彈 簧=30mm。 則， 2k=2121PP = 454 16042 =147N/mm 當(dāng)1P=20MPa 時(shí)，max1h=0.0039mm 又因?yàn)楦軛U的長(zhǎng)度 l杠 桿=36mm，高度 h杠 桿=9.5mm， 所以，1P=20MPa 時(shí)，彈簧在工作時(shí)的作用力變化值為： F = 360 .0 0 3 9 1 4 79 .5 =2.18N 3N 又因?yàn)殚y芯的行程 l閥 芯 行 程=0.5 0.01mm，膜片芯子的實(shí)際上移距離： 1l 芯 子 變 動(dòng) 360 . 5 1 . 8 9 m m9 . 5 所以，彈簧在 0P =220MPa， 1P 最大時(shí)的受力為： 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 17 maxF=111lPK 芯 子 變 動(dòng) = 1601 6 0 1 .8 92 =311N 彈簧在0P=220MPa，1P最小時(shí)的受力為： m in m a xF F F =311-3 =308N 根據(jù)對(duì)彈簧的設(shè)計(jì)，可算出在該彈簧的作用下，一級(jí)減壓閥閥室的氣體在0P=2-20MPa 時(shí)的實(shí)際壓力范圍值。 5m a x1 s m a x 1 . 1 1 0FP A 有 效 = 56311 1 . 1 1 03 6 8 5 1 0 = 51.94 10 Pa 5m i n1 s m i n 1 . 1 1 0FP A 有 效 = 56308 1 . 1 1 03 6 8 5 1 0 = 51.93 10 Pa 通過(guò)以上計(jì)算，一級(jí)減壓彈簧可設(shè)計(jì)如下： 自由高度10H=30mm，11=2mm，11P=160N，12=4mm，12P=454N，1 21.5m mD ，1d 3.5mm，中徑12D=18mm，總?cè)?shù)為 5.5 圈，有效圈數(shù)為 3.5 圈，旋向右，熱處理 HRC4550，彈簧表面不得有任何傷痕和毛刺 ，表面法蘭處理。 該彈簧的示意圖如下圖 3.1 所示： 18 圖 3.1 一級(jí)減壓閥彈簧 下面對(duì)該彈簧進(jìn)行強(qiáng)度校核： 根 據(jù) 機(jī)械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 13 7-5 頁(yè)，表 7.1-4 彈 簧 常 用 材 料（ 摘 自GB/T1239.6-1992）彈簧材料選擇閥門(mén)用油淬火回火碳素彈簧鋼絲（ GB4359）牌號(hào)為 65Mn，這類(lèi)材料的性能是強(qiáng)度高，性能好，用于內(nèi)燃機(jī)閥門(mén)彈簧或類(lèi)似用途彈簧，直徑 2.0-6.0mm，而本設(shè)計(jì)的彈簧絲直徑 d=3.5mm，滿足要求；推薦溫度范圍為 -40-150， 而本設(shè)計(jì)的減壓閥要求在 -5-85 ，符合推薦溫度范圍。根據(jù)表 7.1-6彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度b（摘自 GB/T1239.6-1992） 直徑為 3.5mm 的由該材料制成的彈簧的b=1422MPa，由 7-10 頁(yè)的計(jì)算公式可得： 旋繞比 C=dD=5.318=5.14，滿足 4C10 的要求； 曲度系數(shù) K=CCC 615.044 14 (3-9) K=14.5 615.0414.54 114.54 =1.18+0.12 =1.3 由公式 7.1-3 pdKCFdK D F 23 88 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 19 式中， F=12 PP=454-160=294N 則 , M PadKCF6.4 0 8)105.3(14.32 9 414.53.188232 再由 7-8 頁(yè)表 7.1-8 彈簧的許用應(yīng)力（摘自 GB/T1239.6-1992）可知，由淬火回火鋼絲制成的壓縮彈 類(lèi)（指受變載荷作用次數(shù)在 106 以上的彈簧）的許用切應(yīng)力p為（ 0.35 0.40）b，為了安全，取最小值p=0.35b 則 , p=0.35b =0.35 1422 =497.7MPa 因此，p =408.6MPa，滿足強(qiáng)度要求，此設(shè)計(jì)合理。 3.2 二級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì) 3.2.1 二級(jí)減壓閥的工作原理 二級(jí)減壓閥的工作原理與一級(jí)減壓閥的工作原理基本一致，也屬于常開(kāi)式減壓閥，利用縫隙進(jìn)行減壓，但也有一定的不同的地方，二級(jí)減壓閥的壓力彈簧是鈕簧，可調(diào)節(jié)，而杠桿是不可調(diào)節(jié)的，閥芯可實(shí)現(xiàn)微調(diào)。 3.2.2 二級(jí)減壓閥閥室及蓋板、杠桿、上檔板的設(shè)計(jì) 二級(jí)閥室設(shè)計(jì)在殼體的背面，閥 口內(nèi)徑 d二 級(jí) 閥 口=5mm，閥口外徑 D二 級(jí) 閥 口=8mm。二級(jí)閥室除了與一級(jí)閥室聯(lián)通外，還與怠速閥閥室和三級(jí)閥閥室聯(lián)通，二級(jí)閥室上面有閥蓋，三級(jí)閥口設(shè)計(jì)在二級(jí)閥蓋上。二級(jí)閥與一級(jí)閥一樣，利用縫隙減壓原理對(duì)其進(jìn)行減壓，二級(jí)閥膜片的實(shí)際受力并移動(dòng)的面積與蓋上 49 的孔面積相等。二級(jí)閥膜片上擋板直 徑2D下 檔初選 31mm，杠桿在左端部分的轉(zhuǎn)臂初選為26.5mm，右端部分的轉(zhuǎn)臂長(zhǎng)度初選為 16.5mm，即2al杠 桿=26.5mm，2bl杠 桿=16.5mm。 3.2.3 二級(jí)減壓閥彈簧的設(shè)計(jì) 由已知條件得知，當(dāng)二級(jí)閥口vq=0 時(shí)，2P=0.21MPa，1P=0.38MPa，當(dāng)二級(jí)閥口流量 vq=40 3m /h 時(shí)，2P=0.19MPa，1P=0.36MPa。 根據(jù)公式 3-5，可算出二級(jí)閥口在 0P =2-20 MPa 時(shí)的最大縫隙 maxh 。 20 maxh= 23 122121 2 l n ( )()mrq R TrPP 式中： mq= 40 0.7173600=0.00797Kg/s， = 1 8 2 . 9 1 1 0 . 7 2 7102 =146.81 710 P R=518.3 /J Kg K T=50+273.15=323.15K 2r =2D二 級(jí) 閥 口=82=4mm 1r = d2二 級(jí) 閥 口=52=2.5mm 1P =0.36MPa 2P=0.19MPa 則 maxh= 731240 . 0 0 7 9 7 1 2 1 4 6 . 8 1 1 0 5 1 8 . 3 3 2 3 . 1 5 l n2 . 53 . 1 4 1 0 22（ 0.36 ） （ 0.19 ） =0.722 410 m =0.0722mm 則，膜片芯子的最大移動(dòng)量為： 2 6 . 50 . 0 7 2 2 1 6 . 5l 芯 子=0.116mm 膜片芯子受膜片向下的作用力： F二 芯 = 2PA二 芯 有 效 (3-10) 其中， P二 芯為膜片在流量最大時(shí)上下面之間的壓力差，2A有 效為與二級(jí)彈簧壓力相等的作用力除以膜片上下面之間的壓力差后的值。 2223 . 1 44 9 4DA 22 2 上 擋 2 上 擋 下 擋有 效3 . 1 4 D D3 . 1 4 4 9（ - ）44 = 223 1 3 . 1 4 3 14 9 4 23 . 1 4 4 9 3 . 1 4 3 1（ - ）44 =（ 1884.785- 754.385） 0.633 754.385 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 21 =1470 2mm 當(dāng)2P=0.21MPa 時(shí)，膜片芯子 受膜片向下的作用力為： 61 4 7 0 1 0F 6二 芯 （ 0.21-0.11 ） 10 =147N 當(dāng)2P=0.19MPa 時(shí)，膜片芯子受膜片向下的作用力為： 6 1 4 7 0 1 0F 6二 芯 （ 0.19-0.11 ） 10 =117.6N 118N 在上述計(jì)算式中， 60.11 10 Pa 為大氣壓的壓力，三級(jí)閥室的壓力約等于大氣壓。 根據(jù)上述計(jì)算可得二級(jí)彈簧在2 0 . 1 9 0 . 2 1P M P a的情況下的受力范圍為118N147N，則其彈性系數(shù)為： 2()FFKl二 芯 二 芯芯 子 (3-11) K2 = 147 1180.116=250N/mm 由以上計(jì)算可看得出來(lái)，2K值太大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可選2K=40N/mm，這樣，二級(jí)閥的氣體變化量可控制在 0.0032MPa 左右，通過(guò)調(diào)節(jié)閥芯和膜片芯子上與彈簧相接觸的螺母，使其滿足2P=0.190.21MPa 這一條件。 現(xiàn)將二級(jí)減壓閥彈簧的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖 3.2 所示： 圖 3.2 二級(jí)減壓閥彈簧 22 3.3 三級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì) 3.3.1 三級(jí)減壓閥的工作原理 在本次設(shè)計(jì)中，三級(jí)減壓閥是常閉式的閥，主要是利用閥室的真空度進(jìn)行調(diào)壓。當(dāng)閥室內(nèi)的真空度為 0 或是不夠大時(shí)，在壓力彈簧的作用下，閥口處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)閥室處于負(fù)壓或真空度大于一定的值時(shí)，膜片兩邊的壓力差使膜片向閥室里運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)杠桿克服彈簧壓力，使閥口打開(kāi)供氣。三級(jí)壓力彈簧的壓力可以根據(jù)具體的 情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。天然氣的流量完全由發(fā)動(dòng)機(jī)的真空度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 3.3.2 三級(jí)減壓閥蓋板、杠桿、上擋板、閥口的設(shè)計(jì) 三級(jí)閥蓋的底邊外徑與減壓閥殼體底邊的外徑相同，初選 192mm，閥蓋的底邊寬度初選為 11mm，可安裝 M6 的螺栓和螺母。蓋板的 8 個(gè)螺孔均布，在閥蓋上還有 4 個(gè)進(jìn)氣孔，從而使膜片與大氣相通。 杠桿的長(zhǎng)度初選為 85mm，頭部與三級(jí)調(diào)節(jié)彈簧相連，在安裝閥芯的部位有一塊墊板，在墊板上絞螺紋孔使閥芯更加牢固。下面是三級(jí)減壓杠桿剖面簡(jiǎn)圖。 圖 3.3 三級(jí)減壓閥杠桿 三級(jí)閥口的內(nèi)徑初選為 8mm，外徑初選為 11mm，三級(jí)閥的真空度一般為0.31KPa。 三級(jí)閥的上擋板的直徑初選3上 擋D=45mm，厚度初選 1.5mm，中間開(kāi) 5.5 的孔。 3.3.3 三級(jí)減壓閥調(diào)節(jié)彈簧的設(shè)計(jì) 三級(jí)閥膜片芯子受膜片向上的作用力為： 3F A P 三 芯 有 效 真 (3-12) 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 23 3A有 效= 214d 222 1 12d d d（ - ）4 4 d = 223 3 34 1 9 2 1 2 2 4D D D 2 上 擋 上 擋 上 擋（ 1 9 2 - 1 2 2 ）4 = 223 . 1 4 3 . 1 4 4 5 4 5 3 . 1 4 4 54 1 9 2 1 2 2 4 2（ 1 9 2 - 1 2 2 ）4 = （ 22155.84-1589-625 ） 0.268+1589.625 =7101.4 2mm 637 1 0 1 . 4 1 0 0 . 3 1 0F 三 芯 =2.2N 6 37 1 0 1 . 4 1 0 1 1 0F 三 芯 =7.1N 當(dāng)流量為 40 3/mh時(shí)，三 級(jí)閥口的最大縫隙maxh為： 23 1m a x 22211 2 l n()mrq R TrhPP = 732 2 1 25 . 51 2 0 . 0 0 7 9 7 1 4 6 . 8 1 1 0 5 1 8 . 3 3 2 3 . 1 5 l n43 . 1 4 ( 0 . 1 9 0 . 1 1 ) 1 0 =0.998 410 m =0.0998mm 膜片芯子的移動(dòng)量為： l三 芯 = max 5711h = 570.0998 11 =0.517mm 三級(jí)壓力彈簧在三級(jí)閥真空度為 0.31KPa 時(shí)的最小壓縮為： m a x 5 7 5 72 . 2 1 1 . 41 1 1 1F F N 三 彈 三 芯 m a x 5 7 5 77 . 1 3 6 . 81 1 1 1F F N 三 彈 三 芯 現(xiàn)把三級(jí)壓力調(diào)節(jié)旋鈕剛旋入時(shí)的彈 簧長(zhǎng)度初選為 35mm，把三級(jí)壓力調(diào)節(jié)旋鈕旋緊后的彈簧長(zhǎng)度初選為 29.8mm，則三級(jí)壓力調(diào)節(jié)彈簧可設(shè)計(jì)如下： 0 35H mm，1 31.6mm ，1 3PN，2 29.8mm ，2 4.8PN，彈簧絲直徑 d=0.7mm，彈簧中徑為 6.5mm，總?cè)?shù)為 12，有效圈數(shù)為 4310 ，彈簧需要熱處理，回火，表面氧化，兩端面并緊磨平。 下面對(duì)該彈簧進(jìn)行強(qiáng)度校核： 24 根 據(jù) 機(jī)械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 13 7-5 頁(yè)，表 7.1-4 彈 簧 常 用 材 料（ 摘 自GB/T1239.6-1992）彈簧材料選擇碳素彈簧鋼絲（ D 級(jí)），這類(lèi)材料的性能是強(qiáng)度高，性能好， D 級(jí)用于高應(yīng)力彈簧，直徑 0.08 6.0mm，而本設(shè)計(jì)的彈簧絲直徑d=0.7mm，滿足要求；推薦溫度范圍為 -40 130， 而本設(shè) 計(jì)的減壓閥要求在 -5 85 ，符合推薦溫度范圍。根據(jù)表 7.1-5 彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度b（摘自GB/T1239.6-1992） 直徑為 0.7mm 的由該材料制成的彈簧的b=1710MPa，由 7-10頁(yè)的計(jì)算公式可得： 旋繞比 C=dD=7.08.5=8.29，滿足 4C10 的要求； 曲度系數(shù) K=CCC 615.044 14 =29.8 615.0429.84 129.84 =1.1+0.07 =1.17 由公式 7.1-3 pdKCFdK D F 23 88 式中， F= 12 PP =4.8-3=1.8N 則， M PadKCF7.90)107.0(14.38.129.817.188232 再由 7-8 頁(yè)表 7.1-8 彈簧的許用應(yīng)力（摘自 GB/T1239.6-1992）可知，由碳素鋼絲制成的壓縮彈 類(lèi)（指受變載荷作用次數(shù)在 106 以上的彈簧）的許用切應(yīng)力p為（ 0.30 0.38）b，為了安全，取最小值p=0.30b 則 p=0.30b =0.30 1710 =512MPa 因此，p =90.7MPa，滿足強(qiáng)度要求，此設(shè)計(jì)合理。 閥芯兩面的壓力差對(duì)閥芯的作用力為： 2 68 104FP 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 25 = 2563 . 1 4 81 . 0 1 0 1 04 =5.024N 通過(guò)調(diào)節(jié)三級(jí)壓力調(diào)節(jié)旋鈕可調(diào)節(jié)三級(jí)閥的初始開(kāi)度。 3.3.4 三級(jí)減壓閥膜片的設(shè)計(jì)與校核 三級(jí)減壓閥減壓的原 理主要是根據(jù)真空度的原理進(jìn)行減壓，三級(jí)閥與大氣相通，利用膜片內(nèi)外的壓差進(jìn)行氣體的控制?，F(xiàn)對(duì)三級(jí)閥的膜片進(jìn)行設(shè)計(jì)。 三級(jí)閥的膜片直徑與外殼的外徑基本相同，初選 196mm，內(nèi)徑初選 180mm，周?chē)_(kāi) 8 個(gè) 6 螺紋孔，使連接三級(jí)閥蓋與閥體的螺紋從中穿過(guò)。厚度初選 3mm?，F(xiàn)將膜片示意圖表示如圖 3.4： 圖 3.4 三級(jí)減壓閥膜片 對(duì)三級(jí)閥膜片進(jìn)行校核： 根據(jù)實(shí)用閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè) 111134 頁(yè)表 5-235 橡膠膜片厚度計(jì)算公式： 0 .7 c mzm mPAD (3-13) 式中，減壓閥的出口壓力cP=0.3-1KPa 26 膜片的自由面積mzA 221 8 0 6444 =25434-113 =25321 2mm 膜片的直徑mD=196mm 膜片的厚度 m 1mm 則， 0.7c mzmmPAD =11 9 614.3 2 5 3 2 1103.07.03 =0.01MPa 查 1134 頁(yè)表 5-236 橡膠的許用剪切應(yīng)力 =2.4MPa 所以， ，強(qiáng)度滿足要求。 3.4 怠速閥的設(shè)計(jì) 3.4.1 怠速閥的工作原理 怠速閥是在發(fā)動(dòng)機(jī)起 動(dòng)時(shí)從二級(jí)閥向發(fā)動(dòng)機(jī)直接輸氣的閥。在發(fā)動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)真空度，供給發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的氣體只能從二級(jí)閥室直接輸出。在怠速閥中有一個(gè)與閥體旋緊且密封的室，它與二級(jí)閥室相連通。當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，閥芯向上移動(dòng)，氣體由二級(jí)閥經(jīng)斜孔流入密封室，再經(jīng)垂直小孔流入閥體內(nèi)腔，并最終流入發(fā)動(dòng)機(jī)。 3.4.2 怠速閥閥室及閥體的設(shè)計(jì) 怠速閥閥室的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示： 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 27 圖 3.5 怠速閥閥室 閥室的 62 的內(nèi)腔可放置電磁鐵， M14 螺紋可與閥體旋合， 氣體只貯存在M14 螺孔腔內(nèi)。 22 圓端面用密封墊圈密封。 怠速閥體是用 QAL10-4-4 材料制作而成，它的形狀如下圖所示： 圖 3.6 怠速閥閥體 閥體左邊的 M12 的螺紋可與螺母旋合，從而固定住電磁鐵， 10 內(nèi)腔可放置閥芯和調(diào)節(jié)螺栓，右邊的 M14 的螺紋與閥室 M14 的螺紋旋合，并壓緊密封墊圈。 28 6 圓柱從閥室底孔 6.5 穿過(guò)。 3.4.3 怠速閥芯及怠速閥彈簧的設(shè)計(jì) 怠速閥芯是用電工鋼 DT4 材料制成的。閥芯的剖視簡(jiǎn)圖如下圖所示： 圖 3.7 怠速閥閥芯 因?yàn)閺椈稍O(shè)計(jì)與閥芯的質(zhì)量有關(guān)，即減壓閥倒置時(shí)，閥芯不能移動(dòng)，這就意味著彈簧的最小壓縮力應(yīng)大于閥芯的重力。下面對(duì)閥芯的重力進(jìn)行粗略計(jì)算。 G m g vg (3-14) 根據(jù)上面的視圖可得： hSv (3-15) v= 2 2 2 23 . 1 4 1 0 3 . 1 4 7 3 . 1 4 3 . 8 3 . 1 4 4 . 51 9 3 1 . 9 6 . 54 4 4 4 =1491.5+115.4+21.5-103.3 =1525.1 2mm =1.525 6310m 查 DT4 的密度 =7.85 3/g cm =7.85 3310 /Kg m 則 G vg = 367 . 8 5 1 0 1 . 5 2 5 1 0 9 . 8 =0.12N 對(duì)于彈簧的設(shè)計(jì)，先選擇彈簧的材料為碳素彈簧鋼絲 a1.1-d制成的。把彈簧壓縮后的最大長(zhǎng)度設(shè)計(jì)初選為 18mm，彈簧的自由長(zhǎng)度初選為 24mm，則彈簧的1=6mm，1P=3.2N，中徑2D=15mm， d=1.1mm，右旋，總?cè)?shù)為 6，有效圈數(shù) 4。 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 29 3.5 其他重要零部件的設(shè)計(jì) 3.5.1 高壓電磁閥閥芯、先導(dǎo)閥、彈簧的設(shè)計(jì) 高壓電磁閥先導(dǎo)閥是用 59-1 鉛黃銅制作而成的，它放置在 8 的閥體內(nèi)腔里，其形狀如下圖 3.8 所示： 圖 3.8 高壓電磁閥先導(dǎo)閥 先導(dǎo)閥的重 量輕，體積小，容易被磁鐵吸起，它的 5 孔可裝入彈簧的一端， 4 的柱體用于堵住閥芯的 1.5 孔。閥芯的體積大，受壓力大，不易被電磁鐵吸起，當(dāng)先導(dǎo)閥被吸起后， 2 20MPa 的氣體從閥芯 1.5 的小 孔流出后，閥芯下部的壓強(qiáng)在不斷增大，兩邊的壓差逐漸消失，閥芯被電磁鐵很容易的提起，閥芯的簡(jiǎn)圖如圖 3.9 所示。 圖 3.9 高壓電磁閥閥芯 高壓電磁閥彈簧的初始?jí)毫?P與閥芯和先導(dǎo)閥的重力有關(guān)，先導(dǎo)閥與閥芯的重量粗略計(jì)算如下： 查得 59-1 鉛黃銅的密度 = 338 .5 1 0 /K g m 根據(jù)以上兩個(gè) 簡(jiǎn)圖可計(jì)算出體積 30 2 2 2 2 23 . 1 4 8 3 . 1 4 5 3 . 1 4 4 3 . 1 4 8 3 . 1 4 46 4 1 3 9 94 4 4 4 4v + 2 2 23 . 1 4 8 3 . 1 4 4 3 . 1 4 1 . 5( 1 2 3 6 3 ) 64 4 4 = 3 0 1 . 4 4 7 8 . 5 1 6 3 . 2 8 4 5 2 . 1 6 1 1 3 . 0 4 ( 2 0 0 . 9 6 2 5 . 1 2 ) 1 0 . 6 = 3890.58mm = 938 9 0 .5 8 1 0 m 則 G vg = 398 . 5 1 0 8 9 0 . 5 8 1 0 9 . 8 =0.08N 故，彈簧的初始?jí)嚎s力1P初選 1.8N，1初選 7mm，2P初選 2.5N，2初選 5mm，自由高度0H初選 12mm，彈簧中徑2D初選 4mm，彈簧絲直徑 d 初選 0.4mm，總?cè)?shù)為 8 圈，有效圈數(shù)為 7 圈，該彈簧是由 QBe-2 材料制成，要求兩端面并緊磨平。 3.5.2 安全閥及其彈簧的設(shè)計(jì) 安全閥可保證減壓閥的安全，它采用彈簧式自動(dòng)排氣泄壓的方式設(shè)計(jì)而成。安全閥包括閥體、調(diào)節(jié)螺 塞、彈簧、閥芯、墊圈等部分。它被組裝后安裝在一級(jí)減壓閥的側(cè)壓口，從而保證一級(jí)閥室的氣壓不超過(guò)額定壓力的 1.3 倍，即 0.65MPa。 安全閥的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖 3.10 所示： 圖 3.10 安全閥閥體 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 31 當(dāng)一級(jí)閥室的壓力達(dá)到 0.65MPa 時(shí)，閥芯的受力 F 計(jì)算如下： 1 m a xF P A小 孔 (3-16) F = 2663 . 1 4 4 . 50 . 6 5 1 0 1 04 =10.33N 則，設(shè)計(jì)彈簧的初始?jí)毫? 21PN，1 10mm ，自由高度0 15.5H mm，中徑2D=6mm，彈簧絲直徑 d=0.8mm，旋向右，總?cè)?shù)為 6.5 圈，有效圈數(shù)為 4.5 圈，回火處理， HRC42-47，由碳素彈簧鋼絲 a 材料制成。 3.5.3 進(jìn)氣接頭的設(shè)計(jì) 進(jìn)氣接頭采用 45 號(hào)鋼制作而成，進(jìn)氣接頭左端裝氣壓表，右端接天然氣管，天然氣進(jìn)氣管可用右邊的螺母旋合。進(jìn)氣接頭的強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)力為 27.5Mpa。進(jìn)氣接頭如圖 3.11 所示： 圖 3.11 進(jìn)氣接頭 進(jìn)氣接頭最危險(xiǎn)的截面為 A-A 截面，這一危險(xiǎn)截面必須要進(jìn)行強(qiáng)度校核。 由簡(jiǎn)明材料力學(xué) 10知識(shí)可知： bF PSSS (3-17) 式中， 0.8 0.1MPa S d L （ d 為 14.5 孔的內(nèi)徑， L 為其寬度） 32 ()S D d L （ D 為 14.5 的外徑） 則 bPSS = 62 7 . 5 1 0 4 ( 6 3 2 5 1 9 2 )( 1 4 . 5 4 ) ( 6 3 2 5 1 9 2 ) = 610.5 10 =10.5MPa 查簡(jiǎn)明材料力學(xué) 10可知， 45 號(hào)鋼的許用應(yīng)力 =186MPa，由此可知： 1 8 6 M P a 所以，該進(jìn)氣接頭設(shè)計(jì)合理。 3.5.4 一級(jí)閥蓋連結(jié)螺柱和三級(jí)閥蓋連結(jié)螺栓的選擇 由于各級(jí)減壓閥的試驗(yàn)壓力為 0.8 0.1MPa ，一級(jí)閥蓋連結(jié)螺柱和三級(jí)閥蓋的連結(jié)螺栓必須承受得住 0.9MPa 的天然氣所施加的拉力。下面在此基礎(chǔ)上對(duì)螺柱和螺栓進(jìn)行選擇和強(qiáng)度校核。 由于之前在計(jì)算的過(guò)程中，閥蓋外徑初選 192mm 底邊寬度初選 11mm，根據(jù)該寬度，可安裝 M6 1 的螺栓和螺母，材料選擇 50 鋼，下面對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。 214bPSFdS n 一 級(jí) 內(nèi) 腔 22244dPd n一 級(jí) 內(nèi) 腔 222Pddn一 級(jí) 內(nèi) 腔 (3-18) 式中， d一 級(jí) 內(nèi) 腔為一級(jí)減壓閥閥室內(nèi)徑， P 為試驗(yàn)壓力， n 為起主要作用的螺栓數(shù)，2d為螺栓中徑，查機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè) 12419 頁(yè)表 C-1 得， 2d =d 0.6495P (3-19) 2d= 6 0.6495 1 =5.3505mm 則， b 222Pddn一 級(jí) 內(nèi) 腔 = 6 3 2320 . 8 1 0 ( 6 4 1 0 )( 5 . 3 5 0 5 1 0 ) 4 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 33 = 628.6 10 Pa =28.6 MPa 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 784 頁(yè)表 5-10 螺紋聯(lián)接的安全系數(shù) S，可知， M6 的螺栓在不控制預(yù)緊力承受變載荷時(shí)合金鋼的安全系數(shù)為 10-6.8,為了安全起見(jiàn)，取安全系數(shù) S=10。 再根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 784 頁(yè)查得螺栓的許用拉應(yīng)力計(jì)算公式為： sS (3-20) 上式中，s為螺紋連接件材料的屈服極限， S 為安全系數(shù)。 查資料知 50 鋼徑調(diào)質(zhì)處理的屈服極限s=392 6210 /Nm 6 63 9 2 1 0 3 9 . 2 1 010sS 則， b=28.6MPa，滿足要求。 因此，一級(jí)閥蓋連結(jié)螺栓選 50 鋼，材料，調(diào)質(zhì)處理，螺紋外徑初選 6mm，螺紋的外形尺寸如圖 3.12 所示： 61.53 5 8.530 圖 3.12 一級(jí)閥蓋連結(jié)螺栓 螺柱在壓鑄外殼時(shí)采用預(yù)埋處理的方法與殼體連為一體。 三級(jí)閥蓋連結(jié)螺栓與一級(jí)閥蓋連結(jié)螺栓一樣，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核。 如果三級(jí)螺柱選用 75 鋼，螺紋取 M6，則其所受拉力計(jì)算如下： 22b 2 22 244dPPdFdS d nn 三 級(jí) 內(nèi) 徑三 級(jí) 內(nèi) 徑 （ 3-21） 上式中， d三 級(jí) 內(nèi) 徑為三級(jí)減壓閥閥室的內(nèi)徑，取其值為 170mm， P 為試驗(yàn)壓力， 34 2d為螺栓中徑， n 為螺栓數(shù)。 則 b222Pddn三 級(jí) 內(nèi) 徑 = 6 3 2320 . 8 1 0 (1 7 0 1 0 )( 5 . 3 5 0 5 1 0 ) 8 =101MPa 三級(jí)螺栓為松螺栓連接?？蓮臋C(jī)械設(shè)計(jì) 7的 84 頁(yè)表 5-10 查得松螺栓連接的安全系數(shù) S=1.2 1.7，為了安全起見(jiàn)，取 S=1.7。 將 S=1.7 代入公式 sS 可得： 3 1 2 . 8 2 0 7 . 51 . 7s M P aS 則， 1 0 1b M P a 上式計(jì)算中， 352.8MPa 為 45 鋼材料經(jīng)正火處理后的屈服極限，其值從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 14464 頁(yè)查得。 根據(jù)以上計(jì)算，三級(jí)螺栓應(yīng)選擇經(jīng)正火處理的 45 鋼 M6 1 螺栓。 天然氣汽車(chē)供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 35 4 天然氣汽車(chē)減壓裝置的使用說(shuō)明 4.1 天然氣汽車(chē)減壓裝置的使用注意事項(xiàng) 1. 天然氣汽車(chē)減壓裝置在安裝時(shí)，應(yīng)該 檢查和調(diào)整一、二級(jí)壓力，使其在規(guī)定的范圍內(nèi)工作（一級(jí)減壓閥壓強(qiáng)為 3.2-4.5MPa，二級(jí)減壓閥的壓強(qiáng)為0.19-0.21MPa），并使閥芯吃合均勻，密封嚴(yán)密。 2. 如果發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，應(yīng)該及時(shí)檢查并調(diào)整天然氣汽車(chē)的減壓裝置。如二、三級(jí)彈簧精度下降，可通過(guò)調(diào)整繼續(xù)使用，如一級(jí)彈簧精度下降，則需要拆換彈簧。 3. 如果發(fā)現(xiàn)貯氣瓶天然氣燒不完或不能用至 1KPa 以下，應(yīng)檢查一級(jí)閥芯間隙是否過(guò)小，一、二級(jí)減壓閥的壓力是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，高壓電磁閥閥芯是否有卡滯現(xiàn)象，如果出現(xiàn)以上問(wèn)題，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行調(diào)整或拆換零 件。 4.2 天然氣汽車(chē)減壓裝置的拆裝、檢查與調(diào)整 4.2.1 拆卸 1. 卸下高壓電磁閥線圈固定螺母，取下線圈。 2. 卸下高壓電磁閥閥筒，取出閥芯，回位彈簧。 3. 卸下傳感器滑移電阻，卸下壓力表。 4. 拆下三級(jí)閥蓋螺栓，取下閥蓋。 5. 將三級(jí)閥膜片向離開(kāi)高壓氣體進(jìn)口方向滑移約 15mm，然后取下。 6. 卸下三級(jí)杠桿固定螺釘，取下三級(jí)杠桿。 7. 卸下二級(jí)閥彈簧和二級(jí)閥蓋上