Введение к работе
Актуальность темы. По экспертным оценкам 25...30% наиболее дорогостоящих узлов топливной аппаратуры (ТА) дизелей преждевременно выходит из строя. Основной причиной является некачественная очистка топлива от загрязнений. Применение современных фильтрующих / элементов обеспечивает высокое качество очистки топлива от механических примесей. Вместе с тем для очистки от воды в системе топливоподачи служит фильтр грубой очистки (ФГО), в котором задерживаются только крупные капли воды, обладающие большой массой и силой инерции. Микрокапли малого диаметра не задерживаются ФГО, что приводит к набуханию и нарушению целостности бумажных фильтрующих элементов. Совместное действие воды и механических примесей вызывает повышенный износ и нарушение работоспособности основных элементов системы топливопо дачи - топливного насоса высокого давления (ТНВД) и форсунок. При этом возрастает расход топлива, затраты на запасные части и ремонт дизельного двигателя. Поэтому исследования в области создания надежкык систем автоматической защиты дизелей от воды яв- V ляются актуальными.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка системы автоматической защиты топливоподающей аппаратуры (САЗ ТА) от воды. Для достижения данной цели необходимо решить следующие основные задачи:
изучить современное состояние и перспективы решения проблемы повышения надежности дизельных двигателей путем защиты ТА от работы на обводненном топливе;
установить основные источники образования и накопления воды в топливных баках энергонасыщенных тракторов, влияние воды на качество дизельного топлива, а также методы и средства, применяемые для контроля степени обводненности и очистки топлива от воды;
построить математическую модель, описывающую процесс очистки топлива от воды в неоднородном электрическом поле.
на основании разработанной математической модели определить рациональное сочетание конструктивных параметров фильтра, что даст возможность значительно повысить степень очистки топлива от мелкодисперсной воды;
обосновать параметры и разработать систему контроля степени обводненности дизельного топлива;
провести лабораторные и эксплуатационные испытания предлагаемых устройств САЗ ТА дизелей от воды
Объект и предмет исследования. Объектом исследований является система топливоподачи автотракторных дизельных двигателей. Предметом исследований служит процесс очистки топлива от воды и методы контроля наличия воды в топливе.
Методология и методы проведения исследования. В процессе исследований была разработана методика и изготовлена экспериментальная установка, что позволило провести испытания емкостных датчиков, новой конструкции фильтра и установить эффективность работы предлагаемой системы.
Научная новшиа полученных результатов. На основании проведенных исследований определены математические выражения, описывающие процесс накопления механических примесей и воды при эксплуа-V тации тракторов МТЗ-82 и Т-150К. Установлен характер распределения отстоявшейся в топливном баке свободной воды по элементам системы топливоподачи. Исследована эффективность водоотделеши серийных ФГО. Установлена теоретическая зависимость эффективности очистки топлива от воды в неоднородном электрическом ноле. На основании полученных зависимостей определено сочетание конструктивных параметров фильтра, которое обеспечивает высокую степень очистки топлива. Разработан комплекс устройств, обеспечивающих повышение надежности работы ТА путем предотвращения поступления в систему топливоподачи обводненного топлива. Определено входное напряжение системы контроля степени обводненности топлива и установлена зона максимальной чувствительности применяемого в данном устройстве емкостного датчика. Проведены исследования предлагаемой конструкции фильтра-отстойника. Научная новизна подтверждается: патентом N2060170 (Россия) "Топливный бак транспортного средства;" патентом N2029595 (Россия) "Устройство для обезвоживания дизельного топлива;" патентом N2046974 (Россия) "Система контроля степени обводненности дизельного топлива;" патентом N2028481 (Россия) "Система защиты дизеля от попадания воды в цилиндры;" заявкой на выдачу патента N4949417/26/044657 "Фильтр-отстойник двигателя внутреннего сгорания."
Практическая значимость полученных результатов. Результаты исследований могут быть использованы для модернизации существующих систем подачи топлива, а также при создании новых дизельных двигателей. Материалы исследований приняты к использованию на "Гомельском заводе пусковых двигателей" при разработке перспективных конструкций дизелей малой мощности и Витебским ССП для установки на автотракторные двигатели тракторов, эксплуатируемых в концерне Белме-лиоводхоз.
Экономическая значимость полученных результатов. Экономия средств при внедрении предлагаемых устройств обеспечивается за счет снижения расхода топлива, повышения срока службы наиболее дорогостоящих узлов ТА, снижения продолжительности ремонта трактора. Рассчитанный с применением "Методических рекомендаций по комплексной оценке эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса", экономический эффект за период эксплуатации
составляет для трактора МТЗ-82 - 319 у. е., а для трактора Т-150К - 937 у. е. Срок окупаемости дополнительных затрат составляет для МТЗ - 2.1 года, а для Т-150К менее одного года.
Основные положении диссертации, выносимые на защиту: аналитические выражения для определения эффективности очистки топлива в неоднородном электрическом поле; результаты экспериментальных исследований влияния концентрации, степени дисперсности воды в топливе, напряжения, приложенного к электродам, расхода топлива на эффективность работы фильтра; обоснование конструктивных параметров предлагаемых конструкций фильтра и емкостного датчика САЗ ТА от воды.
Личный вклад соискателя заключается в разработке математической модели процесса очистки топлива в неоднородном электрическом поле, методики экспериментальных исследований, создании экспериментальной установки, образцов предлагаемых устройств фильтра-отстойника и системы контроля степени обводненности дизельного топлива, проведении теоретических и экспериментальных исследований, обработке полученных данных.
Апробации результатов диссертации. Основные положения и результаты диссертации доложены и одобрены на научно-технических конференциях: Белорусской сельскохозяйственной академии (1992, 1996, 2000 г. г.), Санкт-Петербургского государственного аграрного университета (1992, 1993, 1995, 1997 г.г.), Могилевского машиностроительного института (1993 г.), Белорусской государственной политехнической академии (1996 г.), Белорусского аграрно-технического университета (1997 г.), Institut budownictwa mechanizacji і elektryfikacji rolnictwa, Warszawa (2000 г.).
Онублнковаїшость результатов. По теме диссертационной работы опубликовано: 17 печатных работ, в том числе патенты на изобретения -4, научных статей - 6, тезисов научных докладов - 7.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, шести глав, заключения, списка литературных источников (151 наименования, из них 13 на иностранном языке) и приложений. Она изложена на 170 страницах машинописного текста, включает 63 рисунка, 10 таблиц и 3 приложения на 15 страницах.