Введение к работе
Актуальность работы. Современные технологии производства работ по созданию материальных благ не обходятся без массового использования мобильных машин, работающих на дизельном топливе, в автотранспортном, дорожно-строительном и сельскохозяйственном комплексах.
Производительность машин тесно связана с их надежностью, определяемой как безотказность. При этом практикой эксплуатации машин установлено, что до 50 % отказов мобильных машин различного назначения приходится на их топливные системы, что связано с высокой загрязненностью топлива механическими примесями, водой и другими компонентами в процессах транспортирования, хранения и заправки техники.
Эксплуатация машин в условиях пониженных температур увеличивает количество отказов топливных систем за счет проявления эффектов инееоб-разования в топливных баках машин, кристаллизации свободной воды в топливе, парафинизации топлива, приводящих к забивке фильтров тонкой очистки. Повышается вязкость топлива и ухудшается его прокачиваемость на линиях топливоподачи и в форсунках.
Анализ публикаций показал, что топливные системы машин являются наиболее уязвимыми с точки зрения их работоспособности и безотказности, т. к. они являются связующим звеном между двигателем машины и окружающей средой, а также имеют прецизионные пары, весьма чувствительные к кондиции дизельного топлива по его физическим свойствам и загрязненности механическими примесями, водой и вторичными продуктами изменения углеводородного состава топлива. Поэтому работы, направленные на совершенствование топливных систем, повышающие их надежность, всегда остаются актуальными.
Особую актуальность приобретает направление совершенствования топливных систем машин, эксплуатируемых при пониженных температурах, т. к. значительная часть территории страны относится к зоне холодного и сурового климата.
Цель диссертационной работы состоит в разработке способа модернизации топливных систем мобильных машин с целью повышения их надежности при эксплуатации в условиях пониженных температур окружающей среды.
Для достижения поставленной цели определены следующие направления исследований:
Реализация системного подхода к модернизации топливных систем мобильных машин с целью повышения их надежности при эксплуатации в условиях пониженных температур.
Разработка адекватной модели процесса управляемого подогрева дизельного топлива в топливных системах машин, позволяющей обоснован-
но оптимизировать выбор мощности дополнительных электрических нагревателей в зависимости от температурного режима эксплуатации машин и конструктивных параметров элементов их топливных систем.
Разработка адекватной модели фильтра грубой очистки топлива новой конструкции повышенной эффективности, позволяющей обоснованно оптимизировать выбор конструктивных параметров фильтроэлемента, одновременно выполняющего функции нагревателя топлива.
Экспериментальные исследования свойств нетканого иглопробивного материала для фильтра грубой очистки топлива и фильтрационных процессов очистки топлива в фильтре новой конструкции.
Эксплуатационные испытания топливных систем с целью оценки влияния модернизации на их надежность.
Методы решения задач. Для решения поставленных задач в работе использованы экспериментальные методы исследований и натурные эксплуатационные испытания, методы теории теплообменных процессов, процессов фильтрации топлива; дифференциальные и алгебраические уравнения, пакеты прикладных программ MS Excel.
Достоверность и обоснованность результатов подтверждается использованием физически обоснованных моделей, адекватных математических моделей, экспериментальными исследованиями и сопоставлением их результатов с итогами аналитических расчетов, использованием обоснованных алгоритмов расчета.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
На основе моделирования тепловых и фильтрационных процессов обоснован способ модернизации топливных систем мобильных машин, повышающих их надежность при пониженных температурах эксплуатации, основанный на двухступенчатом управляемом подогреве топлива и более эффективной двухступенчатой очистке топлива от механических примесей и воды.
Обоснована конструкция и создана математическая модель навивного топливного фильтра грубой очистки с управляемой эффективностью очистки и повышенным ресурсом, выполняющего одновременно функции нагревателя топлива. Конструкция фильтра защищена патентом на изобретение.
Получены аналитические зависимости разогрева топлива при отрицательных температурах двухступенчатой системой нагревателей, позволяющие производить подбор параметров нагревателей в соответствии с конструктивными параметрами элементов топливной системы.
Получены аналитические зависимости пропускной способности, качества очистки и ресурса фильтра грубой очистки новой конструкции, позволяющие оптимизировать выбор его конструктивных параметров.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
1. Предлагаемый способ конструктивной модернизации топливных
систем мобильных машин позволяет значительно снизить простои машин
при их эксплуатации в условиях пониженных температур и повысить их без
отказность за счет дополнительной тепловой подготовки и повышения каче
ства очистки топлива от механических примесей и воды.
Предложенная новая конструкция навивного фильтра с переменной пористостью и электроподогревом, а также разработанные методы его расчета и оптимизации применимы для создания более эффективных топливных фильтров, а также фильтров смазочных, гидравлических систем мобильных машин и другой техники.
Предлагаемая методика проектирования модернизированных топливных систем мобильных машин для условий эксплуатации при пониженных температурах применима для разработчиков на стадии создания усовершенствованных топливных систем машин с повышенной надежностью.
Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований и разработки используются в ООО «Вахрушевская автобаза», 000 «Тракторно-бульдозерное управление», ОГУП «Кожевниковское ДРСУ».
Методика проектирования модернизированных топливных систем мобильных машин используется в учебном процессе Томского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке специалистов по направлению «Наземные транспортно-технологические средства».
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Предлагаемый способ конструктивной модернизации топливных
систем мобильных машин, обеспечивающий повышение надежности машин
при эксплуатации в условиях пониженных температур.
2. Новая конструкция фильтра грубой очистки топлива повышенной эф
фективности, выполняющего дополнительные функции нагревателя топлива.
3. Результаты математического моделирования процессов подогрева
и двухступенчатой фильтрации топлива в модернизированной топливной системе.
Результаты экспериментальных лабораторных исследований и натурных испытаний элементов модернизированной топливной системы, а также сравнительных эксплуатационных испытаний топливных систем машин с оценкой повышения показателей надежности.
Методика проектирования модернизированных топливных систем мобильных машин, эксплуатируемых в условиях пониженных температур.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на:
- IV Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» (Казань, КГТУ им. Туполева 2005 г.);
- V Международной Юбилейной научно-практической конференции
«Автомобиль и техносфера» (Казань, КГТУ им. Туполева, 2008 г.);
- Ш Международной научно-практической конференции «Перспективные
направления развития автотранспортного комплекса» (Пенза, 2010 г.);
- 13 региональной научно-практической конференции «Современные
достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике»
(Томск, ТСХИ, 2011 г.);
IV Всероссийской научно-практической (заочной) конференции «Актуальные вопросы развития современной науки, техники и технологий» (Москва, НИИРРР, 2011 г.);
ХП Международной конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (Пенза, 2011 г.);
I Международной научно-практической конференции «Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса» (Новокузнецк, 2011 г.). Кроме того, материалы диссертации обсуждались на научно-методических семинарах кафедры «Автомобили и тракторы» Томского государственного архитектурно-строительного университета (2003-2011 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них две в изданиях рецензируемых ВАК, и патент РФ.
Объем работы. Диссертация изложена на 163 страницах и включает введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 119 наименований, приложения.
