автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Методика оценки ресурса капитально отремонтированных турбокомпрессоров дизелей по результатам стендовых испытаний

/

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ РЕСУРСА КАПИТАЛЬНО ОТРЕМОНТИРОВАННЫХ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ ДИЗЕЛЕЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ

Специальность 05.20.03. - Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

На правах рукописи

Белоглазое Николай Степанович

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Ломоносов Ю.Н.

Челябинск -1997

Содержание

стр.

Введение...................................................................................................................5

1. Состояние вопроса и задачи исследования.........................................................8

1.1. Послеремонтная надежность турбокомпрессоров - основная характеристика качества их ремонта.................................................................................................8

1.2. Условия работы турбокомпрессоров тракторных и комбайновых двигателей в сельскохозяйственном производстве и причины потери их работоспособности ...........................................................................................................................14

1.3. Существующие методы оценки послеремонтной надежности турбокомпрессоров........................................................................................................................27

1.3.1. Существующие методы оценки надежности объектов сельскохозяйственной техники............................................................................................................27

1.3.1.1. Эксплуатационные испытания .................................................................27

1.3.1.2. Полигонные испытания............................................................................31

1.3.1.3. Стендовые испытания...............................................................................33

1.3.2. Существующие методы оценки надежности турбокомпрессоров дизелей ...........................................................................................................................49

1.3.3. Анализ существующих конструкций стендов для испытания турбокомпрессоров на надежность.......................................................................................54

1.4. Выводы и задачи исследования......................................................................59

2. Теоретические предпосылки ускоренной оценки ресурса отремонтированных турбокомпрессоров дизелей.................................................................................61

2.1. Оценка долговечности турбокомпрессоров по результатам стендовых ускоренных испытаний.................................................................................................61

2.2. Выбор параметра технического состояния турбокомпрессора, определяющего его ресурс......................................................................................................64

2.3. Определение характера изменения принятого параметра технического со-

стояния турбокомпрессоров от наработки...........................................................70

2.4. Оценка скорости изменения принятого параметра технического состояния турбокомпрессоров................................................................................................71

2.5. Прогнозирование долговечности отремонтированных турбокомпрессоров с использованием метода статистического моделирования...................................75

2.6. Обоснование выбора методов ускорения стендовых испытаний турбокомпрессоров ................................................................................................................78

2.7. Выводы............................................................................................................83

3. Методика экспериментального исследования..................................................84

3.1. Общая методика..............................................................................................84

3.2. Выбор для исследования марки турбокомпресссора....................................85

3.3. Методика получения сведений о законах распределения основных факторов, влияющих на ресурс турбокомпрессоров.....................................................86

3.3.1. Установление значений эксплуатационных факторов..............................89

3.3.2. Установление значений технологических факторов..................................93

3.4. Установление начальных значений параметра технического состояния турбокомпрессоров ......................................................................................................96

3.5. Описание конструкции разработанного стенда для испытания турбокомпрессоров на долговечность...................................................................................96

3.6. Планирование и обработка результатов стендовых ускоренных испытаний турбокомпрессоров..............................................................................................104

3.6.1. Оценка влияния на ресурс турбокомпрессоров эксплуатационных и технологических факторов.......................................................................................105

3.6.2. Последовательность и условия проведения стендовых испытаний........106

3.6.3. Выбор метода ускорения стендовых испытаний.......................................109

3.7. Методика статистического моделирования показателей надежности турбокомпрессоров на ЭВМ.........................................................................................110

3.8. Методика эксплуатационных испытани турбокомпрессоров.....................ИЗ

3.9. Сопоставление результатов стендовых и эксплуатационных испытаний турбокомпрессоров ....................................................................................................114

3.10. Выводы........................................................................................................116

4. Результаты и анализ экспериментальных исследований...............................117

4.1. Характеристика основных эксплуатационных и технологических факторов .........................................................................................................................117

4.2. Характеристика начальных значений параметра технического состояния турбокомпрессоров..............................................................................................126

4.3. Зависимость скорости изменения параметра технического состояния турбокомпрессоров от основных факторов и оценка его ресурса..............................126

4.3.1. Характер изменения параметра технического состояния ТКР................128

4.3.2. Влияние основных факторов на скорость изменения параметра технического состояния....................................................................................................130

4.3.3. Приведение результатов стендовых ускоренных испытаний ТКР к эксплуатационным условиям ....................................................................................133

4.3.4. Оценка ресурса турбокомпрессоров.........................................................135

4.4. Результаты эксплуатационных испытаний турбокомпрессоров.................137

4.5. Соответствие результатов стендовых и эксплуатационных испытаний

ТКР........................................................................................................................139

4.6. Выводы..........................................................................................................141

5. Эффективность стендовых ускоренных испытаний турбокомпрессоров и общие выводы..........................................................................................................142

Литература............................................................................................................152

Приложения..........................................................................................................168

Введение

Одним из важнейших условий эффективного использования техники является обеспечение ее высокой надежности.

Особое внимание следует уделить оценке уровня надежности отремонтированных машин, так как значительная часть машинно-тракторного парка ежегодно подвергается различным ремонтным воздействиям. Особую актуальность это приобретает сейчас, когда существенно сокращаются поставки сельскохозяйственным предприятиям новой техники.

Наиболее сложным и дорогим агрегатом тракторов и зерноуборочных комбайнов является двигатель.

В значительной степени надежность двигателя определяется качеством ремонта агрегатов, входящих в его состав, таких как, топливный насос, масляный насос, турбокомпрессор (ТКР) и другие.

Большая часть современных дизелей оснащены турбонаддувом поэтому надежность их послеремонтной эксплуатации существенно зависят от качества ремонта.

Повышение надежности отремонтированных агрегатов, в том числе и турбокомпрессоров, возможно только на основе систематического контроля их качества.

Для оценки качества капитально отремонтированных турбокомпрессоров, для совершенствования технологии ремонта и восстановления изношенных деталей ТКР необходимо проведение специальных ресурсных испытаний. В нынешних рыночных условиях ресурсные испытания необходимы и при проведении сертификации продукции ремонтных предприятий.

Несмотря на высокую достоверность, эксплуатационные испытания длительны и сопряжены с трудоемкой работой по сбору, обработке и анализу информации. Для получения сведений о 80 % -ном у-ресурсе в условиях рядовой эксплуатации требуется 2...3 года. Такое большое запаздывание информации о качестве ремонтируемых объектов делает ее в ряде случаев бесполезной для совершенствования технологии ремонта на ремонтных

предприятиях.

Сокращение сроков получения информации о надежности может быть обеспечено применением стендовых ускоренных испытаний.

Существующие методики стендовых испытаний турбокомпрессоров обеспечивают получение только сравнительной оценки уровня их надежности. Поэтому требуется дальнейшее совершенствование методов и технических средств ускоренных испытаний агрегатов наддува.

Целью исследования в данной работе является разработка методики оценки долговечности капитально отремонтированных турбокомпрессоров дизелей по результатам стендовых ускоренных испытаний с возможностью оценки ресурса ТКР в зависимости от различных условий эксплуатации.

Объектом исследования является процесс изменения технического состояния капитально отремонтированных турбокомпрессоров дизелей в период их эксплуатации.

Предметом исследования являются закономерности изменения параметра технического состояния турбокомпрессоров, определяющие ресурс этих агрегатов в различных условиях эксплуатации.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Обоснован выбор основного параметра, характеризующего техническое состояние турбокомпрессоров.

2. Выявлена аналитическая зависимость скорости изменения параметра технического состояния от воздействия основных эксплуатационных и технологических факторов.

3. Разработана методика оценки ресурса капитально отремонтированных турбокомпрессоров дизелей, отличающаяся от известных тем, что позволяет по результатам ускоренных стендовых испытаний прогнозировать ресурс ТКР с учетом различных условий эксплуатации.

Практическую ценность исследования составляют:

1. Разработанный стенд для ускоренных испытаний турбокомпрессоров обеспечивает комплексное воспроизведение основных факторов,

влияющих на ресурс ТКР во всем диапазоне их эксплуатационных значений.

2. Разработанная методика оценки ресурса турбокомпрессоров по результатам ускоренных стендовых испытаний по сравнению с эксплуатационными испытаниями позволяет существенно (в 4...6 раз) сократить затраты времени на получение информации о ресурсе капитально отремонтированных ТКР.

3. Разработанные и в установленном порядке утвержденные методические указания по проведению ускоренных испытаний капитально отремонтированных турбокомпрессоров дизельных двигателей на долговечность (РД МУ 70 РСФСР 108-85) позволяют организовать систематический контроль достигнутого уровня надежности.

4. Годовой экономический эффект от внедрения ускоренных-стендовых испытаний на Еманжелинском ремонтном заводе Челябинской области составил 13,8 тыс. руб. в год (в ценах 1991 года).

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 .Послеремонтная надежность турбокомпрессоров -

основная характеристика качества их ремонта

В настоящее время все большую актуальность приобретает проблема обеспечения качества сельскохозяйственной техники. Одним из главных свойств, характеризующих качество машин и механизмов является их надежность.

Повышение надежности как новых так и отремонтированных сельскохозяйственных машин имеет важное значение в повышении эффективности сельскохозяйственного производства. Высокие требования к надежности машин определяются значительным ущербом, который наносится сельскохозяйственным предприятиям вынужденными простоями техники.

В сельском хозяйстве только учитываемых простоев различных машин насчитывается на пахоте - до 35 %, а на уборке урожая - до 50 % от всего времени их работы. В стране ежегодно на ремонт машин и оборудования расходуется около 15 млрд. рублей (в ценах 1991 года). В ремонтных службах занято около 1 млн. металлорежущих станков и работает свыше 2 млн. человек. Значительная часть затрачиваемых средств приходится на сельскохозяйственную технику. На выпуск запасных частей ежегодно расходуется до 10 млн. тонн металла, а их стоимость для сельскохозяйственных машин и орудий, находящихся в эксплуатации, значительно превышает стоимость самих машин и орудий [1,2,3].

Большие затраты трудовых и материальных ресурсов в сельском хозяйстве связаны с эксплуатацией автотракторных двигателей.

Основная тенденция развития современных тракторных и комбайновых двигателей - повышение агрегатных мощностей при практическом сохранении их массы и габаритов за счет применения турбонаддува. Использование турбонаддува позволило значительно повысить технический уровень тракторных и комбайновых двигателей. В настоящее время литровая

мощность двигателей составляет порядка 12,5...20,5 квт/л, а удельная масса - 4,08...7,20 кг/квт [4].

Повысить мощность двигателя возможно также и за счет повышения частоты вращения коленчатого вала. Однако она у современных тракторных и комбайновых дизелей практически достигла своего оптимального значения [4] и в настоящее время составляет 1700...2200 мин1. Поэтому дальнейшее повышение технического уровня тракторных и комбайновых дизелей, то есть повышение экономичности и снижение удельной массы и габаритов двигателя, достигается, в основном, при помощи турбонаддува.

Высокие технико-экономические показатели газотурбинного наддува, как способа повышения мощности, обусловили широкое применение его в автотракторных и комбайновых двигателях.

В настоящее время газотурбинным наддувом снабжены все комбайновые и многие тракторные двигатели ( ЯМЗ-2Э8НБ, СМД-60, СМД-62, СМД-64, СМД-72, СМД-17КН, СМД-18КН, СМД-19, СМД-20, СМД-21, СМД-22, Д-160, 8ДВТ-330, Д-240Т и другие). В ближайшее время практически весь тракторный и комбайновый парк будет переведен на использование дизелей с газотурбинным наддувом [5,6].

Для наддува тракторных и комбайновых двигателей, в основном, используются турбокомпрессоры типоразмеров ТКР-11 и ТКР-8,5.

Использование турбонаддува позволяет значительно повысить коэффициент наполнения Г]у\ в то время как у двигателей без наддува =

0,75...0,85, у двигателей с наддувом Т]у = 0,90...0,98. Коэффициент наполнения при работе с наддувом повышается вследствие лучшей очистки камеры сжатия в результате продувки [7].

Повышение плотности воздуха и в значительной мере коэффициента наполнения дает соответствующее повышение мощности двигателя. Использование турбонаддува и систем промежуточного охлажения наддувочного воздуха позволяет повысить мощность дизелей на 15...30 и более % [5,8,9].

На всех турбокомпрессорах, которыми оснащаются автотракторные и комбайновые дизели, применяются подшипники скольжения с вращающимися или качающимися втулками.

Плавающие и качающиеся подшипники менее склонны к автоколебаниям, обладают хорошими демпфирующими свойствами, более высокой виброустойчивостью и несущей способностью [7,10,11].

Для втулок подшипников применяют бронзы марок БрОФЮ-1, БрОФ7-0,2, БрОСЮ-Ю, БрОЦС5-5-5 и другие оловянисто-свинцовистые бронзы. Бронзы БрОФЮ-1 и БрОФ7-0,2 обладают хорошими антифрикционными свойствами, однако в некоторых моторных маслах с присадками они склонны к коррозии, что ускоряет износ подшипников [10].

Турбинные колеса отечественных турбокомпрессоров изготавливают отливкой из сплавов АНВ-300, ЖСЛ-750, СЖЛ-800-1 и др., обладающих высокой вибропрочностью [7,12,13], колеса компрессора - из высокопрочного алюминиевого сплава [14].

Капитальный ремонт турбокомпрессоров может быть налажен только на специализированных ремонтных предприятиях при достаточно больших программах ремонта. Это обуславливается тем, что при ремонте этих сложных агрегатов требуется квалифицированная дефектация, и применение специальных методов дефектоскопии (магнитно-порошкового или маг нитно-люминисцентного) для обнаружения невидимых невооруженным глазом дефектов, сложного и дорогого ремонтно-технологического оборудования (машины для сварки трением, машины для балансировки роторов и другие), высокоточного металлорежущего оборудования, специальных стендов для обкатки и испытания после ремонта.

С увеличением выпуска энергонасыщенной ремонтосложной техники существует устойчивая тенденция к возрастанию доли трудозатрат, идущих на различные мероприятия по поддержанию работоспособности машин [15].

В этих условиях важное значение приобретает вопрос развития и укрепления ремонтно-обслуживающей базы, позволяющей не только

уменьшить трудозатраты, но и повысить качество ремонта сельскохозяйственной техники, послеремонтную надежность агрегатов и машин в целом.

Надежность - одно из свойств качества продукции [16,17,18]. Под надежностью понимается свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах. Для турбокомпрессоров дизелей такими основными эксплуатационными по