Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Задачи исследований 15
1.1. Влияние технического состояния системы топливоподачи на протекание рабочего процесса и топливную экономичность автотракторного дизеля 15
1.2. Анализ методов и средств диагностирования топливной аппаратуры автотракторных дизелей 31
1.3. Постановка цели и задач исследований 47
2. Расчетно-теоретический анализ связи изменения параметров топливоподачи с параметрами рабочего процесса при изменении зазоров в прецизионных парах топливной
аппаратуры тракторного дизеля 49
2.1. Расчетно-теоретический анализ фазовых параметров процесса топливоподачи при изменении зазоров в прецизионных парах топливной аппратары тракторного дизеля 49
2.1.1. Расчетная модель процесса топливоподачи тракторного дизеля 49
2.1.2. Фазовые характеристики впрыскивания топлива при изменении зазора в прецизионных парах ТНВД и в форсунке 58
2.1.3. Обоснование допускаемых отклонений фазовых параметров топливоподачи 68
2.2. Расчетно-теоретический анализ связи фаз топливоподачи с параметрами рабочего процесса 71
2.2.1. Модели условного расчетного цикла работы тракторного дизеля и теоретический анализ
параметров рабочего процесса 71
2.2.2. Связь характеристик подвода теплоты с процессом топливоподачи 83
2.2.3. Корректирование фаз топливоподачи в рабочем цикле при изменении зазора в плунжерных парах ТНВД 87
2.3. Расчетно-теоретический анализ связи фазовых характеристик топливоподачи и параметров вибрационного поля работающей форсунки тракторного дизеля 94
2.3.1. Математическая модель вибрационного поля работающей форсунки тракторного дизеля 94
2.3.2. Виброударные воздействия при работе форсунки тракторного дизеля 95
2.3.3. Вибрационные характеристики работающей форсунки при истечении топлива 98
2.4. Выводы 102
3. Методика экспериментальных исследований. Оборудование и приборы. Погрешности измерений 105
3.1. Общие положения 105
3.2. Методика экспериментальных исследований связи параметров топливоподачи при изменении зазора в плунжерных парах ТНВД 106
3.2.1. Методика экспериментальных исследований связи гидроплотности и зазора в плунжерных парах ТНВД УТН-5 106
3.2.2. Методика экспериментальных исследований фаз топливоподачи на стенде СДТА-2 109
3.2.3. Методика экспериментальных исследований влияния фазовых характеристик топливоподачи на топливную экономичность двигателя Д-240 НО
3.2.4. Методика экспериментальных исследований дизеля Д-І44 114
3.3. Методика исследований связи процесса топливоподачи с параметрами вибраций работающей форсунки тракторного дизеля 121
3.3.1. Методика экспериментальных исследований серийных вибропреобразователей для регистрации вибраций работающей форсунки 122
3.3.2. Методика определения характеристик канала распространения вибраций работающей форсунки 124
3.3.3. Методика экспериментальных исследований вибрационного процесса работающей форсунки от истечения топлива 126
3.3.4. Методика установки вибропреобразователя на корпусе форсунки 129
3.3.5. Методика экспериментальных исследований вибраций работающей форсунки различного технического состояния 129
3.3.6. Методика регистрации фаз впрыскивания топлива работающей форсункой 135
3.4. Обработка экспериментальных данных. Погрешности измерений 137
3.4.1. Обработка индикаторных диаграмм 137
3.4.2. Погрешности градуирования вибропреобразователей методом взаимности 138
3.4.3. Погрешность регистрации угла опережения впрыск топлива 139
4. Экспериментальные исследования связей процесса топливоподачи с параметрами рабочего процесса и вибрационными характеристиками форсунки 141
4.1. Экспериментальные исследования параметров тошшвоподачи при изменении зазора в плунжерной паре ТНВД 141
4.2. Экспериментальные исследования влияния угла начала подачи топлива на показатели рабочего процесса дизеля при постоянной эффективной мощности 149
4.3. Экспериментальные исследования влияния зазоров
в плунжерных парах ТНВД на рабочий процесс дизеля в условиях постоянного расхода топлива и постоянной эффективной мощности 157
4.4. Экспериментальные исследования способов установки фаз топловоподачи при изменении зазора в плунжерных парах ТНВД 162
4.5. Исследование связи ресурсов работы плунжерных пар ТНВД с предельными значениями зазоров 167
4.6. Экспериментальные исследования вибрационного поля работающей форсунки 170
4.6.1. Экспериментальные исследования канала распространения вибраций работающей форсунки 170
4.6.2. Экспериментальные исследования амплитудно-частотных характеристик работающей форсунки 172
4.6.3. Экспериментальные исследования параметров вибрационного поля работающей форсунки от виброударных воздействий иглы распылителя 174
4.6.4. Экспериментальные исследования фазовых параметров вибрационных сигналов работающей форсунки 179
4.7. Выводы 182
5. Разработка средств и технологии диагностирования. Сравнительные испытания диагностического оборудования. Экономическая эффективность 184
5.1. Разработка алгоритма диагностирования дизеля в эксплуатационных условиях 184
5.1.1. Структурные параметры технического состояния дизеля, влияющие на топливно-энергетические параметры МТА 185
5.1.2. Диагностические показатели технического состояния, характеризующие топливно-энергетические параметры работы дизеля 186
5.1.3. Алгоритм диагностирования технического состояния ТА для обеспечения оптимальных топливно-энергетических параметров тракторного дизеля 187
5.2. Разработка средств для контроля фаз впрыскивания топлива 194
5.3. Технология экспресс-диагностирования ТС тракторного дизеля 199
5.4. Сравнительная оценка методических погрешностей методов и средств диагностирования угла опережения впрыска топлива 207
5.5. Экономическая эффективность применения разработанных методов определения нормированных значений фаз топливоподачи и устройствадля контроля угла опережения впрыска топлива 209
Заключение 214
Список использованных источников 218?
Приложения 239
- Влияние технического состояния системы топливоподачи на протекание рабочего процесса и топливную экономичность автотракторного дизеля
- Расчетно-теоретический анализ фазовых параметров процесса топливоподачи при изменении зазоров в прецизионных парах топливной аппратары тракторного дизеля
- Методика экспериментальных исследований связи гидроплотности и зазора в плунжерных парах ТНВД УТН-5
- Экспериментальные исследования параметров тошшвоподачи при изменении зазора в плунжерной паре ТНВД
- Экономическая эффективность применения разработанных методов определения нормированных значений фаз топливоподачи и устройствадля контроля угла опережения впрыска топлива
Введение к работе
Задачи, выдвинутые ХХУІ съездом КПСС в области сельскохозяйственного производства, предусматривают значительное повышение эффективности в области эксплуатации, обслуживания и ремонта мобильной сельскохозяйственной техники. В одиннадцатой пятилетке сельскому хозяйству будет поставлено 1870 тыс.тракторов и 600 тыс.комбайнов, снабженных мощными энергетическими установками [I].
В Продовольственной программе СССР на период до 1990 года [2] предусматривается "... улучшить качество ремонта и поднять уровень технической готовности машин и оборудования". А в Постановлении [3] ЦК КПСС и СМ СССР указывается, что необходимо улучшать технико-экономические показатели машин и оборудования, снижать их энергопотребление и повышать надежность эксплуатируемой техники.
Кроме этого, в Постановлениях ЦК КПСС и СМ СССР неоднократно уделяется внимание вопросам энергосбережения и экономии топливно-энергетических ресурсов. Так, в Энергетической программе СССР подчеркивается, что дальнейшее совершенствование топливно-энергетического комплекса необходимо проводить путем внедрения новейших достижений науки и техники, обеспечивающих экономное расходование топлива и энергии [4].
Новые машины и оборудование, поступающее в сельское хозяйство, отличаются высокой производительностью, имеют мощные энергетические установки и все возрастающую надежность. Но, вместе с тем, они требуют более высокого уровня технического обслуживания. При этом обследование техники в условиях Ленинградской области показывает, что система технического обслуживания еще не обеспечивает поддержание мощностных и топливных показателей в заданных пределах [5,6]. Так, по данным ЦНЙТА, с отклонением установочных углов опережения впрыска топлива эксплуатируется 71,4$ двигателей, что приводит к перерасходу топлива на 3 г/кВт.ч.
Исследования, проведенные рядом организаций и авторов показывают, что снижение топливной экономичности, дизелей происходит вследствие нарушения протекания рабочего цикла, который деформируется в основном по причине нарушений параметров топливоподачи. Но, имеющиеся результаты исследований не имеют достаточного теоретического обоснования оптимальных фазовых характеристик топливоподачи в связи с параметрами рабочего процесса при различных зазорах в плунжерных парах топливного насоса, что не позволяет доказательно определить пути улучшения топливной экономичности тракторных дизелей сельскохозяйственного назначения в эксплуатации.
Одним из важных путей повышения топливной экономичности тракторных двигателей является применение эффективных мероприятий по поддержанию эксплуатационных регулировок топливной аппаратуры. Определяющую роль в этом имеет техническая диагностика. Однако, применяемые в настоящее время методы и средства технического диагностирования или очень трудоемки, или не обладают достаточной точностью и, в ряде случаев, отрицательно влияют на параметры надежности топливной аппаратуры.
В связи с этим разработка эксплуатационных методов улучшения топливной экономичности и контроля работоспособности элементов топливной аппаратуры двигателей сельскохозяйственного назначения приобретает научное и практическое значение и является актуальной.
Настоящая работа выполнялась по плану реализации научно-технической проблемы 0.CX.I08 "Разработать и внедрить комп- леке мероприятий по повышению эффективности использования и совершенствования организации технического обслуживания, ремонта и хранения тракторов, автомобилей, с/х машин и оборудования животноводческих ферм по союзным республикам и зонам страны", которая входит составной частью в комплексную целевую программу 0Ц.32 (Задание 2). Кроме этого, данная работа входит в Межведомственный координационный план МБ и ССО СССР по; разделу 6.4 "Разработка методов, средств и систем технического диагностирования двигателей".
Целью данной работы является обоснование путей повышения топливной экономичности двигателей тракторов с/х назначения в эксплуатации с разработкой методов и средств эксплуатационного контроля технического состояния систем топливоподачи.
В представленной работе дается попытка теоретического обобщения и дальнейшего развития методики оценки топливно-энергетических параметров тракторных двигателей с учетом агрофизических требований на выполнение сельскохозяйственных работ, а также изменения фазовых характеристик топливоподачи, происходящих вследствие; изменения зазоров в плунжерных парах топливного насоса; обоснование эксплуатационно-технологических допусков на фазовые параметры рабочего процесса и топливоподачи и зазоры в плунжерных парах топливного насоса; разработка методики корректирования фаз топливоподачи и параметров рабочего цикла в эксплуатации; разработка методов и средств безразборного контроля работоспособности элементов топливной аппаратуры; алгоритм проведения операций технического диагностирования, обеспечивающий заданные топливно-энергетические показатели тракторного дизеля. Указанные выше вопросы и являются положениями, выносимыми на защиту.
Работа выполнена на кафедре "ДВС и теплотехника" Ленин- градского СХИ и в научно-производственной лаборатории Тоснен-ского РО "Сельхозтехника" Ленинградской области.
Результаты НИР переданы в Тартуский филиал ЦОКТБ ГОСНИТИ, где разработана техническая документация на прибор для контроля фаз топливоподачи, а Тартуский опытно-ремонтный завод принял его к серийному изготовлению. Опытный образец прибора по решению ГКНТ № 49-9/409 от 06.06.83 г. демонстрировался на зарубежных, а также региональных выставках, где получил положительную оценку. Разработанная технология диагностирования элементов топливной аппаратуры внедрена в систему технического обслуживания тракторов Тосненского РО "Сельхозтехника", в МПМК Сырдарьинского треста межколхоз-строя УзССР, в рефрижераторном депо "Предпортовая" Ленинградского железнодорожного узла. Экономический эффект от внедрения разработок составляет 13,6 руб. на один трактор МТЗ-80 в год.
Влияние технического состояния системы топливоподачи на протекание рабочего процесса и топливную экономичность автотракторного дизеля
Эксплуатационная надежность, экономичность и долговечность двигателей в значительной степени обусловлены качеством работы установленной на нем топливной аппаратуры. Однако в процессе эксплуатации дизельных двигателей сельскохозяйственного назначения наблюдается ряд отклонений заданных пределов работы топливной аппаратуры.
На рис.1.1 и 1.2 [5] приведены функция и плотность распределения углов опережения впрыска топлива в эксплуатации, и расчетные характеристики распределения величин приращения удельных расходов топлива Сд(}е) в условиях эксплуатации. Представленные зависимости свидетельствуют о том, что с отклонениями установочных углов опережения впрыска топлива эксплуатируется 71,4$ двигателей, что увеличивает в среднем расход топлива на 3 г/кВт.ч. При комплексном изменении регулировочных параметров снижение экономичности двигателей составляет в среднем 8-10$, что приводит к потерям топлива в размере 40-50 рублей на I трактор в год.
Исследованиями [6-7] установлено, что у 25 подконтрольных дизелей Д-50 изменение угла опережения подачи топлива составило от 10 до 20 град.пкв, а давление начала впрыска топлива у 100 подконтрольных форсунок изменялось от 8,0 до 18,0 МПа. Данные свидетельствуют о довольно значительном разбросе значений регулировочных параметров ТА в условиях эксплуатации, что приводит к нарушению мощностных показателей двигателя (Рис.1.3 и 1.4).
class2 Расчетно-теоретический анализ связи изменения параметров топливоподачи с параметрами рабочего процесса при изменении зазоров в прецизионных парах топливной
аппаратуры тракторного дизеля class2
Расчетно-теоретический анализ фазовых параметров процесса топливоподачи при изменении зазоров в прецизионных парах топливной аппратары тракторного дизеля
Современные методы расчета ТА дизелей основаны на теории процессов движения топлива и кинематики работы узлов и механизмов. Значительный вклад в развитие методов расчета процесса топливоподачи внесли Астахов И.В.,Лыщевский А.С.,Балакин В.И.,Трусов В.И.,Файнлейб Н.Б.,Фомин Ю.Я. и др. [9-17,27-38, I3I-I38].
Обычно топливоподающая аппаратура тракторного дизеля рассматривается состоящей из трех компонентов, соединенных в линию высокого давления: топливного насоса высокого давления (ТНВД), топливопровода высокого давления (ТВД) и форсунки, соединенных в схему как показано на рис.2.1. Анализ методов расчета ТА [9-17,31-33,37,130-141] показывает, что к быстроходным дизелям наиболее приемлем метод, предложенный в работах проф.Ю.Я.Фомина [16,31,136]. Метод основан на совместном решении уравнений движения топлива в ТВД с уравнениями граничных условий, которые описывают процессы как в ТНВД, так и в форсунке. При этом расчетную модель процесса топливоподачи можно представить состоящей из четырех этапов.
Методика экспериментальных исследований связи гидроплотности и зазора в плунжерных парах ТНВД УТН-5
В качестве объекта исследований использовалась выборка плунжерных пар из реальной эксплуатации тракторов с наработкой ТНВД от 500 до 3000 мото-часов, которые имеют изменение гидроплотности, в диапазоне от нового до выбраковочного значения.
Определение гидроплотности плунжерных пар проводилось по методике ЦНИТА [II] с использованием стенда, конструкция которого представлена на рис.3.1. Плунжерную пару 3 устанавливают в съемную стендовую втулку h, в которой плунжерная втулка стопорится в заданном угловом положении винтом. В нижней части стендовая втулка 4 имеет пазы для установки плунжера в соответствующее угловое положение относительно отсечного окна плунжерной втулки, что обеспечивает при опрессовке заданную величину активного хода плунжера. Необходимое положение плунжера по высоте относительно наполнительного отверстия достигается регулированием длины толкателя. Установленную во втулку 4 пару помещают в устройство. При этом груз I закрепляют в верхнем положении при помощи защелки 2. Надплунжерную полость заполняют смесью и уплотняют стальной пятой 5 с помо щью винта б, сбрасывают защелку 2 и плунжер под действием груза I перемещается вверх, выдавливаемая жидкость поступает в сборную емкость. Испытания повторяют три раза. Разность между двумя последующими измерениями не должна превышать 5-Ю .
Экспериментальные исследования параметров тошшвоподачи при изменении зазора в плунжерной паре ТНВД
В соответствии с программой и методикой исследований,исследования связей параметров топливоподачи с зазором проводились с целью подтверждения ресчетно-теоретических зависимостей, полученных в главе 2.
Осциллограммы процесса топливоподачи, полученные на стенде СДТА-2, представлены на рис.4.1. Предварительный анализ осциллограмм, полученных без коррекции активного хода плунжера, показывает, что с изменением зазора в плунжерной паре происходит существенное нарушение закона топливоподачи. Так, с увеличением зазора с 5,8 до 21,1 мкм изменяется максимальное давление впрыскивания, скорость нарастания его, угол начала впрыскивания, продолжительность впрыскивания и т.д.
Осциллограммы, полученные при изменении активного хода плунжера до соблюдения &т = coast # представлены на рис.4.2. Подача топлива восстанавливалась до frT = 5,8 10 кг/цикл, для двигателя Д-240 и G = 5,4 10 кг/цикл , для двигателя Д-І44. Предварительный анализ полученных осциллограмм показывает, что в этом случае изменение зазора в плунжерной паре ТНВД приводит к увеличению продолжительности впрыскивания, снижению максимального давления и изменению характера изменения кривой давления по углу поворота вала насоса.
Базой для расчета экономической эффективности служит способ установки угла начала подачи топлива согласно рекомендациям [140] завода-изготовителя и рекомендациям при ТО и ТД в эксплуатации [85] . При этом в качестве базового устройства принят прибор ЭМДП.
По данным ГОСНИТЙ [85І одним прибором ЭМДП обслуживается 30-50 тракторов. Для расчета принимаем 40. Годовой выпуск приборов по данным завода-изготовителя - 250 шт. в год.
Согласно рекомендациям [218] устройством для контроля угла опережения впрыска топлива можно даигностировать не менее 100 тракторных двигателей тракторов МТЗ-80.
