Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 14
1.1. Показатели качества работы топливной аппаратуры и их влияние на технико-экономические показатели дизеля 14
1.2. Методы и устройства оценки параметров топливной аппаратуры и топливоподачи 14
1.2.1. Методы и устройства определения параметров топливо подачи 24
1.2.2.Методы и средства диагностирования топливной аппаратуры 33
1.3. Особенности эксплуатации топливной аппаратуры в современных условиях
1.4. Цель и задачи исследования 49
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ УЛУЧШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОП
ЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ 55
2.1. Модель и комплексная методика диагностирования топлив ной аппаратуры по допусковым отклонениям 55
2.1.1.Информационная модель функционирования топливной аппаратуры 55
2.1.2.Выбор структурных параметров и их допусковых отклонений 59
2.1.3. Определение оценочных (диагностических) показателей качества работы топливной аппаратуры 60
2.1.4. Диагностическая модель и алгоритм распознавания неисправностей 66
2.2. Оперативный контроль качества работы топливной аппаратуры в системах с электронным управлением 70
2.2.1. Система непосредственного действия с гидрозапорной форсункой и аккумуляторная типа Common Rail 70
2.2.2. Модель процесса работы электрогидравлической форсунки Common Rail 75
2.3. Методологическое обеспечение технологического процесса определения параметров топливоподачи 88
2.3.1. Методики оценки неравномерности топливоподачи 88
2.3.2. Методика оценки влияния меж цикловой неравномерности топливоподачи на показатели работы дизеля 90
3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 96
3.1. Расчетное определение полей допусков диагностических параметров и формирование таблиц неисправностей 96
3.2. Численное исследование аккумуляторной системы топливоподачи с лектрогидравлический управляемой форсункой 111
4. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ И СИСТЕМ ОЦЕНКИ И КОНТРОЛЯ ПО КАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА РАБОТЫ ТОПЛИВНОЙ АППАРТУРЫ 137
4.1.Устройства и системы оценки и контроля параметров топлив ной аппаратуры и топливоподачи 137
4.2. Программные и аппаратные средства 146
5. ОБЩАЯ ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 161
5.1. Программа экспериментальных исследований 161
5.2. Общая методика исследований 161
5.3. Стенды, приборы и аппаратура 165
5.4. Обработка экспериментальных данных и оценка погрешностей измерения 181
6. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 189
6.1. Диагностирование топливной аппаратуры 189
6.2. Исследование электрогидравлической форсунки аккумуляторной системы топливоподачи 194
6.3. Сравнительный анализ методик определения неравномерности топливоподачи 204
6.4. Влияние эксплуатационных факторов и изменений параметров топливных систем на неравномерность топливоподачи 208
6.5. Определение допусковых величин меж цикловой неравномерности топливоподачи 2
6.5.1. Доводка экспериментальной топливоподающей системы 220
6.5.2. Влияние меж цикловой неравномерности топливоподачи
на технико-экономические показатели дизеля 230
6.5.3. Обоснование допусковых величин меж цикловой неравномерности топливоподачи 236
6.6. Улучшение низкотемпературных свойств дизельных топлив 243
7. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБО ТОСПОСОБНОСТИ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ 249
7.1. Обеспечение работоспособности топливной аппаратуры 249
7.2. Структура инженерно-технической службы МТС 253
7.3. Специализированное предприятие по техническому сервису топливной аппаратуры 255
8. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 258
8.1. Внедрение результатов исследований 258
8.2. Развитие технического сервиса топливной аппаратуры в республике Башкортостан 259
8.2.1. Региональные особенности технической оснащенности и его функционирования 259
8.2.2. Совершенствование инженерно-технической службы ОАО «Зирганская МТС» 265
8.2.3. Специализированное предприятие по техническому сер вису топливной аппаратуры ЗАО «Башдизельпрецизион» 271
ВЫВОДЫ 277
ЛИТЕРАТУРА 281
ПРИЛОЖЕНИЯ 303
Введение к работе
Важнейшим направлением повышения эффективности машинно-тракторного агрегата является улучшение технико-экономических показателей его двигателя. Наиболее эффективно эта задача может решаться путем совершенствования конструкции, ремонта и технического обслуживания системы топливоподачи. Объясняется это тем, что качество работы топливной аппаратуры в значительной степени определяет рабочий процесс дизеля и, как следствие, его технико-экономические и экологические показатели.
Существенное ухудшение мощностных и топливно-экономических показателей дизелей объясняется, в первую очередь, изменением технического состояния элементов топливоподающих систем и параметров топливоподачи и в меньшей степени зависит от износа двигателя.
Эксплуатационные показатели топливной аппаратуры определяются стабильностью ее конструктивно-регулировочных параметров и параметров процесса топливоподачи , в частности, равномерностью цикловой подачи и угла опережения впрыскивания, идентичностью продолжительности впрыскивания и закона подачи, характеристик давлений впрыскивания и др.
На качество работы ТА влияют различные эксплуатационные факторы: характер и объем выполняемых работ, почвенно-климатические условия работы машины, эксплуатационные показатели топлив, принятая система технического обслуживания и ремонта, качество и наличие нормативно-технической документации и технических средств обслуживания машин, качество выполнения правил эксплуатации и ТО машин.
К настоящему времени созданы определенные научная и техническая основы оценки качества работы топливной аппаратуры и обеспечения ее надежности в процессе эксплуатации. Однако существующие технологические процессы, методы и средства диагностирования не учитывают в достаточной мере особенностей функционирования современных ТПС, перспективы их развития и совершенствования. Все это приводит к ухудшению качества работы ТА, неполному использованию заложенных в конструкции ресурса или к преждевременному ее отказу.
Не в полной мере используется контроль качества работы ТА по допусковым значениям ее параметров. В частности к настоящему времени не разработаны методики определения последовательных цикловых подач топлива и оценки влияния меж цикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы дизеля. Целый ряд вопросов, связанных с меж цикловой неравномерности топливоподачи не выяснен. Недостаточно экспериментально подтвержденных данных о ее допусковых значениях и влиянии ее на технико-экономические показатели работы дизеля. С другой стороны даже в условиях производства и тем более обслуживания и ремонта не контролируются некоторые параметры, степень влияния которых необоснованно занижена или точность их контроля или оговоренные в ТУ допуски не соответствуют степени их влияния на процесс в ТПА. Допустимые значения не всех даже контролируемых параметров научно обоснованы в плане их равновесного влияния на характеристики ТПА и дизеля. Практически не используются возможности математического моделирования для получения детерминированных функциональных связей между структурными параметрами, параметрами технологической неустойчивости, параметрами работы ТПА и диагностическими параметрами.
В отечественной практике в силу ряда причин пока еще не нашли применения принципиально новые технологические процессы диагностированию двигателя и в том числе ТПС, в которых система диагностики объединена с общей системой управления двигателем. Широко применяемая ТПС с жестким приводом плунжера и механическим регулятором не может удовлетворить указанным требованиям даже при изменении большинства конструкторских или режимных параметров. Между тем оперативный контроль каче ства функционирования ТА или непрерывное диагностирование может применяться только в современных ТПА, оснащенных электронными системами управления топливоподачеи. Оно может осуществляться как для анализа технического состояния, так и пополнения электронной базы данных блока управления ТПС, необходимых в последующем для корректировки базовых характеристик управления топливоподаче.
Снижение трудоемкости диагностирования за счет рационального сочетания встроенных внешних средств, включая электронные приборы и автоматизированные диагностические системы, за счет повышения приспособленности топливной системы к диагностированию продолжает оставаться актуальной задачей.
Анализ систем и устройств диагностирования ТА показывает, что на сегодня практически не разработаны основы проектирования таких систем, их соответствующего программного обеспечения. В России не производятся портативные информационно-измерительные системы для диагностирования ТА, обладающие возможностью одновременного диагностирования большинства конструктивно-регулировочных параметров ТА. Между тем в таких устройствах нуждаются специализированные предприятия по техническому сервису ТА.
Все еще существуют вопросы обеспечения качественной работы ТА во время перехода на зимний период эксплуатации, связанные с улучшением низкотемпературных свойств топлив непосредственно в производственных условиях.
На сегодня назрели организационные проблемы по обеспечению качества работы сложной ТА энергонасыщенных, высокопроизводительных и дорогостоящих машин и тракторов. При этом для качественного ремонта и точной регулировки такой топливной аппаратуры требуется и высокая квалификация исполнителей, а также необходимый уровень организации работ. Проведенный анализ показывает, что улучшение эксплуатационных показателей топливной аппаратуры сельскохозяйственных дизелей путем научного обоснования технологических процессов, методов и средств диагностирования представляет актуальную задачу, имеющую важное народнохозяйственное значение.
Связь с планами научных исследований и производством. Диссертационная работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Повышение эксплуатационных показателей топливоподающих систем тракторных дизелей» (№ 281-3-ЗМ МСХ и П РФ, 1995...97гг.), республиканской программой «Научные основы создания ресурсосберегающих конструкций, методов эксплуатации и ремонта сельскохозяйственной техники» (№ 164/АН РБ, 1993...2000гг., Академия наук республики Башкортостан), на основе договорных работ с ОАО «Ногинский завод топливной аппаратуры», ЗАО «Зирганская МТС» и рядом других предприятий и организаций.
Цель работы: улучшение эксплуатационных показателей современной и перспективной топливной аппаратуры сельскохозяйственных дизелей путем научного обоснования и реализации в ремонтном производстве технологических процессов, методов и средств диагностирования.
Методы исследований и достоверность результатов. Методологической основой исследований являются теоретические положения теории ДВС, общие уравнения гидродинамики, физики и термодинамики.
Достоверность и обоснованность научных положений и результатов работы подтверждается: применением высокоточных автоматизированных средств измерения параметров топливоподачи; использованием сертифицированных средств испытания дизелей, топливной аппаратуры и газового анализа; совпадением расчетных данных с экспериментальными; использованием стандартных пакетов прикладных программ анализа данных.
Научная новизна диссертации заключается в комплексном исследовании факторов, определяющих качество работы ТА дизелей сельскохозяйственного назначения в эксплуатации, в установлении взаимосвязи между ними, получении моделей, описывающих эти зависимости, анализе и обобщении теоретических положений и закономерностей, в результате которых:
- разработаны модель функционирования и комплексная методика диагностирования ТА по допусковым отклонениям;
- разработана математическая модель электрогидравлической форсунки (ЭГФ) электронно-управляемой ТПС типа Common Rail, реализующей новый технологический процесс диагностирования;
- предложены методики определения и оценки влияния меж цикловой неравномерности топливоподачи на показатели работы дизеля, обоснованы ее допусковые значения;
- разработана математическая модель для определения комплекса параметров устройства измерения цикловой подачи.
Новизна предложенных технических и технологических разработок подтверждена авторским свидетельством и тремя патентами РФ Практическую ценность работы представляют:
- диагностические комплексы, устройства оценки и контроля параметров топливоподачи, выполненные на уровне изобретений и патентов;
- рекомендации по организации технического сервиса ТА;
- рекомендации по применению депрессорной присадки к топливу;
- разработанные и усовершенствованные современные средства диагностирования и экспериментального исследования процессов топливоподачи с регистрацией и автоматизированной обработкой данных на ЭВМ;
- алгоритмы, базы данных и пакеты прикладных программ, позволяющие обеспечить автоматизацию процессов определения параметров топливоподачи и диагностирования.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ОАО «Ногинский завод топливной аппаратуры» и в его филиале ЗАО «Башдизельпрецизион», ЗАО «Алтайский завод прецизионных изделий», ГУ СП «Башкирская МТС», ОАО «Зирганская МТС», ГУСП «Башсель-хозтехника» и ряде других организаций. Присадка «Недисс» внедрена в производство «НИИРеактив», ОАО «Башкирнефтепродукт».
Результаты диссертационной работы используются в учебном, научно-исследовательском процессах в МВТУ им.Н.Э.Баумана, Башкирском и Санкт-Петербургском ГАУ.
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на научно-практических конференциях Башкирского ГАУ (1989...2001гг), Свердловской СХА (1990г), Ижевской СХА (1991 г), Оренбургского ГАУ (1994г.), Челябинского ГАИУ (2001г.), на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Разработка и оптимизация динамических характеристик двигателей мобильных сельскохозяйственных комплексов» в г.Казани (1991г.), региональных конференциях «Ресурсо- и энергосбережение в республике Башкортостан: проблемы и задачи» Башкирском ГУ(1997), Уфимском ГАТУ (1998,1999гг.), «Сервис большого города» в Уфимском ТИС (1999г.), научно-техническом семинаре по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок в МГТУ им.Н.Э.Баумана (2001г.), научно-техническом семинаре стран СНГ «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей» в Санкт-Петербургском ГАУ (1993,1997, 2000,2001гг), «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ» в Саратовском ГАУ (2001г.), международных конференциях «Экология и гуманизм» СПбГАУ, (2000г.), «Актуальные проблемы механизации сельскохозяйственного производства» в Белорусской СХА (2000г.), «Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС» во Владимирском ГУ (2001г.), ОГК Ногинского завода ТА (1992,1997,2000гг.). Результаты работы демонстрировались на региональных и международных выставках «Агро» в г.Уфе (1998...2001гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 49 работ, в том числе две монографии, авторское свидетельство, 3 патента, 43 статей и материалов конференций.
На защиту выносятся:
- модель функционирования и комплексная методика диагностирования ТА по допусковым отклонениям;
- математическая модель электрогидравлической форсунки (ЭГФ) аккумуляторной ТПС с электронным управлением;
- методики определения меж цикловой неравномерности и оценки ее влияния на показатели работы дизеля;
- комплекс конструктивных разработок и технических мероприятий, заключающийся в разработке устройств для определения параметров топливоподачи и организационных мероприятий по улучшению техсервиса ТА.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми разделов, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем 322 стр., основного текста - 218 стр., приложений - 21 стр., имеется 142 рисунка, 37 таблиц, список литературы из 215 наименований.
Настоящая диссертационная работа - это обобщение теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в 1988...2001гг., поэтому автор считает необходимым отметить, что оформлению результатов исследования как диссертации во многом способствовали советы и замечания д.т.н. Николаенко А.В., д.т.н. Баширова P.M., д.т.н. Еникеева В.Г. и выражает им искреннюю благодарность. Решение отдельных задач осуществлено совместно с д.т.н. Греховым Л.В., к.т.н. Неговорой А.В., аспирантами Гафу-ровым М.Д., Гаяновым М.Р., Динисламовым М.Г., Нигматуллиным Ш.Ф.
