Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы, цель и задачи исследования 10
1.1. Причины ухудшения показателей работы тракторных дизелей в эксплуатации 10
1.2. Анализ причин неидентичности параметров топливоподачи факторных дизелей 14
1.3. Пули повышения стабильности параметров топливоподачи дизелей 18
1.4. Цель и задачи исследования 21
2. Теоретические предпосылки оптимизации параметров топли воподачи при выполнении ремонтно-обслуживающих работ 23
2.1. Расчетно-теоретический анализ комплексного влияния показателей технического состояния элементов ТСВД на параметры топливоподачи 23
2.2. Многофакторные математические модели параметров топливоподачи 33
3. Общая программа и методика экспериментальных исследований . 60
3.1. Программа эксперимент&пьных исследований 60
3.2. Методика экспериментальных исследований 60
3.2.1. Методика исследования влияния технического состояния форсунки на параметры топливоподачи 60
3.2.2. Методика безмоторных сравнительных исследований параметров топливоподачи 65
3.2.3. Методика сравнительных моторных исследований показателей работы дизеля 66
3.2.4. Методика эксплуатационных исследований 67
3.3. Оборудование, приборы и измерительная аппаратура для экспериментальных исследований 68
3.4. Оценка погрешности измерения при обработке результатов экспериментов 78
3.4.1. Погрешность определения эффективного проходного сечения 78
3.4.2. Погрешность при осииллографировании 82
4. Результаты экспериментальных исследований 86
4.1. Влияние технического состояния элементов ТСВД на параметры топливоподачи 86
4.2. Результаты исследования параметров топливоиодачи и показателей дизеля при реализации рекомендуемой технологии 93
4.2.1. Безмоторные исследования параметров топливоподачи 94
4.2.2. Моторные исследования показателей работы дизеля 99
4.2.3. Эксплуатационные исследования стабильности параметров топливоподачи 103
5. Опенка экономической эффективности внедрения разработок по оптимизации параметров топливоподачи 116
5.1. Экономическая эффективность разработок по стабилизации параметров на ремонтно-обслуживаюишх предприятиях 116
5.2. Внедрение рекомендаций по комплектованию ТСВД 119
5.3. Внедрение способа гидроабразивной обработки заготовок с отверстиями преимущественно корпусов распылителей форсунок дизелей и устройство для его осуществления 119
Обшие выводы 121
Литература 125
Приложения 136
- Анализ причин неидентичности параметров топливоподачи факторных дизелей
- Многофакторные математические модели параметров топливоподачи
- Оборудование, приборы и измерительная аппаратура для экспериментальных исследований
- Результаты исследования параметров топливоиодачи и показателей дизеля при реализации рекомендуемой технологии
Анализ причин неидентичности параметров топливоподачи факторных дизелей
Мощностные. экономические и экологические показатели дизеля в значительной мере зависят от параметров топливоподачи ТА. Отклонение параметров топливоподачи от установленных оптимальных значений, которое имеет место в эксплуатации может привести к ухудшению показателей работы дизеля. Так. увеличение неравномерности подачи топлива до 12% с одновременным снижением производительности ТНВД УТН-5 на 10 % снижает мощность дизеля 4411/12,5 на 6,6% и увеличивает удельный расход топлива на 5,11% [25].
Исследования [68] показали, что оптимальной величиной неравномерности подачи топлива по соплам многоструйного распылителя составляет 50%, при этом обеспечивается лучшая экономичность рабочего процесса и удельный расход топлива имеет минимальное значение.
Выполненные в ЦНИТА и С.-ГТГЛУ исследования [49] показали, что 60 ..90 % разброса оценочных показателей двигателей обусловлено нестабильностью параметров топливополачн ТА, наибольшее влияние на нестабильность эффективной мощности дизеля оказывает ТНВД - 37,59 %. Наибольшую нестабильность в показатели удельного расхода топлива - более 80 %, вносят ТНВД, топливопроводы и форсунки. Об этом свидетельствуют таюкс результаты работы [9], где отмечается, что разброс эффективной мощности дизеля значительно меньше при установке на различные дизели одного постоянного комплекта ТА (ТНВД, топливопроводов и форсунок), чем наоборот установка разных комплектов ТА на один дизель. В первом случае среднеквадратичное отклонение эффективной мощности составило 0,2 кВт, а во втором случае - 0,5 кВт. При этом удельный расход топлива в первом случае составил в среднем 242 г/(кВт-ч), а во втором - 249 г/(кВт-ч).
В работе [64) отмечается, что отклонения топливополачн от их оптимальных значений в связи с износом прецизионных элементов ТНВД оказывают существенное влияние на мошностные и экономические показатели дизеля. Износ плунжерных пар приводит к увеличению удельного расхода топлива на 7...II г/(кВт-ч) или на 3...5 %. На частичных нагрузках наблюдалось менее значительное увеличение минимального удельного расхода топлива (на 4,0...5,5 г/(кВт-ч).
Нагрузочные характеристики дизеля 8413/14, снятые с топливным насосом укомплектованным плунжерными парами и нагнетательными клапанами с предельным износом, соответственно, FH = 0.07...0,09 мм2 (FH - площадь условного износа) и j.iJK = 0,34...0,38 мм2, показали, что удельный расход топлива при частоте вращения коленчатого вала 2100 мин в зоне максимальных нагрузок на 5.„9 г/їкВт-ч) ниже, чем с контрольным топливным насосом. При частоте вращения коленчатого вата 1300 мин 1 и 100 мин 1 удельный расход практически одинаков при работе с изношенной и контрольной топливной аппаратурой. Дымность отработавших газов у топливного насоса с изношенными прецизионными узлами на всех исследованных скоростных режимах на 5...7 % выше [64].
При определении внешней скоростной характеристики не зафиксировано разницы в экономических показателях дизеля с топливным насосом, укомплектованным предельно изношенными плунжерными парами и нагнетательными клапанами, и с контрольным топливным насосом, однако уровень дымности в нервом случае на 6... 12 % выше.
Полученные в работе [64] результаты объясняются тем, что износ плунжерной пары увеличения зазора и износ по разгружающему пояску нагнетательного клапана оказывают на параметры топливоподачи противоположное влияние. Нсли в связи с износом плунжерной пары цикловая подача и давление впрыскивания уменьшаются, а продолжительность впрыскивания увеличивается на 2... [64], то увеличение зазора по разгружающему пояску нагнетательного клапана наоборот вызывает увеличение цикловой подачи и давления впрыскивания топлива, продолжительность впрыскивания при этом уменьшается. Это свидетельствует о том, что соответствующим подбором элементов ТСВД можно восстановить параметры топливоподачи до установленного значения для данного дизеля и тем самым обеспечить оптимальное протекание рабочего процесса в цилиндре и показателе работы двигателя.
Многофакторные математические модели параметров топливоподачи
Многофакторные математические модели параметров топливоподачи разработаны с использованием метода узловых точек. Метод узловых точек при этом представляет многофакторную математическую модель в следующем виде: где у - исследуемый параметр топливоподачи; у, - численное значение параметра в узловой точке; ffxj - однофакториые зависимости влияющих факторов; п - количество факторов. По результатам гидродинамического расчета процесса топлизоподачи в качестве параметров определяющих процесс впрыскивания топлива и, следовательно, качество протекания рабочего процесса в дизеле, приняты: цикловая подача (glt), давление впрыскивания (Рц), а в качестве факторов, определяющих идентичность гидравлических характеристик, приняты; зазор в плунжерной паре (ЙО, зазор по разгружающему пояску нагнетательного клапана ( $ ), эффективное проходное сечение топливопровода высокого давления (&&), эффективное проходное сечение распылителя форсунки (/у 1 )
Ориентированный граф разработанных математических моделей представлен на рис. 2.3. В соответствии с выражением (2.3) и принятым графом многофакторные математические модели параметров топливоподачи имеют следующий вид; I где guu и Рво - численные значения в узловой точке цикловой подачи и давления впрыскивания топлива; ( $,)&» (4)ц, Ot)&i, CVp)&" ( Wb ( №ь 0/І/І)РІІ, (/ )Рц - функции влияющих факторов на цикловую подачу и давление впрыскивания топлива. Однофакторные зависимости исследуемых параметров от технического состояния элементов ТСВД аппроксимированы следующими уравнениями: Подставляя однофакторные зависимости (2.6 - 2.7) параметров топливо-подачи от технического состояния элементов ТСВД в уравнения (2.4-2.5) получены следующие многофакторные модели ТА УТН-5 на режиме дизеля 4411/12,5: для цикловой подачи топлива g,t Графическая интерпретация многофакторной модели параметров топливоподачи для ТА дизеля 4411/12,5 представлена на рис. 2.4. Графическая интерпретация многофакторной модели позволяет определить степень влияния исследуемых факторов на параметры топливоподачи. Так, из рис. 2.4 следует, что наибольшее влияние (относительно других факторов) на исследуемые параметры топливоподачи оказывает техническое состояние нагнетательного клапана. Отсюда также следует, что из исследуемых параметров топливоподачи ta&neime впрыскивания топлива и цикловая подача изменяются на большую еличину по сравнению с ф,, р Поиск экстремума функции (2.8) от нескольких переменных при наличии ограничений по Рв производился методом последовательного симплекса программой FLEXSIPLEX (проірамма нелинейного программирования). Результаты расчета параметра топливоподачи (git) выдавались в виде массива данных, который включал количество шагов вычислений предел сходимости результата расчета с заданным значением параметра, значение целевой функции, независимые векторы, а также значения ограничения в форме нера-енсгв. Примеры вариантов расчета цикловой подачи топлива для комплсктова-ШЯ элементами ТСВД представлены в табл. 2.3.
Оборудование, приборы и измерительная аппаратура для экспериментальных исследований
Гидравлические характеристики (эффективное проходное сечение) элементов ТСВД определялись на стенде КИ-22201 с приставкой КИ-15713 в научно-исследовательской лаборатории кафедры «Тракторы и автомобили» КБГСХА (рис.3.1).
Гидравлические характеристики нагнетательных клапанов и распылителей форсунок определялись с помощью специапьно изготовленных приспособлений (рис. 3.2). При определении эффективного проходного сечения распылителя устанавливался манометр 0-250 кгс/см с ценой деления шкалы 2 кгс/см , а при определении гидравлической характеристики нагнетательных клапанов манометр 0-16 кгс/см с иеной деления шкалы 0,2 кгс/см .
Экспериментальные исследования влияния технического состояния элементов ТСВД на параметры топливоподачи проводились на стенде «Хартридж-1100» (Англия) для испытаний и регулировки ТН в лаборатории 18(3) ГОСНИТИ. Обший вил экспериментальной установки на стенде «Хартридж-110» с ТПУТН-5 показаны на рис. 3.3. Стенд позволяет бесступенчато изменять частоту вращения приводного вала от 0 до 4200 мин"1, контролировать давление в головке испытуемого ТН, а также поддерживать заданный температурный режим испытаний с помошью автоматического терморегулятора. Температура топлива в процессе испытаний контролируется стрелочным манометром с пеной деления 2С. На стенде определялся геометрический угол начала подачи ТН проливкой под давлением 24 кг-с/см2 (2,4 МПа) и угол начала впрыскивания топлива стробоскопическим устройством. Для определения геометрически активного хода плунжера на корпусе испытуемого ТН, с помощью изготовленного приспособления, устанавливался индикатор часового типа с ценой деления шкалы 0,01 мм (рис.3.4).
Осциллографирование процесса топливоподачи производилось датчиками конструкции НПО ЦНИТА.
Характеристика впрыскивания определялась тензометрическим датчиком закона подачи ТЗП-1. На рис.3.5 показана установка датчиков для осциллогра-фирования процесса топливоподачи.
Осциллографирование процесса топливоподачи производилось осциллографом МПО-2 с тензометрической станцией УТС-1-ВТ-12 (рис.3.6). Обработка осциллограмм производилась при 10-кратном увеличении с помощью «Микро-фот» (рис.3.7).
Тарировка тензометрических датчиков производилась на гидравлическом прессе с образцовым манометром, при нарастающем и спадающем давлении, регистрируя в каждом случае 6..8 точек. Регистрация отклонения луча производилась по экрану осциллографа и на пленке. Тарировка каждого датчика производилась трехкратной нагрузкой и разгрузкой давления.
Динамическая тарировка индуктивного датчика подъема иглы распылителя производилась с распылителем, ход иглы которого определен с помощью индикаторной приставки. Для этого, при работе ТА форсунке задавался такой 1 испытуемый топливный насос ; 2 - датчик давления в топливопроводе у насоса; 3 - датчик давления у форсунки; 4 - датчик подъема иглы режим, при котором игла заведомо выходила на упор. По верхней площадке на осциллограмме перемещения иглы и известной величине ее хода, для данного распылителя, определялось соотношение масштабов между ходом луча шлейфа и ходом иглы. После смены распылителя накидная гайка форсунки затягивалась с усилием 6 кгм (6 кН-м), которое контролировалось динамометрическим ключом
Безмоторные стендовые испытания проводились в лаборатории КБГСХА, на контрольном стенде КИ-921М (рис.3.8). На стенде определялась производительность секции контрольного ТНВД при работе с форсунками, в которые устанавливались опытные распылители с последующим определением ЦПТ в мм/цикл на номинальном режиме (1100 мин 1) и режиме перегрузки (850 мин ). На этом стенде также проводилась проверка стабильности параметров контрольною ТНВД с использованием образцовой (эталонной) форсунки в комплекте с образцовым (эталонным) ТВД.
Перед началом испытаний проведена тщательная проверка комплектности стенда и техническое состояние агрегатов, узлов и приспособлений, а также показания манометра, тахометра и счетчика числа циклов. Протарированы мерные мензурки. В направляющих втулках корпусов датчиков стенда прорезаны продольные пазы, с целью исключения ошибок при определении производительности секций ТНВД из-за возможного накапливания топлива в гопливосбо-рочных камерах датчиков. Мерные мензурки имели предел измерения 100 см и цену деления I см3. Частота вращения кулачкового вала испытуемого ТНВД дополнительно контролировалась тахометром СК ТИЦ-751.
Испытания и регулировка исследуемых форсунок производились в лаборатории ГОСТИНИ на приборе «Тестатер» фирмы Харртридж (Англия), в лаборатории КБГСХА на приборах КИ-3333 (ГОСНИТИ) и ПУФ-3 (НПО ЦНИТА) (рис.3.9).
Определение мошностных и экономических показателей по цилиндрам дизеля 4411/12,5 производилось на электрическом тормозном стенде ГОСНИТИ КИ-1363Б (рис. 3.10). Отключение цилиндров производилось с помощью специального приспособления.
Результаты исследования параметров топливоиодачи и показателей дизеля при реализации рекомендуемой технологии
Сравнительные исследования параметров топливоподачи и показателей работы дизеля при ре&чнзации результатов оптимизации проводились на безмоторном и моторных стендах с комплектами топливной аппаратуры, ТСВД которых была укомплектована согласно технологии проведения ремонтно обслуживающих работ (ко пропускной способности) и с применением рекомендации но оптимизации параметров топливоподачи.
По результатам проливки форсунок и топливопроводов на контрольном стенде с эталонным топливным насосом с закрепленной рейкой, согласно методике исследования, был отобран комплект форсунок, пропускная способность которых отличается не более ±1 см3 за 2 хода плунжера. Второй комплект был подготовлен по результатам расчета комплектования элементов ТСВД (разд. 2). Для исследования стабильности параметров топливоподачи был подготовлен контрольный ТНВД согласно методики экспериментальных работ (разд. 3) -УТН-5 (режим дизеля 4411/12,5). Идентичность параметров топливоподачи определялся на наиболее нагруженном номинальном режиме, как указано в нормативно-технической документации.
Исследование стабильности цикловых подач по секциям ТНВД методом последовательной перестановки форсунок -(метод «перекрещивания») на каждую секцию показал, что при комплектации ТА по пропускной способности неидентичность достигает 6,5% (рис.4 4). Из графиков (рис. 4.4 а,б) также видно, что установка исследуемых распылителей по секциям, и всех на одну секции ТНВД дают, примерно, одинаковый разброс отклонений цикловых подач от установленного значения (±3,25%).
Исследование осциллограмм процесса впрыскивания топлива (рис. 4.2) показало различие в исследуемых сочетаниях гидравлических характеристик элементов ТСВД. Так, в линии ТСВД при установке форсунок с распылителями имеющими эффективное проходное сечение 0,50 мм2 и более отсутствует остаточное давление (рис. 4.2 а, б). Кроме того, отличается характер подъема иглы распылителя и давления впрыскивания топлива. При меньших значениях эффективного проходиого сечения игла совершает колебательное движение и максимальное давление впрыскивания топлива при большей величине удерживается больше времени (рис. 4.2 а), чем при большей величине эффективного проходного сечения (рис. 4.2 б). Характеристики впрыскивания топлива (закон подачи, рис. 4.2 а, б) отличаются в большей степени протеканием переднего фронта, он более растянут при впрыскивании топлива форсункой с большим значением эффективного проходного сечения (0,585 мм2).
Исследование равномерности цикловых подач по секциям "ГНВД при комплектовании их с использованием рекомендуемой технологии, метолом последовательной перестановки форсунок на каждую секцию, показал, что неидентичность в этом случае не превышает 3% (рис. 4.5 а, б). Следует также отметить, что установка исследуемых форсунок по всем секциям насоса и всех форсунок на одну секцию дают отклонение от установленной величины цикловой подачи топлива, равную ±1,5 % (рис. 4 5 а, б).
Отклонения от установленной величины цикловой подачи по всем секциям насоса имеют одинаковые значения для исследованных распылителей (лежат на одной линии), что свидетельствует о стабильности параметра - цикловой подачи при подборе распылителей форсунок с использованием рекомендуемой технологии комплектования. Величина отклонений по секциям - идентичность цикловой подачи топлива, как указывалось выше, не выходит за пределы допуска установленной нормативно-технической документации (3 %). Это свидетельствует о том, что применение рекомендуемой технологии обеспечивает идентичность параметров топливонодачи в установленных нормативно-технической документацией пределах.
Это подтверждают представленные на рис. 4.6 скоростные характеристики топливного насоса УШ-5 (4411/12,5). Из графиков видно, что с уменьшением частоты вращения кулачкового вала насоса отклонение от номинального значения цикловой подачи топлива составляет при постройке с использованием эталонирования 12 мм7цикл или 16,0 %, а при настройке со стендовыми элементами подобранными по пропускной способности - 25 мм3/цикл или 33,3 %, то есть превышает в 2 раза.
Неидентичность подачи топлива секлиями насоса в исследованных режимах изменяется от нуля при номинальном режиме до 12 % при применении рекомендуемой технологии и до 36 % при подборе стендовых элементов но пропускной способности, то есть в первом варианте обеспечивается идентичность топливоподачи лучше в 3 раза по сравнению со вторым вариантом.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что применение рекомендуемой технологии повышает стабильность и идентичность топливоподачи не только на номинальном режиме работы топливного насоса, но и на других частичных режимах, что также свидетельствует об эффективности рекомендуемой технологии на ремонтных обслуживающих предприятиях для улучшения качества ремонта дизельной топливной аппаратуры.
