автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Комплексный метод оперативного контроля топливных и экологических показателей работы тракторных дизелей в условиях эксплуатации

1 и э и;

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ 1ШС7Г1ГГУТ

КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ТОПЛИВНЫХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.2С.СЗ - эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ФОМИЧЕВ Александр Иванович

УДК 621.436.2.001.42(043.3)

Левинград-Пупкяп

1950

Работа выпсвдена в Ленинградском ордена Трудового Красного Заааени сельскохозяйственном институте.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор А.В.Николаенко

Научный консультант - кандидат технических наук

В.НДолосин

Социальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В.А.Аилилуез;

кандидат технических наук В.Н.Хватов

Ведущее предприятие - Научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации и электрификации сельского хозяйства ЕЛО "НЕЧКРЛОЗЕлАГРОМАШ".

Защита диссертации состоится 13 ноября 1990 г. в ^чао. 30 ш. на васедании специализированного совета К 120.37.05 по присуждении ученой степени кандидата технических наук в Ленинградской ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственном института по адресу: 189620, Ленинград-Цуткин, Академический ароспект, 23, аудитория 719.

О диссертацией ыожно ознакомиться в библиотеке инотмтута. Автореферат разослан " Р> " OiLTsijbX 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета кадцидат технических наук, доцент

Д.И.НИКОЛАЕВ

-1S ¡te:« 1

.t

;ce!r; j; / ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблема. В настоящее время при эксплуатации тракторов я автомобилей проблемы экономии топлива н уменьшения загрязнения атмосферного воздуха токсическими вещестаами,виде-ляемнш двигателями внутреннего сгорания (ДВО) яэлявтся весьма актуальэпш. ¡Эти проблема особенно ах1уальпы дая сельскохозяйственного производства, так как сколо трех пятых раергетичес-KKi мощностей сельского хозяйства приходится на дело ДВО.рабо--тащих на двзельнок тошшяе и бензине.

Эффективность использования дизелей в условиях реальной эксплуатации в значительной степени определяется техническим состоянием и качеством работы тошшвной асшаратуры (ТА). Откноне-ккя основных регулировочных параметров ТА от их номинальных зиа чекий приводит к сяягмнип «ощгюстша.скояомичэских и узгудазкзо гкологкчосдих показателей работа дизелей. При этом наибслъпай отрицательный эф{окт тлеет место при комплексном нарушение ре-гулзрозок; Тл.

Вое это делает вопроси оперативного контроля топливных и ьпелогическах показателей зесьиа актуальными. Однако суцестзув-цао метода и сродства контроля топливных показателей обладай? рядом недостатков, основннц из которых являэтел необходимость вмешательства в топливную систецу дизеля, что '.rpeiíye? дополнительных загр&г труда я времени и снижает надежность его работы.

Для обеспечения и педдержакзя задан тазе техначвсжЕМп услсзи-ями ааяодов-пзгоговктель'й топливпо-знергетнческвсс показателе^ септояпя данности и токезчяоетй СГ болыое значение киеат г.сл-троль технического состояния дизелзй современник« бот;разборными методам.

Цель исследований. Улучшение топливко-еконокнчвскгх я ахо-

kosmcxtx показателей рабоиг тракторахх дг^елей з условиях

>

эксплуатации путем разработки комплексного метода оперативного . контроля топливных показателей по дымкости ОТ и оптимизации регулировочных параметров ТА.

Объектом исследований являются дизель 44 11,0/12,5 (Д-240) трактора ЫТЗ-80/82 и его топливная аппаратура.

Научная новизна. I.Метод оперативного контроля топливных показателей тракторных дязелей в условиях эксплуатации,основанный на корреляционной связи между дымкостью ОГ в режиме свободного ускорения (СУ) и расходам топлива в эксплуатационной области стационарных режимов работы дизеля. 2.Обоснование закона воздействия на рычаг управления топливоподачей (РУТ) при задании режимов СУ дизеля в разработав устройства .реализующего агот закон. З.Методика оценки влияния регулировочных параметров ТА на дымность и оостав ОГ дизеля в режиме СУ. 4.Методика оптимизации регулировочных параметров ТА с учетом случайного характера их изменения и комплексного влияния на мощностные,экономические и экологические показатели при различных режимах работы дизеля в условиях эксплуатации.

Практическая ценнооть. Разработанная технология оперативного контроля расхода топлива тракторного дизеля по дымности ОТ и устройство для воздействия на РУТ при задании режимов СУ позволяет контролировать расход топлива дизелями без вмешательства в топливную систему при увеличении точности измерения дымности ОГ на 25...по сравнении о методом Измерения дымности ОГ по ГОСТ 21393-75,

Апробация. Основные Положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзных научных семинарах в 1^86...1990 гг.,на научных конференциях молодых ученых и специалистов Ленинградского СХИ в 1988 п 1990 гг.,на научно-практических конференциях Калинанского ОХИ в 1986...1990 гг.,на научно-технических

конференциях Горьковского политехнического института в 1988 г. и Пензенского СХИ в 1990 г.

Публикации. Основные положения диссертации опуб^якозаны в 12 печатных работах, в том числе получено положительное решение ВШИГПЭ по заявке на изобретение.

Внедрение. Разработанный метод и технология оперативного контроля расхода топлива тракторных дизелей по дымноети 0Г прошли производственную проверку в НПО ЩИТА, Верхневсяоцком Р7П Тверской области, Спецавтобазе №2 Территориально-производственного объединения жилищного хозяйства Исполкома Ленсовета и приняты к внедрению. Сйидаекый экономический эффект от внедрения результатов исследования составляет 113.6 руб.в год в расчете на один тракторный дизель Д-240.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения,четырех разделов,заключения и списка использованной литература,включающего 143 наименований,и приложений. Текстовая часть диссертация изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 4о рисунков, таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ. РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации,изложены новизна и основные положения,выносимые на задиту.

3 первом разделе рассмотрено влияние отклонений регулировочных параметров ТА от их номинальных значений на протекание рабочего процесса и образование токсических веществ в даззлях. Проанализированы методы а средства контроля расхода топлива и диагностирования автотракторных дизелей по дымноста а составу 0Г. Установлено,что в условиях эксплуатации тракторных дизелей наблодаится значительные отклонения регулировочных параметров ТА от их номинальных значений. Это приводит к существенно--!?' ухудпеняв ходаостпых,экономяческах и эхолэгячесхих показателей

3

работы дизелей и особенно при комплексном нарушении регулировочных параметров ТА. Для уменьшения количества вредных ваоро-■ г.ав с СГ д«зеде£ в условиях эксплуатации необходимо,наряду с контролем за уровнем их содержания в ОГ,контролировать и поддерживать регулировочные параметры ТА в оптимально допускаема пределах.

Для обэспечекия и поддержания заданных топливно-энергетическое показателей,енгдепия дымносги и токсичности ОГ большее значенье иыеет контроль технического состояния дизелей современными безразборшшл методами. Совершенствование газоаналитического обор7дсзаяия и методов газового анализа делает всё более реальным использование анализа ОГ для бепразберной диагностики двигателе и его систем при одновременном контроле тсп-лпвно-экономическнх и экологических показателей его работы.

Проблема знияжния дцыностк ь токсичности ОГ тесно связана с проблемой повышения топливной экономичности. Так в ряда отечественных и зарубежных исследований делаотся попытки теоретического и вкспериментально-стэтистического обоснования количественных взаимосвязей между дммносты), составом ОГ и топливными показателям* работы двигателей,в частности,удельными цикловыми и /дельными оффективнша топливными показателями дизелей. По-üioitf для цзлей оперативного контроля топливных показателей целесообразно применение косвенных методов,полноотьо исклсче»-«лх вмешательство в топливную оиотеысу, основанных на измерения дишюс\'* а анализе соотсва ОГ.

Бпедооыю безразборных методов контроля технического состояния машин ь сиотэцу технического обслуживания машинно-тракторного парка позволят полнее использовать межремонтный ресурс, проводить обевужязаыие кш к их составных частей по фактическому состоянии и сократить затраты времени, труда в материальных 4

средств на проведение профилактических работ. Это, в свою очередь, требует установления научно обоснованных оптимальных и допускаемых в эксплуатации контролируемых параметров,на основания которых устанавливается необходимость в проведении тех или иных мероприятия по ТО в момент контроля.

Обоснованию оптимальных и допускаемых в эксплуатация регулировочных параметров ТА дизелей посвящены работы многих ученых, однако в большинстве пз них не учитывались экологические показатели и режимы работы дизелей,что не з полной мере отражает реальное протекание рабочего процесса на различных эксплуатационных режимах работы дизелей. Совместное изменение регулировочных параметров ТА к комплексное влпяннз ах отклонений на показатели работы дизеля,наблюдаемые в условиях эксплуатации, требуют при обоснованна оптимальных и допускаемых в эксплуатации регулировочных параметров ТА учитывать изменение других параметров а момент контроля и их комплексное влияние на мо;д-ностнне, экономические и экологические показатели при различных режимах работы дизеля.

Исходя из цели исследований а на основе анализа состояния вопроса,в диссертационной работе поставлены следущие задачи:

1. Исследовать состояние тракторных дизелей в условиях эксплуатации по днмяости ОТ.

2. Разработать математические модели,устанавливая^ овязь эффективной мощности ( ),удельного расхода топлива ( ) в дшляостя ОГ (К) с гелачшами установочного угла опсревения впрыска топлива ОВПр), цикловой подачи топлива ( а давления начала впрыскивания тсплгва форсунками (Рф).

3. Обосновать и разработать ¡гетодику оптимизация регулировочных парзметрсв ТА с 743том случайного характера гх закона;: з условиях.эксплуатации г комплексного вли<шя на исцнзст-

1шз, экономические показатели работы и дымнооти ОГ дизеля.

4. Обосновать закон воздействия на Р7Т, обеспечивающий работу дизеля по внешней корректорной ветви регуляторной характеристики,при задании режимов СУ для оперативного контроля топливных показателей по дымности ОГ.

5. Установить корреляционную связь между показателями дым-ностл ОГ к топливными показателями расоты дизелей в условиях эксплуатации.

6. Провести эксплуатационную проверку комплексного метода оперативного контроля топливных и экологических показателей тракторных дизелей и оценить экономическую эффективность предлагаемых разработок.

Во втором разделе представлен расчетно-теоретический анализ метода оперативного контроля расхода топлива по дымности ОГ в режиме СУ дизеля. Этот метод основан на корреляционной связи между значениями дымности ОГ,измеренными в режиме СУ и расходом топлива в эксплуатационной области стационарных режимов дизеля.

Расчетной основой метода является введение понятия об условном средне статическом тракторе, да,; дизеля которого приняты следующие допущения:

- значения дымности ОГ на режимах свободного ускорения равно среднестатичесном!, т.е. математическому ожиданию ( Иг" ), выявленному в результате проведения статистических исследований на сельскохозяйственном предприятии, оксплуатируицем тракторную технику;

- расход топлива (G? ) определяется при работе на условной режиме,' определяемом интегральной суммой статистически взвешен ных во времена стационарных эксплуатационных режимов работы тракторных дизелей.

Таким образом, если (puo.I):

jh- область эксплуатационных режимов работы дизелей,определяемых значениями Мц , п ; tu - количество режимов, сос-тавляицгх область ; Mi, l - отдельный рэжим работы дизеля,входящий в число т. из области ß ; сц - доля времени (от единицы),в течение которого дизель работает на режиме М^, tii (целесообразно принять в качестве единица времени I ч,так как расход топлива измеряется в кг/ч); t-1,2.....ffl-индексы режимов, состаилтацих область jj>, то при работе д язеля на данном условном среднестатистическом эксплуатационном режиме должно соблюдаться равенство

dl I час (I)

Область эксплуатационных регимов и статистическое распре до дение по времени работа дизелей иа отдельных режимах (см.ряо.1) составляет: 35...55& (Jс - 42$ времени; 55...75/5 Ме - 2Ъ% времени; 75.,.95% N« - 23% времени.

Таким образом,решение поставленной задача сводится к определению корреляционной зависимости вида 6т ' К К с J , (2) которая в условиях принятой статистической модели эквивалентна зависимости Gr=j С ПЧ-к* ^ >

где Gr = | öi-ai (4)

Дня выявления зависимости Gr - i (Кс») были проведены стендовые моторные испытания дизеля Д-240 при различите значениях регулировочных параметров топливной аппаратура* При проведении пегштаний интервалы изменения параметров ТА выбирались с учетом ах номинальных значений и исходя из ьелачин их отклонений от номинала,наблюдаемых в условиях реальной охс.хлуьтацли. При этом регулировки fle.u осуществлялись в пределах от 2С до 32 градусов поворота коленчатого вала до верхней метровой точки через 3 градуса, ог 14.5 до 20.5 ifila через 1.5 ¡С1а и пропускной способности распылителей (J«f ) от 0.205 до 0.2 43 .v*2 через 0.01 «oi^. Оцзкха дашсста СГ дизеля производилась дамо--

7

ШО 1700 <900 2Ю0 п, МИ(Г Рис. I. Средняя годовая тагрузка дизелей тракторов класса 14 кН при выполнении йсновных видов сельскохозяйственных работ

е^А

9,2 9,0

&.Й &.(

&Д

/

50 40 50 60 70 60 КиД Рис. 3. Зависимость яьмности 0Г в режиме СУ

от часового расхода топлива на условном сседнеста^иэдическом режиме рл-

И,5 И,5

(0,5 9,5 Ьр

а) Режич //<'

¡чк-им4 лай н 00 НИН ■л

* * С1 0

* ^ О * - л т). .

/ о - эВЛР

50 АО 50 60 70 80 90 Ко«, 7.

Рио Корреляция дымности ОГ в режиме СУ с часовым расходом топлива на стационарных режимах работы при различных значениях регулировочных параметров ТА

го

мерой Ж-3 „Hctf'lKeijp."

Для определения зависимости (2) для каждого значения регулировочных параметров ТА осуществлялось измерение дымности ОГ ( Кеч) в" режима СУ. Затем дизель соединяется с тормозной установкой и производилось измерение расхода топлива на двадцати стационарных режимах,координаты которых ( M^.tti) равномерно нанесены на вероятностно-статистическую область J> (см.рис.1) загрузка дизеля.

В результате проведения испытаний был получен f/л о с га экс-перлментальных данных, нозволяндий'какдому значению К си сопоставить GT на стационарных режимах работы дизеля Д-240 в эксплуатационной облает загрузки. О этой цэлью для каждого стационарного режима строилась аппроксимирующая зависимость GT= j ( Kcs) (на рис,2 в качестве иллюстрации показаьы корроля ционьые зависимости между Keg и GT для ренимоз № I и Я 4). Аппроксимация зависимостей пройзвсдллась методом наимэньшйх квадратов. Затем каждое значение дымности ОГ ( К сJ сопоставлялось со значениями расхода топлива (GT), полученными в результате графического построения зависимостей для всех стациоьар-пых режимов работч дизеля в эксплуатационной области загрузки. Например,значению дымности ОГ,равному 4С£,соответствуют значения расходов топлива 10.5 кг/ч (режим й Г), 13.5 кг/ч (режим А 4) я т.д.

. Н результате математической обработки полученных данных на 3RM для каждого значения дымнссти ОГ С tin и получены уравнения поверхности отклика,устанавливающие связь расхода топлива Gr с эффективным крутядлм моментом на валу двигателя М к и частотой вращения коленчатого вала ¡t . Расход топлива б? дизеля при его работе на условном рзяиме.определязком интегральной суммой статистически взвешенных во времени стационарных эксплуатационных режимов работы,определялся методом ччелэн.чего интегрирования по выражение

где Ст . 6т , - соответственно расходы топлива на режимах, 'соогавдждах область 1,П,Ш (см.рис.1); а - совокупнос-

ти реакмов.соответствепно, в областях I, П, Ш.

В результате для каждого значения дамносте ОГ в режиме СУ бал определен расход топлива на условном среднестатистическом режиме работа дизеля н полупена зависимость ] ( Т1")(ряс.З),

которая оягсьшается уравнением (^=0.02 КЛ,г+7.64, (6)

т су

что позволяет по дшяюсти ОГ в режиме С7 определить расход топлива тракторного дизеля в условиях окспяуатации.

Для реализации метода оперативного контроля расхода топлива по дымности ОГ используется тестовый режим свободного ускорения. Однако существенное влияние на стабильность,а следовательно и точность измерения дымнойгл ОГ,оказывает способ задания режима 07. Яо ГОСТ 21392-75 и ГОСТ 17.2.2.02-86 режим СУ яри ^ценке_ л^шостл- 0Г- днге.ля-долже;гобеспеч;шатьсл ".. .быстрым,но плавным перемещением до упора рычага управления топливоподачей? Та'.ая неопределенность,вследствие субъективного представления испытателя о скорости воздействия на РУТ на практике часто приводит к нестабильности результатов измерения дымности ОГ.

С целью обоснования закона воздействия на рычаг управления топливоподачей,гарантирующего выход рейки топливного насоса на упор корректора гопливоподачи и определения геометрического профиля кулачка исполнительного механизма,обеспечиваицего этот закон воздействия,были проведены специальные экспериментальные исследования. Доя проведения исследований была создана экспериментальная установка на базе дизеля Д-240 с сохранением всех эго штатных агрегатов. Запуск дизеля Д-240 при проведении испытаний производился штатным стартером СТ-212А. Для анализа быстропротекаодих изменений динамических показателей работы 10

О 0,2 0,-v 0.6 0,Б -i.C -1,2 <Л 4,6 <,6 2,0 г.с

Fi:c.4. Изменение угловой скоростк и> ,, углового ускорения \ коленчатого вала, хода рейки пр и рычага hptrTH при различном времен« воздействия с на РУТ (а - ?■•= 0,5 с; сЗ -г= 0,6 с, в - V = С,8 с)

И

дизеля плеХфшл осциллографом H-II7 производилась регистрация угловой скорости , углового ускорения S коленчатого вала, хода рычага управления топяивоподачой /i Рцт и хода рейки топливного наооса кр . В качестве оценочных показателей режимов свободного разгона дизеля были приняты величина углового ускорения коленчатого вала л время t перемещения рычага управления топлквосодячей до упора.

аначчра результатов экспериментальных исследований установлено,что при перемещении РУТ из положения,соответствующего минимально устойчивой частоте вращения коленчатого вала до упора за 0.8 о (рис.4,б) дизель не вводит на внзанюа корректорную ветвь. При зоздзйствиа ка рычаг в течение 0.6 с (рис. 4,6) диеоль обеспечивает работу на внешней корректорной ветви кратковременно (б интервале времени 0.01 с).При разгоне,осуществляемом перемещением рычага управления топливоподачей за 0.5 с, изменение двкам?ческой_лагХ'УзкЕ-протекавт-по внесшей— корректорной ветви (кр/вая & , рсс.4,а).Заксн воздействия на рычаг управления топливоподачей,показанный на рис.4,а(кривая h. руг 5 и бкл принят в качестве базового для определения геометрического профиля кулачка исполнительного механизма.

Таким образом, при динамическом способе эагрузки дизеля Д-240 РУТ должен равномерно перемещаться от положения,соответ ствуицего минимально устойчивой частоте вращения коленчатого вала дизеля до упора за 0.4..,0.5 секунды. Дальнейшее уме ныне ние времени полного перемещения рычага до упора приводит к значительному росту ударяых нагрузок на детали регулятора и топливного каоооа в к увеличению крутящего момента на выходном валу привода исполнительного механизма (ИМ).

Дня реализации установленного закона воздействии на РУТ при задании режима СУ диаеля наиболее целесообразно ислользо-

вать ИМ на базе электромагнитного кулачкового привода.Коррекцией профиля кулачка можно получить требуемый закон перемепда-ния РУТ при различных усилиях на его перемещение и неравномерности угловой скорости кулачка в пределах одного оборота. На рис.5 представлена развертка профиля кулачка для задания режима СУ дизеля Д-240, построенная при условии,что угловая скорость кулачка имеет постоянное значение.

1

о до а 0 420 т 200 2А0 280 МО оС

О С,) с

Рис. 5. Развертка профиля кулачка ИМ для задания режима СУ дизеля Д-240

В третьем разделе диссертации приведены программа и мэ то дика исследований, описание экспериментальных установок в методика обработки опытных данных.

Программа экспериментальных исследований включала: оценку уровпя дамности ОГ тракторных дизелей в условиях эксплуатация; контрольные испытания топливного насоса,фороунон я распылителей на соответствие их параметров требованиям ооответотвупдах ГОСТ я ТУ; безмоторные испытания топливного насоса по оценке влияния регулировочных параметров ТА на показателя его работы; моторные стендовые испытания по оценке влияния регулировочных параметров ТА на мощноетные, экономические я экологические показатели рабой дизеля.

Дчя оценки уровня дамности ОГ тракторных дизелей в условиях эксплуатации были провэдены эксплуатационные испытания дязолзА

13

Д-240 тракторов ЫТЗ-80/82 в соответствии с ГОСТ 21Е93-75 и ГОСТ 17.2.2.02-86. Измерения проводились дамомером СВДА-107 "Атлас", дооборудованным устройством для принудительной подачи ОГ в измерительную камеру. За результат измерения принималось среднеарифметическое значение дымности ОГ по максимальному отклонению стрелки прибора в четырех последних циклах нагружения.Оценка влияния отклонения параметров ТА от их номинальных значений на показатели топливного насоса УШ-5 (средняя цикловая подача топлива и часовая подача топлива) и показатели работы дизеля Д-240 (вффективная мощность,часовой и удельный расходы топлига, дымность и соотав ОГ) осуществлялись соответственно по результатам испытаний насоса на безмоторном стезде нс-104 "ЫсЛогреач а дизейя на тормозной установке 23-832 и в режима (37. При этом, наряду с определением влияния каждого ив параметров на показатели работы дизеля, исследовалось комплексное влияназ совместного изменения всех рассматриваемых иарамэтроз_ТА. -Ддяпро— ведение многофакторного эксперимента при испытании дизеля был выбран сочти рототабельЕый трехуровневый слан Бокса-Бенкпна . второго- порядка, минимизирующий число опытов при одновременном варьировании- всеми- изучаемыми факторами .

При определен» значений регулировочные параметров ТА, обеспечивающих наибальзув мощность дизеля при н&иленьших значениях расхода топдиза и дымности ОГ,решалась компромиссная задача между рассматриваемыми критериями оптимизации,в которой на экстремум для одной поверхности отклика налагаются- ограничения других поверхностей. Решение компромиссной задачи осуществлялось путем одновременного построения линий равных выводов ( N., 9,, К,) однородных двумерных сечений (совмещения сечений) по. верхностей о!жлика для всех критериев оптимизации на одном ри-.сунке. Црн этом оптимальное значение одного критерия опттааза-14

ции выбирается в зависимости от значений других.

Оценка показателей дымности и состава ОГ.при проведении стендовых моторных испытаний дизеля Д-240,производилась с по-моиьо дымсмсра МК-3 "Нагtridge» ц комплексной газоапалитичвс-koil системы АСГА-Т в соответствии о ГОСТ 21393-75, ГОСТ 17*2, 2.02-BS и ГОСТ. 17.2.2.05-86.

В четвертом раздело диссертации приведены полученные в работе результаты исследований.

Анализ результатов измерения дымности 0Г в условиях реальной оксплуатацив показал,что на режима иаксемальной частота вращения холостого хода около 64£ испытанных дизелей имеют значения дымности 0Г шчее 15 единиц, что соответствует норию по ГОСТ 21393-75. На режиме свободного ускорения только один из 47 испытанных дизелей гнел значение дымности 0Г 40 единиц, то есть соответствовал норке на дыыность ОТ по ГОСТ 21393-76, Остальные двигатели провисали эту корцу. Причем,диапазону значений дымности СГ,разному 90...99 единиц, соогветсозовало 45J6 испытанных двигателей.

В результате проведения безмоторных испытаний установлены зависимости средней цикловой в часовой подач топлива топливного насоса УТН-5 от давления начала впрыскивания топлива форсунками и перемещения регулировочного винта цикловой подали относительно положения,соответствующего номинальному значении цикловой подачи топлива.

Стендовые испытания показали высокую чувстййтельнооть и устойчивый характер изменения показателей работы дизеля Д-240 /динамический момент нагружейия Мд, эффекШййаЛ мовэооть Ме , часовой GT и удельный расходы топлива, продолжительность переходного процесса lvj , дишос»ь Кс,и состав ОГ (СО, С02, СН и N0X )/ в режиме СУ к отклонениям регулировочных пярямет-

15

«вт'

40

20 Мд,Ни НО

150

О), с' 20 О 460

т

кр,мч 20 (0

\

т Мд 1

/ ь

\

¥)

г /

г

ООгЛ &б

г/Г'Ь'Ч] СИ, МИ 900

400

300

СО, млн

(ООО

ОД 0,4 0,6 Г, С

Рис.6. Изменение дина мического момента погружения, эффективной мощности, удельного расхода топлива, угловой скорости, коленчатого вала и. хода— рейюгТН дизеля Д-240 в режиме СУ при различных значениях регулировочных параметров ТА х о д

.7.

(5 <6 <7 (6 19 20 Рф1 МП а Зависимость показателей дым-ности и состава ОГ дизеля Д-240 в режиме СУ от давления начала "впрыскивания топлива форсунками

V

х - Рф = 14,5 МПа; о - Рд - 17,5 МПа;. л - Рф ^ 20,5 МПа

Х2<

Рис.8. Двумерные сечения поверхностей откликов, характеризующие дым-ность 0Г и удельный расход топлива дизеля Д-240 в зависимости от величин ос, (бет) к Хг (Чч) при х,=0(1\=1г^лг;(г.=22ОО мин"1

--- линии равных К

----линии равг.ых

ров ТА от их номинальных значений. 3 качестве примера на рис. 6 и 7 показана зависимость показателей работы дизеля Д-240 в режиме СУ от давления начала впрыскивания топлива форсунками.

При уменьшении с 17.5 МПа до 14.5 МПа уменьшаются Мд на 9.0 Н-м (3.3$) и Nie на 1.5 кВт (2.8$).увеличиваются 6Т и fy , соответственно на 0.3 кг/ч (1.952) и 14,7 г/(кВт-ч)(4.8$) и tcy на 0.05 секунда (4.8$). При этом происходит увеличение содержания в ОГ концентрации СО на 170 шш-1(24$), СН на 24 млн"1 (13.3%), М0Х на 40 шн_1(40$)и К на IS единиц (40?). Содержание С02 в 0Г снижается на 0.4$ (на 3$).

Увеличение Рф с 17.5 МПа до 20.5 МПа приводит к уменыпзнив Мд на 34 Н-м (14$), Ne на 9,5 кВт (18$)и GT на 1.7 кг/ч (10.5$) и к увеличении на 27.2 г/<кВт-ч)(9$), tov на 0.11

секунды (20$). Увеличение Р* до 20.5 Ша приводит к унаньше-

т т

нию содержания в 0Г СО на 40 млн (5.6$), (И на 5.0 или (2.8$),

И0Х на 60 млн~1(60$) и К на 7 единиц (17«5$). Содержание С0£ в 0Г увеличивается на 0.11$ (на 8.4$),

Уменьшение с 25 до 20...° приводит к уменьшении Мд на 40Н м (16.6$), Ме на 6.8 кВт (12,3$) и а увеличении G-T на 0.3 кг/ч (1.9$), fa на 51.2 г/(кВт'Ч)<К.9$) а tci на 0.0S секунды (9.8$).При этом происходит увеличение содержания в ОГ COg на 0.02$ (на 1.5$),СО на 100 imh_I(I4.I5?),ca на 400 илн"1 (в 3.2 раза) и К на 41 единицу (в Я разе»), Содержание W 0„ в ОГ

г л

уквньтаотся на 58 щн х (58$).

Увеличение 0ВПр с 26 до 32..,° сопровождается увеличением Мд на 9 Н-м (3.7$), Ne на 2 кВт (3.72), йа 0.1 кг/ч(0.6$) и уменьшением §д на 9.3 гЛкВг'ч) (3$) й на 0.02 секунды (3.3$). При ötom происходят увелвчевиэ СО на 610 ыли"1(в 4 раза), И на 23 едиазцц дшяюсга » уменьшение С02 па

0.15$ (11.5$) и N0X на 24 tum-1 (2455).

Изменение (¡,ц от 72 мм3/цти до 56 мм3/цикл приводит к уменьшению Мд на 72 Н.м (29.9$), Ne на 13.6 кВт (25.7$) и к увеличению tcy на 0.22 секунда (40%). Это сопровождается уменьшением К на 25 единиц (62.5JS), С02 на 0.04£ (на 3.1$), СО на 180 кшГ-Чгб^, N0X на 27 шн_1(27^) и СН на 60 щн~Т(33.3?о).

Увеличение СЦ от 72 мм3/цшш до 88 мм°/цикл приводит к увеличению Мд на 29 Н'М (12$), Ne на 10.2 кВт (19.3$) к к сокращению tcv на 0.04 секунды 6.6$. Это сопровоядается увеличена ем К на 20 единиц (на 50%), содержанием в 0Г COg n-i 0.02JS (на 1.5%), СО на 280 шн"1(39.4^), СН па 72 млн_1(20#) и N0^ на 5 шш-1 (5?).

В результате проведения многофакторнсго эксперимента по оценке влияния регулировочных параметров ТА на показатели работы дизеля Д-240 и математической обработки экспериментальных' данных получены уравнения регрессии.устанавливающие связь аффективной мощности We , удельного расхода топлива , дымно-"сиГОГ К и часового расхода топлива GT с величинами установочного угла опережения впрыска топлива 6Ш , цикловой подачи топлива fa и давления начала впрыскивания топлива форсунками Р? для номинального режима работы дизеля: Ух= 50.I5990f0.48874xI+8.77374x2-2.47250x3-0.34500xj -

-2.75500х|+0.51749x1+0.34500x^2-0.74749x^3 + (8)

+1.66750x^x3;

У2 = 251.8811-6.30873x^2.47251x2-0.48792x3+6.51859x1 + +4.67I09XI+0.31027X3-I.47749XJX2-6.I0582X2X3 + +0.86II67XJX3;

У3«= 33.8888-0.12499хг(-22.333э3х2-4.87501х3-4.40276х|+ (IQ)

+1.66055х|-0.56944х§+1.33332x^+0.08332х ^3-3.49902x^3, У4=12.6354-0.18583XJ+2.40542х2-0.68292х3+0.23181х| -

-0.46901x|+0.1543bt§-0.03335x^2-0.13332x^3+ (II)

+0.I3250r2I3»'

и режима максимального крутящего момента:

У'!1 =40.3900-1.7887х1+3.57000х2-1.22625х3+0.80250х|-

-1.58000х|-0.33750х|-0.29250х ^+0.84249X3X3 ; У^ =263.0711-2.84666x^11.01166x2-6.55917x3 -

-12.92556х|-Ю. 06 556x2+^ • 13276х§-23.21997x^2+

+0.8695x2X3-2.50834х2х3; ^=86.2221+2.20333x^20.66667x2-6.20833x3--1.40278х?-9.486шЗ+0.0Э721х2-3.33329хтх<5+

+1.08332x^3+6.49999X3X3; У^ =10.6254-0,07624x^1.86210x2-0.57917x3 +

(15)

+0.18098х|-0.23401x^-0.06486х§-0.00917х1х2+ +0.03332x^3+0.07497x2X3, где Хр х2. х3 - действующие факторы в кодированном виде.

Полученные математические модели адекватно описывают процессы изменения мощкостных, экономических и экологических показателей работы дизеля Д-240 в зависимости от величины парада тров топливной аппаратуры, характеризуют степень влияния параметров ТА па показатели работа дизеля на режимах поминальной мощности (8...II) и максимального крутящего момента (12 ...15) и позволяют оптимизировать значения входящих в уравнения параметров о учетом их комплексного влияния на показатели работы дизеля.

Решение уравнений 8...15 в раскодированном виде дает возможность определить значения , Сг , и К дизеля Д-240 в зависомооти от величин 8ВПр, и Рф на номинальном режима максимального крутящего момента.

Анализ построенных по уравнениям 8...15 поверхностей опта ков (в качестве примера на рос.8 приведены двумерные сечения поверхностей откликов, характеризующие удельный расход топлива и дымность ОТ К дизеля Д-240 на номинальном режиме ра-

Соты в зависимости от всляч"п ац п 0впр при Рф=17.5 МПа) показал, что оптимальными значениями регулировочных параметров ТА, обеспечивающими наиболыдую эффективную мощность дизеля при наименьших удельном расходе топлива и дымности ОГ являются: евпр=26...29...°, Рф=.Т6.0___18.5 МПа и % =66.. .72мм3/

Лсикл для номинального режима работы и 0^=20,..23.. .°,Рф= =17.5...19.О МПа и ^ч=64...72 ш3/цикл (установочное значение при частоте вращения вала насоса П =1100 глин"1) для ре^-ма максимального крутящего момента.

Значения регулировочных параметров ТА, ограничивающие области,в которых происходит снижение ми увеличение более чем на 5%, что классифицируется в соответствии с ГОСТ 18506-83 как отказ двигателя, а также области, в которых значения дам-кости ОГ превышают 40$, являются предельными для дизеля Д-240.

Производственная прозерка комплексного метода оперативного контроля топливных и экологических показателей работы п оптя-ьшзации_ре|2лировочных_паргметрсБ-ТА-в -условиях "эксплуатации показала,что проведение комплекса мероприятий с использованием предлагаемого метода,направленных на снижение дымности 0Г до уровня экологических нормативов (К 40$).позволило снизить расход топлива дизеля Д-240 на 8...10%. Экономический эффект от внедрения метода составил 113.6 руб.в год яа один дизель Д-240.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. В результате выполненной работы разработан и обоснован комплексный метод оперативного контроля топливных и экологических показателей работы тракторных дизелей,применение которого в условиях эксплуатации тракторов позволяет.наряду с экологическими показателями, контролировать расход топлива.

В основу комплексного метода положена установленная корреляционная зависимость между дыиностьо 0Г,измеренной в рэяиме 20

свободного ускорения и расходом топлива на условном средне-статистическом режиме работы тракторного дизеля в условиях эксплуатации (коэффициент корреляции h =0.89).

2. При обследовании тракторных дизелей Д-24.0 в условиях эксплуатация с использованием разработанного комплексного метода оперативного контроля топливных я экологических показателей установлено,что более 80$ дизелей имеют иначение дымно-сти 0Г выше установленных нормативов. Математическое ont* ание дымностн 0Г равно 82.5 единиц, что соответствует расход} топлива 9.25 кг/ч. Проведение комплекса мероприятий о использованием предлагаемого метода обеспечиваем уменьшение расхода топ-лава дизелями до 8.4 кг/ч (ка 8...10$) и снжеиие дымпости 0Г до уровня действуй^ экологических нормативов (К < 40/5).

3. В процессе эксплуатации на тошшвгус экономичность^данность в состав 0Г тракторных дазечей сказывает влияние комплекс факторов,из которых наиболее значимыми явййются отклонения регулировочных парам тров от их номинал ышх значений, что свидзтельствует о необходамсоти более жесткой регламентация установочного угла опережения впрыска, цикловой подачи и давления начала впрыскивания топлива форсунками.

Для оптимизации регулировочных параметров ТА разработана уточненная методика,которая позволяет на основе проведения многофокгорного эксперимента получить завясимооть аффективной мощности,удельного а часового расходов топлива,дымнооти 0Г от регулировочных параметров ТА в виде полинома второго порядка и установить предельные значения етис иарам&тров о учетом их комплексного влияния на мощностнне, экономические показателя л дшаюоть 01' дизеля. Методика позволяет также определить ос-нойные показатели работы даэелн ( Na, я К) в зависимости от величин отклонений регулировочных параметров ТА (8ИПр, и Рф)

21

от их номинальных значений и обосновать необходимость восстановления того или иного регулировочного параметра при диагностировании дизеля.

4. Установленные в исследованиях оптимальные значения регулировочных параметров ТА тракторного дизеля Д-240 0ВПр=26... 29 градусов, Рф=16.0.. .18.5 МПа и 0,^=66...72 мм3/цикл для номинального режима работы и 0рПр=2О...23 градусов, Рф=17.5... 19.0 МПа и ^ч=64...72 ыы3/цикл (установочное значение при частоте вращения вала насоса И =1100 мин"*') для режима максимального крутящего момента,при которых обеспечиваются наибольшая мощность дизеля при наименьших значениях удельного расхода топлива и дымности ОГ, рекомендуется включить в нормативно-техническую документацию по техническое обслуживанию.

5. Закон воздействия на рычаг управления топливоподачей, обеспечивающий работу дизеля по внешней корректорной ветви ре-гуляторной характеристики,а такие исполнительный механизм для реализации Этого закона при задании режимов свободного ускорения для оперативного контроля расхода топлива по дымности ОГ позволяют повысить точность измерения дымности ОГ на 25...30$ по сравнению с методом измерений по ГОСТ 21393-75 и ГОСТ 17.2.2.02-85.

6. Разработанная технология позволяет производить оперативный контроль расхода топлива по дымности ОТ без вмешательства в топливную систему дизеля и включает измерение дымности ОГ в режиме свободного ускорения и определение расхода топлива по

полученной зависимости &_=0.С2К _+7.64.

1 Щг

7. Разработанный комплексный метод оперативного контроля тошлвннх ж экологических показателей прошел производственную проверку к правят к внедрению в хозяйствах Ленинградской и

. Тверской областей, (кидаемый экономический эффект от внедрения

результатов исследований составляет II3.6 руб.в год на один тракторный дизель Д-240.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Долгушин В.А., Фомичев А.И. Обоснование предельных значений параметров топливной аппаратуры дизеля Д-240// Тезисы докладов к конференции молодых ученых и студентов ЛСХИ: Вклад молодых ученых в развитие сельскохозяйственного производства. - Л.. 1988.- С.99.

2. Долгушин В.А., Ложкин В.П., Фомичев А.И. Зависимость .ющностных, экономических и экологических показателей дизеля Д-240 от параметров топливной аппаратуры на различных эксплуатационных режимах работы//Тезисы докладов и сообщений: Повышение эффективности проектирования,испытаний,эксплуатации автомобилей и строительно-дорожных машин,- Горький,1988.-С.51.

3. Долгушин В.А., Ложкин В.Н., Фсмичев А.И. Влияние параметров топливной аппаратуры на показателя топливного насоса УТН-5// Тезисы докладов XI научно-практической конференции: Современные методы ведения сельскохозяйственного производства.- Калинин,1983,- С.108...109,

4. Долгушин В.А., Ложкин В.Н., Фомичев А.И, Оптимизация регулировочных параметров топливоподачи дизеля Д-240 по мощно-стным,экономический и экологическим показателям// Тезисы докладов ХП научно-практической конференции: Научное обеспечение перестройки в АПК Калинин, I9Ö9.- С.137,

5. Ложкин В.Н., Долгушин В.Д., Фомичев А.И. Влиянио параметров топливной аппаратуры на характеристики топливоподачи, технико-экономические и экологические покааателй дизеля Д-240 //Тезисы докладов X научно-практической конференция: Совершенствование интенсивных Методов в агропромышленном комплексе Ка-

23

ленинской области в свете решений ХХЯ1 съезда КПСС,-Калинин,

1967.- С.234...235.

6. Лонкск В.Н., Долгушин В.А., Фомичез А.И. Влияние параметров топливное аппаратуры яа показатели работы дизеля Д-240// Сб.науч.трудов ЛСХИ: Диагностике.,повышение эффективности и долговечности мобильных сельскохозяйственных агрегатов.- Л,,

1968.- С.20...26.

7. Ызкошэнко A.S..Ложкин З.Н.,Долгушн В.А.,Фо:лнчев А.И. Комплексное влияние регулировочных параметров топливной аппаратуры на основные показатели работы ipitK торных дизелей // Двигателестроение, 1990.- № 4,- С.28...30.

8. Николаекко А.Г.., Сошнич A.B., Николаев А.В.,Фомичев А.И,,Колчин А.В.,ТайбасароЕ S.K. Устройстве для управления, рмдашми приработка и диагностирования дизеля. Положительное решение ВНИИГПЗ по заяьке й 44C65I9/25-06 от 28.10.88.

9. Уханоэ А.П., Дэлгуаин В.А.,®оииь:ев А.И. Оценка влиялдя регулировочных параметров топлгвной аппаратуры на показатели работы дизеля в реяиме свободного ускорения// Тезисы докладов к областной конференции 3-4 гшреля 1900 г.: Достижения науки -сельскохозяйственному производству. - Пенза, 1990,- С.65.

10. Фоиичев А.И., Ложкин В.К. Исследование реждаов свободного ускорения дня сцсккя технического состояния дизелей по показателям дымаости и состава отработавших газов// Тезнсн докладов научно-технического семинара: Диагностика,повышение зф-фектиьнооти,экономичности и долговечности двигателей. Л.-Душкин, 1990.- С.87...88.

11. Фомичев А.И. Обоснование закона воздействия на jm-.ai1 уиравлйквя тоаливопидачей при динамическом способе загрузг.й дизеля // Сб.науч.трудов ЛСЖК: Улучшение эффективных,эргочома-чес-Ktx я зколсгвчзскюс показателей йцергетачеояях устаноэск