автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Методы и средства повышения эксплуатационной эффективности тепловозных дизелей

БЕЛОРУССКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА УД^ ^2^04.3:621.436 На права к рукописи.

ГИЗАТУЛЛИН Растам Каримович

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

05.22.07—Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Гомель 1!)98

~ ■ Работа выполнена на кафедре "Тяговый подвижной состав" Белорусского государственного университета транспорта (г. Гомель)

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Коссов Е.Е. (г. Москва), доктор технических наук, профессор Сенько В.И. (г. Гомель), доктор технических наук, профессор Федорец В.А. (г. Днепропетровск)

Оппонирующая организация - кафедра "Эксплуатация и ремонт подвижного состава" Харьковской государственной академии железнодорожного транспорта.

"Защита состоится "....." .(■!? м Г.. на заседании Совета'по

защите диссертаций Д02.27ГО1 Белорусского государственного университета транспорта по адресу: 246653, г. Гомель, ул. Кирова, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета транспорта.

Автореферат разослан !. . I

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций

С.В.Щербаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Б структуре железной дороги тепловозное хозяйство является наиболее энергоемкой отраслью, от работы которой в значительной степени зависит себестоимость перевозок. Одной из основных задач тепловозного хозяйства является экономия дизельного топлива, так как затраты на топливо достигают в настоящее время 60 % всех эксплуатационных расходов тепловозного хозяйства.

Режимы работы тепловозных дизелей в эксплуатации отличаются большой разнообразностью и зависят от множества факторов. Значительная по времени работа на холостом ходу и частичных нагрузках, постоянная сменяемость режимов приводит к снижению коэффициента использования мощности и КПД тепловоза. Снижение эффективности тепловоза объясняется недостаточной приспособленностью дизеля к длительной работе на режиме холостого хода, который в эксплуатации достигает 40 - 80 % от всего времени работы. Одной из основных причин, ухудшающих показатели топливной экономичности и надежности тепловозных дизелей в эксплуатации, является неравномерность распределения топлива по цилиндрам, увеличивающаяся с уменьшением эффективной мощности по тепловозной характеристике. Топливная аппаратура дизелей при малых подачах работает нестабильно от цикла к циклу, что наряду с цикловой неравномерностью приводит к неполноте сгорания топлива, разжижению дизельного масла, закоксовыванию выхлопных окон и ухудшению процесса сгорания. У наиболее распространенных дизелей типа Д100 на номинальном и близких к нему режимах возникают дополнительные впрыски топлива, что отрицательно сказывается на эффективности процесса сгорания и работоспособности форсунок. Применяемая в настоящее время на дизелях конструктивная схема привода реек топливных насосов позволяет совмещать их нагрузочные характеристики только на номинальном режиме.

Совершенствование процесса топливоподачи, стабилизация нагрузочных характеристик топливной аппаратуры в эксплуатации, разработка методов контроля и способов регулировки дизелей на двух режимах, обеспечивающих повышение давления впрыска и наименьшую неравномерность распределения топлива по цилиндрам дизеля, является актуальной научно-технической задачей.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Под руководством и непосредственном участии автора диссертации были выполнены шесть научно-исследовательских работ, которые являются составной частью крупных научно-исследовательских тем Главного управления локомотивного хозяйства МПС СССР: «Разработка, испытания и выбор оптимальных технических решений, обеспечивающих повышение экономичности работы дизелей типа Д100» (1984-86 г.); «Разработка и внедрение усовершенствованной топливной аппаратуры для дизелей 10Д100 и 10Д100М» (1987 - 89 г.). При подготовке диссертации были также использованы материалы научно-исследовательских работ, выполненных под руководством автора по заказам Белорусской железной дороги, Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ), ПО «Коломенский тепловозостроительный завод» и ПО «Завод им. Малышева» (1987 - 97 г.).

Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эксплуатационной эффективности тепловозных дизелей путем совершенствования процесса топливоподачи, стабилизации нагрузочных характеристик топливной аппаратуры в эксплуатации, разработки методов контроля и способов регулировки дизелей на двух режимах, обеспечивающих повышение давления впрыска и наименьшую неравномерность распределения подачи топлива по цилиндрам на всех режимах работы дизеля.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

1. Обосновать и разработать конструкции элементов топливной аппаратуры для устранения нестабильной работы на режиме малых подач топлива и дополнительных впрысков на номинальном и близких к нему режимах.

2. Исследовать изменение гидравлических характеристик форсунок в эксплуатации и разработать гидравлический способ для оценки их эффективного проходного сечения.

3. Исследовать влияние гидравлических характеристик форсунок на нагрузочные характеристики и экономичность работы дизеля.

4. Исследовать влияние люфтов реек топливных насосов на распределение топлива по цилиндрам дизеля, характер их изменения в эксплуатации.

5. Теоретически обосновать возникновение силы, действующей на рейку топливного насоса от плунжера в процессе впрыска и разработать способы устранения люфтов реек топливных насосов в эксплуатации.

6. Разработать математическую модель процесса впрыска топливной аппаратуры с учетом силы, приложенной от плунжера к рейке насоса, и утечек топлива по форсунке между смежными впрысками.

7. Исследовать характер изменения нагрузочных характеристик топливной аппаратуры в эксплуатации и разработать способы их стабилизации.

8. Обосновать необходимость дополнительной регулировки тепловозного дизеля на равномерность подачи топлива по цилиндрам в режиме холостого хода и разработать методы определения количества подаваемого топлива в цилиндры.

9. Разработать привод реек и механизм поворота плунжера топливных насосов для осуществления независимой регулировки дизелей на двух режимах.

10. Провести эксплуатационные испытания модернизированных тепловозных дизелей с оценкой их топливной экономичности и надежности работы.

Научная новизна полученных результатов. Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Теоретически обосновано возникновение силы, действующей на рейку топливного насоса от плунжера в процессе впрыска, которая при определенных условиях становится достаточной для устранения зазоров в сопряженных деталях от плунжера до общей тяги управления.

2. Разработана математическая модель процесса впрыска топлива и нагрузочных характеристик топливной аппаратуры дизеля Д100 с учетом утечек топлива по форсунке между смежными впрысками и силы, приложенной от плунжера к рейке.

3. Разработаны конструкции плунжерных пар и нагнетательных клапанов топливных насосов, обеспечивающих поддержание в нагнетательном трубопроводе низкого постоянного давления для устранения цикловой неравномерности на режиме малых подач топлива и дополнительных впрысков на номинальном и близких к нему режимах.

4. Разработан способ устранения дополнительного впрыска топлива и стабилизации нагрузочных характеристик в эксплуатации для топливных систем с короткими трубопроводами.

5. Предложен гидравлический метод и разработаны устройства к стенду А106 для определения эффективного проходного сечения форсунок дизелей.

6. Разработаны способы устранения люфтов реек топливных насосов.

7. Разработаны методы и устройства для регулировки дизелей на равномерность распределения топлива по цилиндрам в режиме холостого хода.

8. Предложен способ совмещения нагрузочных характеристик топливных насосов на двух режимах и разработаны конструкции привода реек и механизма поворота плунжера для осуществления независимой регулировки дизелей на номинальном режиме и холостом ходу.

Практическая значимость полученных результатов. Реализованные технические решения и методы регулировки дизелей на режиме холостого хода, основанные на результатах теоретических и экспериментальных исследований, позволили резко снизить неравномерность распределения топлива по цилиндрам, повысить экономичность работы дизелей, устранить разжижение дизельного масла топливом и снизить минимальную частоту вращения холостого хода. В локомотивных депо Белорусской железной дороги внедрены устройства для определения гидравлических характеристик форсунок дизелей. Метод для регулировки дизелей на режиме холостого хода и способ устранения люфтов реек топливных насосов внедрены в локомотивных депо стран СНГ, и соответствующие изменения внесены в правила текущего ремонта и обслуживания тепловозов типа ТЭЗ и ТЭ10. Результаты исследования гидравлических характеристик форсунок дизелей типа Д100 были использованы при установлении предельных границ изменения эффективных проходных сечений сопловых наконечников в эксплуатации, что нашло отражение в правилах ремонта. Доработанная после эксплуатационных испытаний конструкция топливного насоса дизеля 1 ОД 100 для двойной независимой регулировки была использована заводом-изготовителем при выпуске опытной партии таких насосов. Устранение цикловой нестабильности при малых подачах топлива и снижение неравномерности подачи топлива по цилиндрам создают реальную основу для уменьшения минимальной частоты вращения холостого хода и расхода жидкого топлива при переходе дизеля на газожидкостный процесс.

Экономическая значимость полученных результатов. Эксплуатационные испытания дизелей 10Д100 тепловоза 2ТЭ10Л (В, М) с использованием разработанных технических решений показали снижение расхода топлива и масла на измеритель перевозочной работы тепловозов соответственно на 6,6 и 9,6 %. Уменьшенная на 10 % минимальная частота вращения холостого хода при одновременном снижении жесткости процесса сгорания в отдельных цилиндрах способствует увеличению моторесурса дизелей 1 ОД 100.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.В результате выполненных в диссертации теоретических и экспериментальных исследований по совершенствованию топливоподаю-щей аппаратуры, методов контроля и регулировки получены новые результаты, направленные на повышение эксплуатационной эффективности тепловозных дизелей:

1. Теоретическое обоснование способа для устранения зазоров в сопряженных деталях от плунжера до общей тяги управления подачей.

2. Уточнение гидродинамического метода расчета процесса впрыска топлива с учетом утечек топлива под влиянием остаточного давления в нагнетательном трубопроводе и моментов, действующих на плунжер при впрыске.

3. Способы и реализация этих способов для ликвидации цикловой нестабильности при малых подачах топлива и дополнительных впрысков на номинальном режиме работы топливной аппаратуры.

4. Гидравлический метод и устройства для контроля эффективного проходного сечения форсунок дизелей.

5. Метод и устройства для регулировки дизелей на равномерность распределения топлива по цилиндрам в режиме холостого хода.

6. Способы двойной независимой регулировки и изменения крутизны нагрузочных характеристик топливных насосов.

Личный вклад соискателя. В диссертации использованы материалы 19 научно-исследовательских работ, выполненных под руководством и непосредственном участии автора в течение продолжительного периода работы в Белорусском институте инженеров железнодорожного транспорта (ныне Белорусский государственный университет транспорта). Все рассмотренные в диссертации методы и способы улучшения работы топливоподающих систем и дизелей были предложены и разработаны ав-

тором, для практической же их реализации привлекались сотрудники кафедры «Тяговый подвижной состав» БелГУТа.

Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертации докладывались на научно-техническом совете МПС СССР (1990 г.), научно-технических конференциях БелИИЖТа (1975 - 1995 гг.), Всесоюзной научно-технической конференции «Методы и средства диагностирования технических средств железнодорожного транспорта» (Омск, 1989 г.), Международной научно-практической конференции «Ресурсо- и энергосберегающие технологии на транспорте и строительном комплексе» (Гомель, 1995 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы развития локомотивного хозяйства Республики Беларусь» (Гомель, 1996 г.), сетевых школах МПС СССР (1986, 1987, 1989 гг.), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития транспортных систем» (Гомель, 1998г.)

Результаты исследований использованы при издании правил технического обслуживания и текущего ремонта тепловозов типа ТЭЗ и ТЭ10 (М.: Транспорт, 1988. ) и дополнений к правилам за № Н-9000 (1990 г.)

Опубликованность результатов. По теме диссертации опубликовано 47 научных работ, в том числе одна монография, 12 статей в центральных журналах «Электрическая и тепловозная тяга» и «Локомотив», 5 авторских свидетельств на изобретения, 22 статьи в межвузовских сборниках научных трудов и 7 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, семи глав, заключения, списка использованных источников (235 наименований) и 17 приложений. Объем диссертации 326 страниц, в том числе 20 таблиц на 13 страницах, 75 рисунков на 64 страницах и 49 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечается актуальность темы исследования, обосновываются цель и пути решения поставленной задачи.

Первая глава посвящена анализу режимов работы тепловозных дизелей и их топливоподающей аппаратуры в условиях эксплуатации, способов улучшения работы на холостом ходу и влияния неравномерности распределения топлива по цилиндрам на надежность и экономичность дизелей.

Режимы работы тепловозных дизелей в эксплуатации отличаются большой разнообразностью и зависят от множества факторов. Изменение режимов работы дизелей влияет на коэффициент использования мощности, который определяет среднеэксплуатационный КПД тепловоза и расход топлива.

Решению технических вопросов, связанных с повышением топливной экономичности и надежности работы дизелей в эксплуатации,посвящены исследования И.В.Астахова, Г.Г.Антюхина, Ю.Б.Барковского,

П.Н.Блинова, А.И.Володина, А.Н.Гуревича, В.Г.Гультяева, Т.Ф.Кузнецова, Е.Е.Коссова, И.К.Колесника, А.П.Кудряша, С.В.Комкова, П.Т.Клепача, А.С.Лышевского, Г.В.Никонова, Р.А.Насырова, А.Э.Симсона, З.И.Сурженко, Э.Д.Тартаковского, В.А.Федорца, Ю.Б.Федотова, Ю.Я.Фомина, Г.А.Фофанова, А.З.Хомича, Н.Н.Хуторянского, А.В.Четвергова, А.П.Чиркина и др.

Анализ выполненных исследований показывает, что наиболее длительным режимом работы тепловозных дизелей является холостой ход, который для грузовых тепловозов составляет 40-60%, пассажирских и маневровых - 60 - 80 % от всего времени работы. Дизели магистральных тепловозов на этом режиме расходуют до 14-16%, а маневровых -23 - 28 % от общего количества использованного топлива. Ухудшение индикаторного КПД дизеля на режиме холостого хода зависит, наряду с другими причинами, от давления распыливания топлива и локального значения коэффициента избытка воздуха. Резкое снижение давления распыла топлива, вследствие нестабильной работы топливной аппаратуры при малых подачах и значительной неравномерности подачи по цилиндрам, приводит к неполноте сгорания, разжижению дизельного масла и увеличению расхода топлива. Для улучшения работы тепловозных дизелей на режиме холостого хода применяют отключение части топливных насосов. В этом

случае повышается нагрузка в работающих цилиндрах, а следовательно, увеличиваются цикловые подачи топлива с переходом работы топливной аппаратуры в область устойчивых и более качественных процессов впрыскивания. В дизелях типа 10Д100 отключение на режиме холостого хода 15 топливных насосов устраняет разжижение дизельного масла, однако часовой расход топлива увеличивается на 1,5 - 2,0 кг.

На надежность и экономичность работы тепловозных дизелей в значительной степени влияет неравномерность распределения топлива по цилиндрам, которая зависит от совершенства топливоподающей аппаратуры. Постановка отрегулированных топливных насосов одной группы на дизель не гарантирует полученную на стенде неравномерность подачи, так как на подачу влияют дополнительные факторы: разница по эффективному проходному сечению сопловых наконечников, зазоры в сопряженных деталях привода плунжерных пар от общей тяги управления, технологический допуск по зазорам между упорами реек и корпусами насосов, допуск на внутренний диаметр нагнетательных трубопроводов, технологический допуск на изготовление профиля кулачков, деформация привода на скорость плунжера, регулировка угла опережения и температуры выхлопных газов при распределении нагрузки по цилиндрам на номинальном режиме. Указанные факторы приводят к увеличению неравномерности распределения топлива по цилиндрам и особенно на холостом ходу и малых нагрузках. При длительной эксплуатации дизелей элементы топливной аппаратуры изнашиваются и неравномерность распределения топлива увеличивается.

Опыт доводки рабочих процессов и эксплуатации тепловозных дизелей показывает, что для повышения их технико-экономических показателей необходимо в первую очередь уделить внимание созданию и совершенствованию топливоподающей аппаратуры. Несмотря на то, что многими организациями в последние годы были выполнены исследования и разработки с целью улучшения работы топливной аппаратуры дизелей, однако вопросы стабилизации малых цикловых подач топлива, устранения дополнительных впрысков на номинальном и близких к нему режимах, снижения неравномерности топливораспределения по цилиндрам требуют дальнейшего исследования и решения. Применяемая в настоящее время на дизелях конструкция привода реек топливных насосов позволяет совмещать их нагрузочные характеристики только на номинальном режиме.

Для повышения эксплуатационной эффективности тепловозных дизелей сформулированы задачи по стабилизации малых подач и устранению дополнительных впрысков топлива, исследованию влияния износа элементов топливной аппаратуры и стабилизации нагрузочных характеристик в эксплуатации, разработке методов контроля и способов устранения люфтов реек, методов регулировки топливной аппаратуры и дизелей на двух режимах, обеспечивающих повышение давления впрыска и наименьшую неравномерность распределения топлива по цилиндрам дизелей.

Во второй главе рассмотрены вопросы, связанные с расчетом процесса впрыска в дизелях при конструктивных изменениях топливной аппаратуры с учетом утечек топлива по форсунке между впрысками и моментов, действующих на рейку насоса от плунжера. На основе анализа существующих методов расчета в рассматриваемой работе для определения наиболее рациональных конструктивных параметров топливной аппаратуры использован гидродинамический метод с учетом гидравлического сопротивления нагнетательного трубопровода, разработанный Ю.Я.Фоминым, который дает более достоверные данные по давлению топлива у насоса, так как учитывает влияние сопротивления на процесс топли-воподачи с самого начала движения топлива во входном сечении трубопровода.

Одним из факторов, существенно влияющим на неравномерность распределения топлива по цилиндрам дизелей в эксплуатации, является разница суммарных зазоров сопряженных деталей, передающих усилие от общей тяги управления к плунжерам топливных насосов. Количество сопряженных пар деталей для дизелей изменяется от четырех (Д49) до пяти (Д100) и их суммарные зазоры даже после изготовления приводят к различным перемещениям реек насосов, которые достигает для дизелей Д100 0,35 - 0,85 мм. В эксплуатации суммарные зазоры по сопряженным деталям существенно увеличиваются, что приводит к еще большим перемещениям реек топливных насосов.

При отсечке топлива плунжером в области отсечной кромки происходит местное снижение давления вследствие увеличения скорости перетекания топлива, поэтому возникает горизонтальная сила Р, действующая на кромку вертикальной канавки, которая стремится повернуть плунжер относительно оси в сторону увеличения подачи. Если вращающий момент от этой силы будет больше момента сопротивления повороту плунжера, то обеспечивается беззазорное сопряжение деталей, передающих усилие от

общей тяги управления плунжерам топливных насосов. В работе теоретически обосновано возникновение силы Р при движении топлива к отсечному окну. Для этой цели при заданном положении плунжера определены сечения 4,равноудаленные от сечения отсечного окна потери давления топлива в этих сечениях, исходя из равенства расхода топлива О. Для определения площади спиральной кромки плунжера, на которую распространяется пониженное давление топлива, в диссертационной работе получено аналитическое выражение:

(1)

Ж 2

f =2г бш V Дг +—Дг , к х о о х 2 х

где Дгх = х Дг < / ( при изменении х от 1 до 1) - приращение при условном увеличении радиуса отсечного окна; / - глубина спиральной кромки; г0 - радиус отсечного окна.

Приращение спиральной кромки плунжера

Мх х=2гозт Уо[хДг-(х-1)Дг] + |[(хДг)2-((х-1)Дг)2]. (2)

Проекция площади Д^ на кромку вертикальной канавки равна Д^ соБр,, (Р0 - угол наклона отсечной кромки к продольной оси плунжера), поэтому сила ДБХ = ДрсрхД^еозР0. Так как величина Дг мала (Дг = 0,3 мм), то принимаем, что потери давления на этом участке изменяются линейно

и Дрсрх =

АР(*-.)+ЛР*

= Р„-

Р(.ч)+Р,

срх 2 2

Суммарная сила И, действующая на вертикальную кромку паза,

Р(х-0 + РхЧ

1 1

Вращающий момент плунжера при отсечке

(3)

М

= 1лрхГпх = Х 1 1

■м

+р„

Д^Г^СОБр»

где г„х = гГ1 - Дгх /2 (г„ - радиус плунжера).

Момент сопротивления повороту плунжера от сил трения

М„

р Г +М 6п —

^н п п к й

£ 1,

ТР 4

(4)

(5)

где рн - давление в надплунжерном пространстве; ^ - площадь поперечного сечения плунжера; Мп - масса плунжера; С„ - скорость плунжера; -сила трения; с! - диаметр круглой опорной поверхности торца плунжера.

Необходимым условием беззазорного сопряжения деталей от плунжера до общей тяги управления является Мвп - Мс = ДМ > 0, в этом случае на рейку передается усилие Рр = ДМ / Яя, где Ял - радиус делительной окружности шестерни плунжера.

Разработана математическая модель процесса впрыска топлива с учетом моментов, действующих на плунжер, и утечки топлива по форсунке между смежными подачами. Топливная система была условно разбита сечениями на ряд объемов, для каждого из которых была составлена система дифференциальных уравнений, исходя из уравнений материального баланса и уравнений движений отдельных элементов системы. Эти уравнения описывают изменения граничных условий у насоса и форсунки.

Граничные условия у насоса описываются уравнениями:

с!ф

= С -Г С — з5еп(р -р

„ п п к ср К ^

ВС

(6)

^^ С + аап(р -р|ц Г -п; ; (7)

^ф кср К ° \,*Н ш III | ш т о' 4 '

АГ

(8)

га

ш

ш

ц { -Г и ; (7)

ш т о' 4 '

При Ь0 < (ь - Ьо)5шРо < 2го

М = У р —^—- М г с 05 (3 ; (9)

ВП 2 кхпх г0 ' ч/

(10)

Граничные условия у форсунки описываются уравнениями;

(П)

(13)

В этих уравнениях приняты следующие условные обозначения: Ун, Уш - объемы полости нагнетания соответственно насоса и штуцера; ря, рвс, рш - давление топлива в полостях соответственно насоса, всасывания и штуцера; £,, 4 ср - площади поперечного сечения соответственно плунжера трубопровода, нагнетательного клапана по направляющей и среднему радиусу запорного конуса; ^ - проходное сечение соот-

ветственно окон, щели нагнетательного клапана, иглы форсунки и сопловых отверстий; Сп, Ск, Си - скорость движения соответственно плунжера, нагнетательного клапана и иглы форсунки; ц0, ри - коэффициент расхода топлива сопловых отверстий, всасывающих и отсечных окон, проходных сечений под конусом клапана и иглы; а - коэффициент сжимаемости топлива; пк - частота вращения кулачкового вала; р - плотность топлива; Ц,, иь - скорость топлива во входном и выходном сечениях трубопровода; 5К, 1)к0 - соответственно жесткость и предварительная затяжка пружины клапана; 5И, Ьио - соответственно жесткость и предварительная затяжка пружины иглы; Уф, Ур, рф, рр - соответственно объемы полостей форсунки, распылителя и давления в них; Ьк, Ьн - перемещение клапана и иглы; ^ф, ^ - площади поперечного сечения иглы соответственно по направляющей и по запорному конусу; рц - давление газов в цилиндре дизеля; Мвп - вращающий момент, действующий на плунжер при отсечке; Ь -текущее значение полного хода плунжера; И0 - ход плунжера до начала отсечки топлива; Мс - момент сопротивления повороту плунжера от сил трения; - коэффициент трения в контактной площадке торца плунжера и наконечника толкателя; С>ун, <Зуф - утечки топлива через зазоры плунжерной пары и распылителя.

Неустановившееся движение топлива в нагнетательном трубопроводе описывается телеграфным уравнением

аУ 6п —— = Г и. -Б1еп(р, -р ) (— ,/|р . -р I и Г • р к ¿ср т ь V Ф р/ур VI Ф р1 "

- яЦрр -Рц) МРр -Рц| ц/с - С/Ир;

6пМ ——=р. . — Г )+р Г -5 (И +Ь }, с1и> Ф\ ИФ ИР / Р ИР »и ио и г

с1ф

аь

6п —2-= С . к с1ср

а2и 1 дгХ) 2К ш _

где и - текущее значение скорости движения топлива в трубопроводе; а -скорость распространения волн давления в трубопроводе; х - координата перемещения топлива вдоль трубопровода; К - фактор гидравлического сопротивления системы.

В диссертационной работе приведена также математическая модель процесса впрыска для топливной системы, в которой используются предложенные автором нагнетательные клапаны топливного насоса.

При расчете процесса впрыска необходимо учитывать утечки топлива, которые происходят между смежными впрысками че^ез распылитель форсунки под действием остаточного давления в трубопроводе. В работе доказано, что для топливной аппаратуры дизеля 2Д100 на номинальном режиме утечки по форсунке между впрысками больше в шесть раз утечек при впрыске, а на режиме холостого хода - в 47 раз. Утечки топлива на номинальном режиме при радиальном зазоре между иглой и корпусом распылителя 5И = 4 мкм составляют 2 % от цикловой подачи, а на холостом - 15 %. Для прогнозирования изменения нагрузочных характеристик топливных насосов в работе приводится методика учета этих утечек при расчете процессов впрыска топлива.

Для решения системы уравнений граничных условий использован метод Эйлера с дроблением шага. В качестве критерия сходимости принималось значение остаточного давления в трубопроводе. Расчет вращающего момента, действующего на плунжер,и момента сопротивления производился после начала отсечки топлива. Для их определения в конце каждого шага интегрирования системы уравнений у насоса находили потери давления у отсечной кромки плунжера при изменении давлений от рн до рвс и условном увеличении радиуса отсечного окна от гс + /к до г0 (/к - глубина спиральной отсечной кромки). Решение уравнения движения топлива в трубопроводе выполнено разностным методом в прямоугольной сетке -таблице вдоль характеристик (Шс1х = 1/а.

В граничных точках (х = 0, х = Ь), где значения скорости потока определяются с учетом граничных условий, а давления топлива в сечениях х = 0 и х = Ь соответственно принимаются рш и рф,

U0iM=Uw+1 + —(рш-р ); (15)

ар x 1 '

UL,m = UL_I)i+I " ~(Рф ~Рф, )• (lfi)

По представленной модели разработана программа расчета процесса впрыска топлива в дизеле 10Д100 для персональной ЭВМ типа IBM PS/AT. Программа имеет блочную структуру, позволяющую оперативно вносить необходимые изменения для расчета различных вариантов элементов топливной аппаратуры. Нагнетательный трубопровод так же, как и период впрыска, разделяется на п расчетных участков, для каждого из которых определяется скорость движения топлива.

При расчете наг^зочных характеристик топливной аппаратуры дизеля 10Д100 q = f(hp) использовалась зависимость

(h -h )r

h =LE-EÎLÎL, (17)

na RatgP0

где hnj - активный ход плунжера; hp - текущее значение перемещений рейки; hp,, - перемещение рейки, соответствующее началу подачи топлива (h^ = 1,5 мм); тп, - радиусы соответственно плунжера и делительной окружности поворотной шестерни.

Сравнение расчетных кривых с опытными на номинальном режиме и холостом ходу позволяет сделать вывод об удовлетворительном их совпадении. Максимальные значения давлений насоса (в полости штуцера) на номинальном режиме практически совпадают, значительнее различаются давления у форсунки (до 7 %), что объясняется тем, что расчетная кривая соответствует давлению топлива в камере распылителя, а опытная - в сечении перед форсункой. Для режима холостого хода расчетные значения максимальных давлений у форсунки и в канале соплового наконечника отличаются от опытных соответственно на 8 % и 20 %. Расчетные и экспериментальные нагрузочные характеристики топливной аппаратуры в области больших цикловых подач топлива различаются до 5 %, а в области малых - до 10 %.

Исследования автора и выполненные расчеты вращающего момента Мвп и момента сопротивления Мс при коэффициенте трения между торцом хвостовика плунжера и толкателя fTp = 0,05 и диаметре опорной поверхности d = 4 мм показали, что на номинальном режиме и холостом хо-

ду через 3-5° поворота кулачкового вала после начала отсечки ДМ = М„-- Мс становится больше нуля и на рейку передается усилие в сторону увеличения подачи, которое устраняет зазоры в сопряженных деталях от плунжера до общей тяги управления.

Исследование серийной топливной аппаратуры дизеля типа Д100 на математической модели позволило проверить идею о возможности устранения дополнительного впрыска топлива на номинальном и близких к нему режимах путем изменения характеристики пружины нагнетательного клапана насоса, что было подтверждено при экспериментальных исследованиях.

В третьей главе приведены результаты исследований разработанных конструкций элементов топливной аппаратуры с целью стабилизации малых цикловых подач, нагрузочных характеристик и ликвидации дополнительных впрысков топлива на номинальном режиме. Разработаны конструкции плунжерных пар для топливной аппаратуры дизелей Д50 и Д100. Суть конструкций заключается в том, что на плунжере дополнительно выполнена наклонная канавка, сообщающаяся с вертикальным пазом, причем угол наклона канавки равен углу наклона отсечной кромки. Гильза плунжера и корпус нагнетательного клапана имеют дополнительные отверстия, соединяющиеся между собой кольцевой проточкой в корпусе клапана. При отсечке топлива и посадке клапана дополнительная канавка на плунжере соединяет нагнетательную полость со всасывающей и давление в трубопроводе снижается до давления всасывания. Испытания топливной аппаратуры указанных дизелей с измененной конструкцией плунжерной пары показали, что в трубопроводе поддерживается постоянное остаточное давление, равное давлению всасывания, что приводит к устранению цикловой неравномерности, дополнительных впрысков топлива, к снижению коэффициента подачи насоса, повышению крутизны нагрузочных характеристик в области малых подач топлива и к увеличению неравномерности распределения топлива по цилиндрам дизеля. Испытания измененной конструкции плунжерных пар на дизеле Д50 показали снижение удельного эффективного расхода топлива на 8 и 7 позициях соответственно на 5,1 г/кВт-ч и 1,4 г/кВт-ч за счет устранения дополнительного впрыска и сокращения продолжительности подачи. На режиме холостого хода зафиксировано постоянство максимальных давлений сгорания в цилиндрах от цикла к циклу и улучшение устойчивости работы дизеля.

С точки зрения простоты модернизации топливной аппаратуры дизелей при решении поставленной задачи целесообразно изменение конструкции нагнетательного клапана топливного насоса, что и было принято в дальнейшем. Значительный интерес представляет разработанный нагнетательный клапан двойного действия с одним запорным органом. Он содержит корпус с каналами, кольцо из бензостойкой резины для уплотнения полости низкого давления насоса, клапан с двумя уплотнениями по конусной и плоской поверхностям, пружину, ограничитель хода клапана с каналами для подачи топлива и сообщения объема под клапаном со всасывающей полостью насоса. Клапан выполнен дифференциальным (больший цилиндр играет роль направляющей, меньший является основанием конического уплотнения), с другой стороны от конического уплотнения он имеет плоское уплотнение по хвостовику. Достоинством данной конструкции нагнетательного клапана двойного действия следует считать незначительный ход клапана (0,3 - 0,4 мм), возможность создания низкого остаточного давления в трубопроводе на всех режимах работы топливного насоса и повышения давления открытия клапана (изменением предварительной затяжки пружины и дифференциальной площадки) без увеличения потерь на дросселирование по конусу клапана. Геометрические параметры клапана и характеристика пружины были выбраны по результатам серии проведенных автором экспериментов. Дальнейшее исследование работы топливной аппаратуры дизеля Д100 с таким клапаном показало, что обеспечивается стабильность малых цикловых подач, устранение дополнительного впрыска топлива и некоторое снижение коэффициента подачи насоса. Крутизна нагрузочной характеристики при подачах 0,05 - 0,1 г/цикл при этом клапане в два раза больше, чем при серийном. Снижение предварительной затяжки пружины форсунки с 21 до 18МПа при одновременном увеличении жесткости в два раза приводит к уменьшению крутизны нагрузочной характеристики в 1,7 раза в интервале подач 0,05 - 0,1 г/цикд. Топливный насос с серийным клапаном при уменьшении плотности распылителя с 20 до 0,3 с снижает подачу насоса на номинальном режиме на 12 %, а на холостом ходу-на 80 %. При клапане двойного действия такое уменьшение плотности распылителя приводит к снижению подачи насоса соответственно на 2 и 4 %. Следовательно, низкое остаточное давление в трубопроводе обеспечивает стабильность нагрузочных характеристик в эксплуатации и увеличение срока службы распылителей.

Сравнительные испытания с серийной и измененной топливной аппаратурой дизеля 2Д100 показали снижение удельного эффективного расхода топлива до 10-й позиции контроллера при клапане двойного действия, а также часового расхода на холостом ходу выше 7-й позиции.

Такую же роль выполняет разработанный нагнетательный клапан с двумя запорными органами. От серийного он отличается тем, что в корпусе нагнетательного клапана установлен подпружиненный шарик обратного действия, причем пружина через технологическое кольцо упирается в торец гильзы плунжера. Канал, который закрывается шариком, имеет сверху дросселирующее отверстие, ограничивающее поток при отсечке топлива. Испытания топливного насоса с таким клапаном дали такие же результаты, что и с нагнетательным клапаном двойного действия с одним запорным органом.

Более предпочтительны разработанные нагнетательные клапаны, которые выполняют роль второго запорного органа между газами в цилиндре и плунжерной парой насоса. Нагнетательный клапан, имеющий замкнутый объем, соединен дросселирующим отверстием с объемом штуцера. При отсечке топлива плунжером давление в надплунжерном пространстве снижается и топливо из трубопровода перетекает в надплунжерное пространство через каналы в корпусе, а клапан начинает опускаться вниз. Одновременно с этим замкнутый объем клапана заполняется топливом через дросселирующее отверстие и клапан не может быстро опуститься, поэтому остаточное давление в трубопроводе снижается до заданного уровня. Испытания топливной аппаратуры дизелей Д50, ДЮО с таким клапаном показали, что при незначительном ходе клапана (0,4 - 0,6 мм) устраняется дополнительный впрыск топлива, увеличивается зона стабильной работы по сравнению с серийной, так как снижается уровень остаточного давления в трубопроводе, но при дальнейшем уменьшении цикловой подачи остаточное давление возрастает и нагрузочная характеристика становится более пологой. Такие же результаты были получены и для топливной аппаратуры с нагнетательным клапаном, имеющим разгружающий поясок и демпфер (а.с. № В641).

Для снижения остаточного давления в трубопроводе и при малых цикловых подачах до давления всасывания был разработан нагнетательный клапан, имеющий замкнутый объем и разгружающий поясок, причем объем под пояском дополнительно связан дросселирующим отверстием с объемом штуцера. Испытания топливной аппаратуры дизеля ДЮО с таким

клапаном показали, что он поддерживает низкое остаточное давление в трубопроводе на всех режимах работы, обеспечивает стабилизацию малых цикловых подач топлива и устранение дополнительных впрысков на номинальном режиме. Изменение плотности разгружающего пояска, предварительной затяжки и жесткости пружины клапана не влияет на остаточное , давление в трубопроводе, что обеспечивает неизменность нагрузочных характеристик насосов в процессе длительной эксплуатации.

В диссертации разработана методика определения геометрических размеров нагнетательных клапанов, имеющих замкнутый объем и замкнутый объем с разгружающим пояском.

Испытания топливной аппаратуры дизеля Д100 с предложенной характеристикой пружины (Рпр = 28 Н, ж = 8 Н/мм) нагнетательного клапана и разработанного соплового наконечника с вытеснителем объема подтвердили теоретические расчеты о ликвидации дополнительного впрыска на номинальном и близких к нему режимах, а также повышение давления впрыска, увеличение зоны стабильной работы при малых подачах топлива и возрастание подачи топливного насоса в области номинального режима на 20 %.

Четвертая глава посвящена исследованию изменений элементов топливной аппаратуры в эксплуатации, влиянию их на характеристики топливоподачи и работу дизеля, разработке способов снижения неравномерности подачи топлива по цилиндрам.

В процессе эксплуатации дизелей происходит износ и закоксовывание стенок отверстий сопловых наконечников форсунок, что приводит к изменению их эффективного проходного сечения. Как показали наши испытания, распределение сопловых наконечников форсунок по эффективному проходному сечению соответствует нормальному закону с математическим ожиданием т, = 16,35 с и средним квадратичным отклонением ст( = 1,31 с при 1 = 12-24 с для дизелей Д100; ш, = 18 с, ст1 =1,16 с при г =14-24,5 с - 5Д49; ш, = 26,4с, = 2,05 с при г = 22,5 -33,5 с -11Д45Д4Д40. В эксплуатации в основном происходит увеличение эффективного проходного сечения сопловых наконечников форсунок. С учетом допуска на эксплуатацию пригодными к постановке на дизель по эффективному проходному сечению следует считать 67,5) 75; 62,8 % сопловых наконечников соответственно дизелей Д100, Д49, 11Д45; остальные имеют увеличенные и уменьшенные сечения соответственно 25,3 и 7,2 %; 21,2 и 3,8 %; 34,5 и 2,7 %. Разница по эффективному проходному

сечению сопловых наконечников, устанавливаемых на один дизель, достигает в эксплуатации 78 % (Д100), 45 % (Д49) и 35 % (11Д45). Увеличение сечения сопловых отверстий приводит к возрастанию подачи насоса на номинальном режиме до 8,3 % (ДЮО), 18 % (Д49) и к повороту нагрузочных характеристик относительно холостого хода.

Предложен высокопроизводительный гидравлический способ контроля сопловых наконечников и форсунок в сборе на эффективное проходное сечение на типовом стенде А106 в процессе единичного впрыска (а.с. № 1011891). Для реализации этого способа разработаны два устройства к стенду А106, которые позволяют осуществить контроль с погрешностью ± 1,5 %. В настоящее время этот способ используется при ремонте дизелей в локомотивных депо Белорусской железной дороги. Разработана методика определения предельно допустимых в эксплуатации значений эффективного проходного сечения сопловых наконечников с использованием предложенного гидравлического способа. Эта методика базируется на объеме выборки (п > 150), теоретической кривой распределения по эффективному проходному сечению и количестве захоксованных сопловых наконечников.

С целью определения влияния на экономичность дизеля 2Д100 сопловых наконечников с различными эффективными проходными сечениями были проведены испытания трех комплектов форсунок: 1 -1 = 16,5 - 18,5 с (\.р = 17,45 с - среднее для 20 сопловых наконечников время истечения); 2-г= 12,9- 14,4 с (1ср = 13,93 с); 3-1= 18,6-20,4 (1ср= 19,52 с). Испытания показали, что при форсунках с 1ср = 13,93 с удельный эффективный расход топлива увеличился по сравнению с {ср = 17,45 с по всей тепловозной характеристике от 2,08 (16 позиция) до 1,8 % (2 позиция); при форсунках с ^ = 19,52 с расход по сравнению с ур = 17,45 возрос на 0,98 % (16 позиция). Сравнительные дизельные испытания трех комплектов форсунок показали, что даже при равномерном распределении топлива по цилиндрам дизеля типа ДЮО изменение эффективного проходного сечения сопловых наконечников на каждые 10 % повышает расход топлива при максимальной мощности на 0,83 %.

Одним из факторов, существенно влияющим на неравномерность распределения топлива по цилиндрам дизелей в эксплуатации,является наличие люфтов реек топливных насосов относительно тяги управления. По техническим условиям на изготовление деталей привода реек топливных насосов дизелей ДЮО люфты реек должны быть в пределах 0,02 - 0,15 мм.

Однако обследования 240 топливных насосов дизелей 1 ОД 100 тепловозов 2ТЭ10Мс пробегом 30 - 50 тыс. км. после достройки показал, что люфты реек ДЬ,, равны 0,05 - 0,7 мм. При длительной эксплуатации дизелей люфты реек топливных насосов увеличиваются, поэтому были обследованы люфты реек топливных насосов 23 дизелей тепловозов 2ТЭ10Л, 20 дизелей 2ТЭ10В и 8 дизелей 10Д100 после капитального ремонта на Изюмском тепловозоремонтном заводе. Обработка статистических характеристик показала, что распределение топливных насосов по люфтам реек соответствует нормальному закону с параметрами Шд^ = 0,394 мм, сгд)1р = 0,165 мм при изменении ДЬ-р в пределах 0,05 -1,6 мм.

При работе топливного насоса от его плунжера на рейку передается усилие, которое передвигает рейку в сторону увеличения подачи, поэтому насос, имеющий больший люфт рейки, подает больше топлива на всех режимах работы. Для определения влияния люфтов реек топливных насосов дизелей типа Д100 на распределение топлива по цилиндрам необходимо знать суммарные люфты парных насосов ХДЬр = ДЬрП + ДЬрл (ДЬрп, ДЬрл - люфты реек правого и левого насосов), подающих топливо в один цилиндр, а также максимальную разницу между суммарными люфтами реек парных насосов дизеля ДЬрлтах = ХДК™* - 1ДКрт,п (ЕЛЬ/1" ,ЕДЬрт1П -соответственно максимальные и минимальные значения суммарных люфтов парных насосов). Расчет статистических характеристик по суммарным люфтам реек показал, что распределение их подчиняется нормальному закону с параметрами т1дЬр = 0,78 мм, ст1ДНр = 0,263 мм при изменении ХДЬр в пределах 0,2 - 2,1 мм. В эксплуатации у 19,6 % дизелей максимальная разница суммарных люфтов парных насосов ДЬрдп1ах изменяется от 1 до 1,8 мм. Расчеты показали,'что при ДЬрдтах =1,5 мм неравномерность распределения топлива по цилиндрам составляет 3,9 % на номинальном режиме, 45 %-на первой позиции и 66 %-на режиме холостого хода.

На неравномерность распределения топлива по цилиндрам дизелей влияют также зазоры в узлах передачи вращения от рейки топливного насоса к плунжеру. При перемещении общей тяги управления у отдельно взятого насоса сначала выбирается люфт рейки ДЬр относительно тяги, затем зазоры в зубчатом зацеплении рейки с шестерней плунжера 6ЗЦ и по шлицевому соединению 5Ш между шестерней и плунжером. Поэтому полный люфт рейки от начала поворота плунжера ДЬрП = ДЬр + ДЬрпп, причем ДЬ^, = 5ЗЦ + ¡5Ш, где 1 - отношение радиусов зацепления рейки с шее-

терней и шестерни с плунжером. С учетом допустимых зазоров в указанных соединениях неравномерность подачи топлива по цилиндрам дизелей 10Д100 в режиме холостого хода увеличивается еще на 18 %.

Стендовые испытания топливного насоса показали, что при его работе на рейку передается сила, перемещающая рейку в сторону увеличения подачи, которая изменяется от 0,3 до 1,5 Н в зависимости от режима работы. Это подтверждает теоретические расчеты и указывает на то, что вращающий момент плунжера при отсечке топлива М>п больше момента сопротивления повороту плунжера от сил трения Мс. Обследования топливных насосов дизелей 10Д100 показали, что для 85 % из них сила, действующая на рейку, достаточна для беззазорного сопряжения деталей от плунжера до общей тяги управления. Для увеличения этой силы необходимо при изготовлении плунжеров уменьшить диаметр опорной поверхности хвостовика плунжера с 4 + 1 мм до 3,5 + 0,5 мм и угол наклона конуса б со 175° до 160 - 165°. Предложен и внедрен в производство метод регулирования положения реек топливных насосов при монтаже их на дизеле, учитывающий динамику работы и устраняющий зазоры в сопряженных деталях от плунжера до общей тяги управления. Для устранения люфтов реек также предложено устройство в виде пальчиковой пружины, не передающее дополнительного усилия на тягу управления.

Испытания топливных систем дизелей Д50 и Д100 показали, что по мере снижения плотности распылителей форсунок и нагнетательных клапанов с разгружающими поясками нагрузочные характеристики изменяются и поворачиваются относительно осей координат, вызывая увеличение неравномерности топливораспределения по цилиндрам дизелей на всех режимах работы и в большей степени на холостом ходу. Для стабилизации нагрузочных характеристик топливных насосов в эксплуатации необходимо, чтобы остаточное давление в трубопроводе поддерживалось на низком постоянном уровне или формировалось работой иглы форсунки, а не нагнетательным клапаном.

В пятой главе изложены результаты исследований неравномерности распределения топлива по цилиндрам и влияния ее на работу дизелей в режиме холостого хода, а также разработанного метода и устройств для оценки неравномерности на холостом ходу. Испытания по оценке неравномерности распределения топлива по цилиндрам 10 дизелей 10Д100 в режиме холостого хода при работе на 10 топливных насосах проведены с использованием разработанного устройства. Испытания показали,

что неравномерность подачи топлива по цилиндрам изменяется от 33 до 200 % при среднем значении по дизелям 108 %. Разница Др = р2 - рц (pz -максимальное давление сгорания, рц - давление сжатия), которая характеризует количество поданного за цикл топлива, изменяется от 0 до 0,9 МПа. Различные по цилиндрам максимальные давления сгорания топлива вызывают увеличение степени неравномерности вращения вала дизеля и повышенный и неравномерный износ цилиндро-поршневой группы. Испытания 11 четырехтактных дизелей Д50 также показали, что на режиме холостого хода неравномерность распределения топлива по цилиндрам достигает 200 %, а Др = pz - рц изменяется от 0 до 1,7 МПа. При снижении неравномерности топливораспределения по цилиндрам на режиме холостого хода уменьшается часовой расход топлива. Это было подтверждено испытаниями трех дизелей 2Д100 при работе их на пяти топливных насосах в режиме холостого хода: 1 - G, = 19,85 кг/ч, ст= 130 % (до регулировки); G4= 18,85 кг/ч, а = 23% (после регулировки). 2-G, = 19,7 кг/ч, а = 82 %; G„ = 18,95 кг/ч, а = 25 %. 3 - G„ = 18,3 кг/ч, G„ = 95 %; G, = 17,8 кг/ч, а = 20 %. При определении влияния неравномерности подачи топлива по цилиндрам на экономичность дизеля необходимо учитывать не максимальную, а среднюю неравномерность стср по предлагаемому выражению

где ~ суммы максимальных и минимальных подач топли-

1 1

ва вЛ цилиндрах дизеля; 1 - половина от числа цилиндров дизеля.

Для повышения эффективности работы дизелей в эксплуатации необходимо после крупного вида ремонта регулйровать их на равномерность распределения топлива по цилиндрам в режиме холостого хода.

Количество подаваемого топлива в цилиндр на режиме холостого хода, как показали испытания, можно оценивать по максимальному сгоранию топлива в цилиндре р2, так как период задержки воспламенения топлива на этом режиме значительно больше периода впрыска. Максимальное давление сгорания в цилиндре тем выше, чем больше цикловая подача топлива. Для более точного определения количества поданного в цилиндр

ст

ср

(18)

дизеля топлива необходимо брать разницу Др = р2 - рц. Простота этого способа заключается в том, что для оценки неравномерности и регулировки дизеля на режиме холостого хода используется типовой максиметр. Однако этот способ дает достоверные данные только в том случае, когда топливная аппаратура дизеля при малых подачах работает стабильно от цикла к циклу.

Для определения подачи топлива по цилиндрам дизеля на режиме холостого хода предложен метод, основанный на использовании импульса от иглы форсунки, усилении его инерционной механической системой с одновременной регистрацией импульса, по величине которого и тарировоч-ной кривой определяется подача топлива. Для реализации этого метода разработано устройство применительно к дизелям типа Д100, позволяющее регистрировать импульсы от иглы форсунки с использованием писца и ленты от скоростемера СЛ-2 (ширина ленты 27 мм). Тарировка устройства приводится на типовом стенде А77 при минимальной частоте вращения вала для различных положений рейки насоса в процессе подачи от О до 140 - 160 г за 800 ходов плунжера. Если на ленте устройства фиксируется цикловая неравномерность, то при определении подачи топлива в этом случае следует брать среднюю величину перемещений за два цикла. Испытание устройства показало, что время оценки неравномерности подачи топлива по цилиндрам на работающем дизеле составляет 0,25 часа, общее время с регулировкой подачи 3-4 топливных насосов составляет около одного часа. Так как регулировка дизеля на режиме холостого хода осуществляется перемещением реек топливных насосов, то были проведены испытания четырех дизелей 10Д100 на Изюмском тепловозоремонтном заводе, которые показали, что регулировка на холостом ходу перемещением реек в пределах ± 0,6 мм не оказывает влияния на номинальную мощность дизелей. В 1989 г. при содействии Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного ] транспорта и ЦТ МПС промышленность изготовила партию устройств (400 штук) для использования в локомотивных депо железных дорог, а в 1990 г. были внесены изменения в правила обслуживания и текущего ремонта тепловозов ТЭЗ и ТЭ10 в части введения регулировки дизелей типа Д100 на режиме холостого хода.

Для ускорения процесса регулировки дизелей на равномерность подачи топлива по цилиндрам в режиме холостого хода разработано усовершенствованное устройство, также основанное на регистрации импульсов

от иглы форсунки с включением чувствительного элемента, который занимает определенное положение в зависимости от цикловой подачи топлива. Оценка количества подаваемого топлива также производится по та-рировочной кривой. Отсутствие писца с лентой на этом устройстве позволяет определять и регулировать подачу топлива насосом без снятия устройства с форсунки. Испытания обоих устройств показали, что они позволяют определять подачу топлива в цилиндры на работающем дизеле с погрешностью ± 2 %.

Шестая глава посвящена разработке и испытанию топливных насосов тепловозных дизелей с двойной независимой регулировкой.

Отклонения геометрических размеров элементов топливной аппаратуры при их изготовлении и износе приводят к параллельному смещению и повороту нагрузочных характеристик топливных насосов относительно осей координат. В существующих конструкциях многоплунжерных насосов нагрузочные характеристики совмещаются (с = 3 - 6 %) на одном режиме (обычно номинальном). По мере же удаления от этого регулировочного режима неравномерность увеличивается, достигая наибольшего значения при работе на минимальной частоте холостого хода дизеля.

Для осуществления регулировки топливных насосов на двух скоростных режимах предложен метод (а.с. № 130292), заключающийся в том, что при повороте общего вала привода реек от номинального режима до холостого хода рейки топливных насосов перемещаются на различные величины, а это обеспечивает поворот нагрузочных характеристик и совмещение их на режиме холостого хода. Достигнуть этого можно изменением существующего привода реек топливных насосов.

Для шестисекционного топливного насоса дизеля Д50 разработана конструкция привода реек, при которой регулируемый рычаг, связывающий рейку с общим поворотным валом, при максимальной подаче располагается перпендикулярно к рейке,и подача на этом режиме регулируется перемещением рейки, на режиме же холостого хода подача топлива регулируется изменением длины указайного рычага, чем и обеспечивается независимая регулировка на двух режимах. Испытания топливного насоса на безмоторной установке показали, что при серийном приводе реек неравномерность на номинальном режиме составила 1,5 %, на холостом ходу - 94 %; при измененном приводе реек - соответственно 1,7 и 4 %. Дополнительная регулировка топливного насоса на режиме холостого хода

привела к уменьшению неравномерности и на частичных нагрузках при работе дизеля на тепловозной характеристике.

Выбор положения регулируемого рычага исключительно важен, так как от этого зависит качество и продолжительность регулировки. Исследования показывают, что изменение предварительной затяжки и жесткости пружин нагнетательных клапанов, эффективного проходного сечения сопловых наконечников форсунок приводит к повороту нагрузочных характеристик относительно цикловой подачи холостого хода. Наклон же нагрузочных характеристик топливных насосов дизелей в области холостого хода круче характеристик в области номинального режима в 1,7 раза для дизелей Д49 и в 2 раза - Д100, т.е. для регулировки дизеля на холостом ходу требуется меньшее перемещение рейки. При регулировке температуры выхлопных газов по цилиндрам на дизеле, что осуществляется перемещением реек топливных насосов, неравномерность распределения топлива по цилиндрам изменяется на всех режимах и особенно на холостом ходу. Поэтому для исключения влияния всех указанных факторов на разрегулировку топливоподающей аппаратуры необходимо регулируемый рычаг устанавливать перпендикулярно к рейке на режиме холостого хода. При такой схеме привода дизель регулируют на равномерность топ-ливораспределения по цилиндрам сначала в режиме холостого хода перемещением реек, а затем на номинальном режиме - изменением длины регулируемого рычага.

Разработана конструкция привода рейки топливного насоса дизелей типа Д49 по предложенной схеме и проведены стендовые испытания на безмоторной установке, которые подтвердили, что в этом случае нагрузочные характеристики при изменении длины регулируемого рычага поворачиваются относительно цикловой подачи холостого хода дизеля. Испытания одного и того же комплекта топливной аппаратуры (насос, трубопровод, форсунка), но с разными по эффективному проходному сечению сопловыми наконечниками показали, что нагрузочные характеристики при номинальной подаче совмещаются только изменением длины регулируемого рычага.

Общим недостатком существующих конструкций топливных насосов с точки зрения неравномерности распределения топлива по цилиндрам является тот факт, что нагрузочные характеристики насосов имеют крутизну в области холостого хода в 1,5-2 раза большую, чем в области номинальных подач, поэтому регулировка их подачи на номинальном режиме

перемещением рейки приводит к резкому изменению подачи на холостом ходу и малых нагрузках. Для уменьшения крутизны нагрузочных характеристик в области малых подач топлива и осуществления регулировки насоса на двух режимах предложен метод (а.с. № 12703998). Суть метода заключается в том, что уменьшение крутизны нагрузочной характеристики насоса q = Г(Ьр) в области холостого хода достигается введением переменного радиуса зацепления рейки с поворотной втулкой плунжера при удалении от номинального режима и изменении момента перехода на больший радиус зацепления в режиме холостого хода.

Для реализации этого метода разработана конструкция топливного насоса применительно к дизелю типа Д100. Отличительной особенностью является механизм поворота плунжера, который содержит регулирующую рейку, в продольную прорезь которой входит поводок, закрепленный в поворотной втулке. С одной стороны внутри рейки расположен шток, ввернутый в рейку, с другой стороны-подпружиненный упор, прижимающий поводок к опорной поверхности рейки или к опорной поверхности штока. Зависимость перемещений рейки от угла поворота плунжера ср определяется уравнением Ир = - ср0), где 11ш - минимальный радиус зацепления поводка с опорной поверхностью рейки; ср0 - угол поворота плунжера, соответствующий моменту перехода зацепления поводка на опорную поверхность штока. Нагрузочная характеристика в области малых подач топлива тем положе, чем больше перемещение рейки от положения, соответствующего номинальной подаче. Топливный насос сначала регулируется на номинальном режиме перемещением рейки, а затем - на режиме холостого хода перемещением штока относительно рейки. Испытания топливного насоса на типовом стенде А77 показали, что нагрузочные характеристики имеют меньшую крутизну в области малых подач топлива по сравнению с серийной в 2 раза и обеспечивается независимая регулировка его на двух скоростных режимах с требуемой неравномерностью в пределах 2 - 4 % на номинальном режиме и 5-10% на режиме холостого хода. *

Топливные насосы с двойной независимой регулировкой снижают

\

неравномерность распределения топлива по цилиндрам на всех режимах, повышают качество регулирования дизелей и обеспечивают более экономичную и надежную их работу в эксплуатации.

В седьмой главе изложены результаты эксплуатационных испытаний тепловозных дизелей с использованием разработанных конст-

рукций элементов топливной аппаратуры, технических решений, методов контроля и регулировки.

В 1967 г. на дизели тепловозов ТЭ2-189 приписки локомотивного депо Брест Белорусской железной дороги были установлены топливные насосы с измененной конструкцией плунжерных пар и привода реек насосов. Регулировка равномерности распределения топлива по цилиндрам на режиме холостого хода производилась по максимальному давлению сгорания. При типовом приводе реек топливного насоса максимальное давление сгорания топлива по цилиндрам на холостом ходу равнялось 2,3 - 3,8 МПа, при измененном приводе максимальное давление по цилиндрам было отрегулировано в пределах 2,9 - 3,1 МПа. Максимальная частота холостого хода была снижена на 35 об/мин, что уменьшило часовой расход топлива на 1,1 кг. Дальнейшее снижение частоты вращения вала дизеля было ограничено условиями подзарядки аккумуляторной батареи и давлением в масляной системе. Испытания тепловоза в течение 14 месяцев (120 тыс. км пробега) показали надежность работы измененной топливной аппаратуры, целесообразность использования топливной системы с низким постоянным остаточным давлением в трубопроводе и независимой регулировкой дизеля на двух режимах.

В 1974 г. дизель 2Д100 тепловоза ТЭЗ-6505 секции Б был оборудован топливными насосами с нагнетательными клапанами, имеющими один запорный орган, секция А - серийными топливными насосами. После пробега тепловоза 56 тыс. км без демонтажа форсунок были проведены реостатные испытания дизелей с определением удельного эффективного расхода топлива по тепловозной характеристике (16,13,10,7,4,1 позиции контроллера машиниста), на тех же позициях определялся часовой расход при работе в режиме холостого хода. Затем были проведены испытания дизелей с теми же форсунками после их ремонта. Анализ данных по расходу топлива дизелями за период работы форсунок без демонтажа показал, что расход топлива практически не изменился (в пределах точности замера 0,5 %), поэтому имеется практическая возможность увеличения продолжительности работы форсунок без демонтажа до 30 - 35 тыс. км пробега тепловозов. Эксплуатационные испытания тепловоза за период пробега 340 тыс. км также показали надежность работы нагнетательных клапанов двойного действия, так как за этот период отказов в работе измененной топливной аппаратуры не было.

В 1987 г. дизель 10Д100 тепловоза 2ТЭ10Л-3370А, имевшего ежемесячно разжижение дизельного масла (полная смена масла в феврале, марте, апреле, мае и июне), был оборудован устройствами для устранения люфтов реек топливных насосов и отрегулирован в режиме холостого хода на равномерность распределения топлива по цилиндрам с использованием разработанного устройства. Эксплуатационные испытания показали, что регулировка дизеля в режиме холостого хода обеспечивает работу дизеля 1 ОД 100 на десяти топливных насосах без разжижения дизельного масла.

В 1989 г. двадцать дизелей 10Д100 тепловозов 2ТЭ10Л, В, М приписки локомотивного депо Уральск Западно-Казахстанской ж.д. были оборудованы опытными форсунками с вытеснителями объема в сопловых наконечниках конструкции БелИИЖТ. Эффективные проходные сечения сопловых наконечников были проверены и соответствовали правилам текущего ремонта (15,5 - 18,5 с). Дизели были переведены в режиме холостого хода с пяти на десять топливных насосов и отрегулированы на равномерность подачи топлива по цилиндрам с использованием разработанного устройства. Эксплуатационные испытания в течение шести месяцев показали снижение удельного расхода топлива (кг/104 ткм брутто) опытными тепловозами на 2,77 %, дизельного масла на 9,6 % и повышение вязкости масла на-1 -1,5 сСт.

С марта 1990 г. по август 1991 г. были модернизированы все дизели тепловозов 2ТЭ10Л, В, М приписки локомотивного депо Уральск, а за 1993 - 1994 гг. была выполнена модернизация дизелей 1 ОД 100 тепловозного парка Западно-Казахстанской ж.д.

В локомотивном депо Витебск Белорусской ж.д. подобная модернизация дизелей 1 ОД 100 тепловозов 2ТЭ10М (двадцать тепловозов) была выполнена с 1990 - 1992 г. В 1993 -94 гг. у дизелей тепловозов 2ТЭ10М была снижена минимальная частота вращения холостого хода до 290 об/мин.

В 1992 г. двадцать дизелей 10Д100 тепловозов 2ТЭ10В локомотивного депо Уральск были оборудованы опытными топливными насосами, снабженными пружинами нагнетательных клапанов с предложенной характеристикой для устранения дополнительных впрысков топлива. Минимальная частота вращения вала дизелей была снижена на 10 %. Опытные дизели тепловозов 2ТЭ10В отличались от модернизированных ранее только этими техническим изменениями. Сравнительные эксплуатационные испытания тепловозов 2ТЭ10В проводились в течение одного года с июня 1992 г. по май 1993г. Тепловозы с опытными дизелями выполнили за этот

период 27,3 % от всей перевозочной работы тепловозов 2ТЭ10В. Испытания опытных дизелей показали надежность их работы, отсутствие разжижения дизельного масла и снижение расхода топлива на измеритель перевозочной работы тепловозов 2ТЭ10В с опытными дизелями по сравнению с серийными на 6,6 %.

В 1987 г. совместно с ВНИИЖТом были изготовлены 10 опытных топливных насосов дизеля 10Д100 с двойной независимой регулировкой, которые были отрегулированы на двух режимах. Эксплуатационные испытания были проведены на дизеле 10Д100 тепловоза 2ТЭ10Л-0369 приписки локомотивного депо Котовск Одесской ж.д. с декабря 1987 г. по ноябрь 1988 г. (134 тыс. км пробега тепловоза). Испытания показали работоспособность топливных насосов, стабильность подач топлива по цилиндрам в режиме холостого хода (неравномерность подачи за этот период изменилась с 21 до 26 %) и возможность упрощения конструкции насоса, что и было учтено при изготовлении опытной партии таких насосов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Теоретически обосновано возникновение силы, действующей от плунжера на рейку топливного насоса в процессе впрыска топлива.

Предложена математическая модель процесса впрыска топлива для серийной и модернизированной топливной аппаратуры дизеля типа Д100 с учетом силы, действующей от плунжера к рейке насоса и утечек топлива по форсункам между смежными впрысками. Сравнение расчетных и опытных данных показало удовлетворительное совпадение - максимальные отклонения по продолжительности и давлениям впрыска составляют 5-7%, по нагрузочным характеристикам топливной аппаратуры -5-10%. Выполненные исследования указанной математической модели показали:

- при отсечке топлива на плунжер действует вращающий момент, который при определенных условиях превышает момент сопротивления повороту плунжера и устраняет зазоры в сопряженных деталях от плунжера до общей тяги управления на всех режимах работы;

- возможность ликвидации дополнительного впрыска топлива на номинальном и близких к нему режимах путем изменения только характеристики пружины нагнетательного клапана.

2. При исследовании топливной аппаратуры с использованием разработанных конструкций плунжерных пар, нагнетательных клапанов и влияния их на работу дизелей установлено:

- конструкции плунжерных пар и нагнетательных клапанов двойного действия, поддерживающие в нагнетательном трубопроводе низкое постоянное давление, устраняют цикловую нестабильность, дополнительные впрыски топлива, однако одновременно увеличивают неравномерность распределения топлива по цилиндрам дизеля;

- проведенные стендовые испытания дизелей Д50 и 2Д100 с вышеуказанными изменениями топливной аппаратуры показали улучшение устойчивости работы их на режиме холостого хода и снижение расхода топлива на отдельных режимах;

- нагнетательный клапан с замкнутым объемом в топливных системах с короткими и длинными трубопроводами при меньшем в несколько раз ходе клапана обеспечивает работу топливной аппаратуры без дополнительных впрысков топлива, уменьшает зону нестабильной работы и крутизну нагрузочных характеристик в области малых подач топлива;

- нагнетательный клапан с замкнутым объемом и разгружающим пояском поддерживает низкое постоянное остаточное давление в трубопроводе на всех режимах, обеспечивает стабилизацию малых цикловых подач топлива и устранение дополнительных впрысков на номинальном режиме, причем изменение плотности разгружающего пояска, предварительной затяжки и жесткости пружины клапана не влияет на остаточное давление в трубопроводе и нагрузочные характеристики;

- серийный нагнетательный клапан топливного насоса дизеля 10Д100 с предложенной характеристикой пружины устраняет дополнительный впрыск-топлива в области номинального режима и увеличивает подачу насоса на 20 %.

3. При исследовании изменений эффективного проходного сечения сопловых наконечников форсунок дизелей в эксплуатации, методов их контроля и влияния форсунок на работу дизеля получены следующие результаты:

- в процессе длительной эксплуатации происходит износ и закоксовы-вание стенок отверстий сопловых наконечников форсунок, распределение сопловых наконечников по эффективному проходному сечению для дизелей Д100, Д49, 11Д45 соответствует нормальному закону;

- с учетом допуска пригодными к дальнейшей эксплуатации следует считать 67,5} 7562,8 % сопловых наконечников соответственно дизелей Д100, Д49, 11Д45, причем увеличенные и уменьшенные проходные сечения имеют 25,3 и 7,2%; 21,2 и 3,8%," 34,5 и 2,7% наконечников указанных дизелей;

- разница по эффективному проходному сечению сопловых наконечников, устанавливаемых на один дизель, достигает в эксплуатации 78 % (Д100), 45 % (Д49) и 35 % (11Д45);

- увеличение эффективного проходного сечения сопловых наконечников приводит к возрастанию подачи насоса в области номинальных режимов до 8,3 % (Д100), 18 % (Д49) и к повороту нагрузочных характеристик относительно подачи холостого хода;

- для определения эффективного проходного сечения сопловых наконечников и форсунок в сборе предложен новый гидравлический метод и разработаны устройства к типовому стенду А106, обеспечивающие в процессе единичного впрыска контроль с погрешностью ± 1,5 %;

- разработана методика определения предельных допустимых в эксплуатации значений эффективного проходного сеченяя сопловых наконечников с использованием предложенного гидравлического метода;

- сравнительные дизельные испытания трех комплектов форсунок показали, что даже при равномерном распределении топлива по цилиндрам дизеля типа Д100, изменение эффективного проходного сечения сопловых наконечников на каждые 10 % повышает расход топлива при максимальной мощности на 0,83 %.

4. В результате исследования износа сопряженных деталей привода реек топливных насосов, нагнетательных клапанов, распылителей форсунок дизелей 1 ОД 100 в эксплуатации и влияния их на нагрузочные характеристики установлено следующее:

- распределение топливных насосов по люфтам реек и суммарным люфтам реек парных насосов соответствуют номинальному закону;

- неравномерность распределения топлива по цилиндрам зависит от максимальной разницы суммарных люфтов реек парных топливных насосов ДЬрдтах и для 19,6% дизелей 1 ОД 100 в эксплуатации лежит в пределах 1-1,8 мм;

- для дизеля 1 ОД 100 при ДЬ«/'" =1,5 мм неравномерность подачи топлива по цилиндрам составляет 3,9 % на номинальном режиме, 45 %-на первой позиции контроллера и 66 %-на режиме холостого хода;

- при работе топливного насоса от плунжера на рейку передается сила, перемещающая рейку в сторону увеличения подачи топлива, которая изменяется в пределах 0 - 1,5 Н в зависимости от режима работы насоса, что хорошо согласуется с данными расчета;

- для 85 % топливных насосов дизелей 1 ОД 100 сила, передаваемая на рейку от плунжера,больше нуля, что обеспечивает устранение всех зазоров в сопряженных деталях цепи управления;

- предложенный и внедренный в производство способ регулирования положения реек топливных насосов при монтаже их на дизеле учитывает динамику работы насосов и устраняет зазоры в сопряженных деталях от плунжера до общей тяги управления;

- по мере снижения плотности распылителей форсунок и нагнетательных клапанов с разгружающими поясками нагрузочные характеристики изменяются и поворачиваются относительно осей координат, вызывая увеличение неравномерности топливораспределения по цилиндрам дизелей на всех режимах работы и в большей степени на холостом ходу;

- стабилизация нагрузочных характеристик топливных насосов дизелей типа Д100 в эксплуатации обеспечивается в том случае, когда остаточное давление в трубопроводе формируется работой иглы форсунки, а не нагнетательным клапаном;

- использование в топливных системах нагнетательных клапанов, поддерживающих в трубопроводе низкое остаточное давление,стабилизирует нагрузочные характеристики в эксплуатации.

5. Результаты исследований неравномерности распределения топлива по цилиндрам и влияния ее на работу дизелей в режиме холостого хода, а также разработанного метода для оценки неравномерности на холостом ходу позволяют сделать следующие выводы:

- неравномерность топливораспределения по цилиндрам тепловозных дизелей на режиме холостого хода достигает 200 % и приводит к снижению давления распыла топлива, неполному сгоранию, разжижению дизельного масла, ухудшению динамических качеств и увеличению жесткости процесса сгорания в отдельных цилиндрах, особенно у четырехтактных дизелей;

- для повышения эффективности работы тепловозных дизелей необходимо после крупного вида ремонта регулировать их на равномерность распределения топлива по цилиндрам в режиме холостого хода;

- для регулировки дизелей на равномерность распределения топлива по цилиндрам в режиме холостого хода предложен метод и разработаны устройства, позволяющие при незначительной затрате времени определять количество поданного форсункой топлива с погрешностью ± 2 %;

- уменьшение неравномерности распределения топлива по цилиндрам дизелей Д100 на холостом ходу до 25 % путем их регулировки с использованием разработанного устройства снижает расход топлива до 5 %;

- метод регулировки тепловозных дизелей на равномерность распределения топлива по цилиндрам в режиме холостого хода внедрен в производство и соответствующие изменения внесены в правила технического обслуживания и ремонта дизелей Д100.

6. При исследовании существующих и предложенных новых конструкций схем приводов реек топливных насосов тепловозных дизелей получены следующие результаты:

- отклонения геометрических размеров элементов топливной аппаратуры при их изготовлении и износе приводят к параллельному смещению и повороту нагрузочных характеристик топливных насосов относительно осей координат и совместить их можно только на одном режиме;

- для совмещения нагрузочных характеристик топливных насосов на двух режимах предложены методы, основанные на изменении наклона характеристик отдельно взятого насоса относительно общего вала привода реек;

- разработанные конструкции измененного привода реек и механизма поворота плунжера топливных насосов дизелей Д50, Д449, Д100 обеспечивают независимую регулировку насосов на номинальном и холостом режимах с неравномерностью соответственно 2 - 3 % и 5 - 10 %;

- применение топливных насосов с двойной независимой регулировкой снижает неравномерность распределения топлива по цилиндрам на всех режимах, повышает качество регулирования дизелей и обеспечивает более экономичную и надежную их работу в эксплуатации.

7. Эксплуатационные испытания тепловозных дизелей с использованием разработанных конструкций элементов топливной аппаратуры, технических решений, методов контроля и регулировки показали:

- применение пружин нагнетательных клапанов насосов с предложенной характеристикой, сопловых наконечников с вытеснителями объема, отключение одного ряда насосов и регулировка равномерности топливо-подачи по цилиндрам в режиме холостого хода при одновременном

уменьшении минимальной частоты вращения вала на 10% позволили обеспечить работу дизелей 1 ОД 100 без разжижения дизельного масла, снизить расход топлива и масла на измеритель перевозочной работы тепловозов соответственно на 6,6 и 9,6 %;

- повышение устойчивости работы дизелей Д50, 2Д100 и 10Д100 на режиме холостого хода при стабилизации малых цикловых подач топлива и возможность дальнейшего снижения минимальной частоты вращения вала дизеля;

- повышение качества и снижение трудоемкости регулирования дизелей, оборудованных топливной аппаратурой с двойной независимой регулировкой;

- экономическую целесообразность использования топливных систем дизелей с низким остаточным давлением в нагнетательном трубопроводе и увеличения межремонтного периода работы форсунок дизелей Д100 без их демонтажа до 30 - 35 тыс. км пробега тепловозов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Гизатулин Р.К. Регулировка дизелей на холостом ходу // Электрическая и тепловозная тяга. - М., 1989. № 5,- С. 29 - 30.

2. Гизатуллин Р.К. Влияние люфтов реек на распределение топлива // Электрическая и тепловозная тяга. - М., 1989. № 8. - С. 36 - 39.

3. Гизатуллин Р.К. Влияние нагнетательного клапана двойного действия на работу топливной аппаратуры и дизеля 2Д100//Совершенствование систем управления тепловозов и тепловозных аппаратов: Межвуз. сб. науч. ст. - Гомель, 1976. - С. 16 - 24.

4. Гизатуллин Р.К. Влияние процесса впрыска топливного насоса дизеля на поворот плунжера // Проблемы развития локомотивного хозяйства Республики Беларусь: Тез. докл. международн. науч.-практ. и метод. конф./БелГУТ. - Гомель, 1996. - С. 7 - 8.

5. Гизатуллин Р.К. Влияние скорости плунжера на неравномерность подачи топлива секциями топливного насоса двигателя // Тепловозы и тепловозное хозяйство: Труды БелИИЖТ, вып. 73. - Гомель, 1968. - С. 48-51.

6. Гизатуллин Р.К. Влияние эффективного проходного сечения сопловых наконечников форсунок тепловозных дизелей на распределение топ-

лива по цилиндрам // Совершенствование управления и повышение эффективности работы энергетической цепи тепловоза: Межвуз. сб. науч. ст./ БелИИЖТ. - Гомель, 1989. - С. 27 - 32.

7. Гизатуллин Р.К. Гидравлический способ контроля форсунок // Локомотив. - М., 1992. № 11 - 12. - С. 25 - 26.

8. Гизатуллин Р.К. Двойная регулировка топливных насосов тепловозных дизелей. - Минск: Министерство высшего и среднего специального и профсоюзного образования БССР, 1963.- 23 с.

9. Гизатуллин Р.К. Дизель ДЮО станет работать лучше / Электрическая и тепловозная тяга. - М., 1990. № 11. - С. 22 - 23.

Ю.Гизатуллин Р.К. Дизель Д49 работает устойчивее // Локомотив. - М., 1994. №8.- С. 40-42.

11 .Гизатуллин Р.К. Золотаренко В.А. Необходимость регулировки дизеля на двух режимах // Проблемы развития локомотивного хозяйства Республики Беларусь: Тез: докл. международн. науч.-прак. и метод, конф./ БелГУТ. - Гомель, 1996. - С. 8 - 9.

12.Гизатуллин Р.К. и др. Реализация на ЭЦВМ вариации параметров и метода Вегстейна для решения уравнений граничных условий при гидродинамическом расчете процесса впрыска топливной аппаратурой дизелей // Совершенствование систем управления тепловозов и тепловозных агрегатов: Межвуз. сб. науч. ст./БелИИЖТ. - Гомель, 1976. - С. 24 - 33.

13.Гизатуллин Р.К. Инструкция по использованию устройства для регулирования равномерности подачи топлива по цилиндрам дизелей ДЮО на режиме холостого хода // № ЦТ теп-77. - М.: ПКБЦТ, 1987. - 30 с.

14.Гизатуллин Р.К. Исследование влияния нагнетательного клапана насоса на работу топливной аппаратуры дизеля // Локомотивы и локомотивное хозяйство: Труды БелИИЖТ, вып. 89. - Гомель; БелИИЖТ, 1970. - С. 33 -39.

15.Гизатуллин Р.К. Методика расчета впрыска топлива в двигателях внутреннего сгорания с учетом влияния нагнетательного клапана с дросселирующим отверстием // Труды МИИТ, вып. 141. - М.: Трансжелдориз-дат, 1961.- С. 51-60.

16.Гизатуллин Р.К. Определение эффективного проходного сечения сопловых наконечников форсунок на стенде А106 // Совершенствование управления и повышение эффективности энергетической цепи тепловоза: Межвуз. сб. науч. ст./БелИИЖТ. - Гомель, 1989. - С. 32 - 38.

17.Гизатуллин Р.К. Оценка неравномерной подачи топлива по цилиндрам тепловозного дизеля на режиме холостого хода // Методы и средства диагностирования средств железнодорожного транспорта: Тез. докл. Всесоюзной науч.-техн. конф. - Омск, 1989. - С. 98.

18.Гизатуллин Р.К. Повышение качества регулирования тепловозного дизеля // Ресурсо- и энергосберегающие технологии на транспорте и строительном комплексе: Тез. докл. международной науч.-прак. конф. -Гомель, 1995. - С.73.

19.Гизатуллин Р.К. Способ регулирования давления впрыска топлива в двигателях при малых подачах // Тепловозы и тепловозное хозяйство: Труды БелИИЖТ, вып. 75. - Гомель, 1969. С. 15 - 20.

20.Гизатуллин Р.К. Стабильность нагрузочных характеристик топливных насосов // Электрическая и тепловозная тяга. - М., 1990. № 3. - С. 19 -21.

21.Гизатуллин Р.К. Повышение экономичности работы тепловозных дизелей в условиях эксплуатации // Пути технического перевооружения и модернизации железнодорожного транспорта: Тез. докл. 16 науч.-техн. конф/БелИИЖТ и ДолНТО Бел.ж.д. - Гомель, 1989. - С. 10.

22.Гизатуллин Р.К. Улучшение работы топливной аппаратуры дизеля Д50 // Исследование' и усовершенствование узлов тепловозов: Труды МИИТ, вып. 130. - М.: Трансжилдорнздат, 1960. - С. 24 - 44.

23.Гизатуллин Р.К. Устранение дополнительных впрысков топлива в дизелях Д100 // Пути технического перевооружения и модернизации железнодорожного транспорта: Тез. докл. 16 науч.-техн. конф/БелИИЖТ и ДорНТО Бел. ж.д. - Гомель, 1989. - С. 18.

24.Гизатуллин Р.К. Устройство для контроля форсунок дизелей// Электрическая и тепловозная тяга. - М., 1990. № 5. - С. 29 - 30.

25.Гизатуллин Р.К. Устройство для регулировки дизелей // Локомотив. -М., 1992. №9-10. С. 23 -25.

26.Гизатуллин Р.К. Характеристики форсунок и работа дизелей // Электрическая и тепловозная тяга. - М., 1989. № 6. - С. 29 - 31.

27.Гизатуллин Р.К., Чмыхов Б.А. Устранение дополнительных впрысков и' цикловой неравномерности в топливных системах дизелей // Тепловозы и тепловозное хозяйство: Труды БелИИЖТ, вып. 75. - Гомель, БелИИЖТ, 1969.-С. 21-27.

28.Гизатуллин Р.К.,Шевлягин В.П. Топливный насос с двойной независимой регулировкой // Локомотив. - М., 1993. № 11 - 12 - С. 27 - 29.

29.Гизатуллин Р.К., Гусев В.В. Дизель Д100 работает экономичнее // Электрическая и тепловозная тяга. - М., 1991, № 9. - С. 37.

30.Гизатуллин Р.К., Гусев В.В. Повышение экономичности работы дизелей 10Д100 // Локомотив. - М., 1994. № 11. - С. 31.

31 .Гизатуллин Р.К., Чмыхов Б.А. Влияние конструкции нагнетательного клапана насоса на работу топливной аппаратуры дизелей типа Д100 // Исследование режимов работы и конструкции тепловозов: Труды Бе-лИИЖТ, вып. 98. - Гомель: БелИИЖТ, 1971. - С. 8 - 14.

32.Гизатуллин Р.К., Чмыхов Б.А. Влияние остаточного давления в нагнетательном трубопроводе и плотности распылителя на процесс подачи топливной аппаратуры дизеля 2Д100 // Повышение топливной экономичности тепловозов: Межвуз. сб. науч. ст. /БелИИЖТ. - Гомель, 1977. - С. 12-16.

33.Гизатуллин Р.К., Чмыхов Б.А. Влияние эффективного проходного сечения сопловых наконечников форсунок на экономичность работы дизелей типа 2Д100 // Оптимизация управления и повышение эффективности работы локомотивов: Межвуз. сб. науч. ст./БелИИЖТ. - Гомель, 1987. - С. 40 - 45.

34.Гизатуллин Р.К., Чмыхов Б.А. Гидравлический способ контроля форсунок дизелей на эффективное проходное сечение // Оптимизация управления и повышение эффективности работы локомотивов : Межвуз. сб. науч. ст./БелИИЖТ. - Гомель, 1987. С. 35 - 40.

35.Гизатуллин Р.К., Чмыхов Б.А. К вопросу выбора конструкции и геометрических размеров нагнетательного клапана топливного насоса дизеля // Исследование режимов работы и конструкции тепловозов: Труды БелИИЖТ, вып. 98. - Гомель: БелИИЖТ, 1971. - С. 3 - 7.

36.ГизатуЛлин Р.К« Чмыхов Б.А. Кудряков В.К. Изменение эффективного проходного сечения сопловых наконечников форсунок тепловозных дизелей в условиях эксплуатации // Оптимизация управления и повышение эффективности работы локомотивов: Межвуз. сб. науч. ст./БелИИЖТ. -Гомель, 1984. - С. 3 - 6.

37.Гизатуллин Р.К., Чмыхов Б.А. Неравномерная подача топлива по цилиндрам двигателя Д50 и метод регулировки топливного насоса на холостом режиме работы // Тепловозы и тепловозное хозяйство: Труды БелИИЖТ, Вып. 73. - Гомель: БелИИЖТ, 1968. - С. 40 - 47.

38.Гизатуллин Р.К., Чмыхов Б.А. О выборе оптимального закона подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания // Тепловозы: Труды Бе-лИИЖТ. - М.: Транспорт, 1965. - С. 20 - 24.

39.Гизатуллин Р.К., Чмыхов Б.А. Совершенствование программы гидродинамического расчета процесса впрыска топливной аппаратуры тепловозных дизелей // Тез. докл. 14 науч.-техн. конф./БелИИЖТ и ДорН-ТО Бел.ж.д. - Гомель, 1980. - С. 25.

40.Гизатуллин Р.К., Чмыхов Б.А. Экспериментальное исследование работы топливного насоса дизеля Д50 при низком остаточном давлении // Тепловозы и тепловозное хозяйство: Труды БелИИЖТа, вып. 73. - Гомель, 1968. - С. - 30 - 39.

41.Гизатуллин Р.К., Чмыхов Б.А., Новицкий A.M. Повышение точности расчета топливной аппаратуры дизелей применением метода вариации параметров // Оптимизация работы тепловозов и тепловозных агрегатов: Межвуз. сб. науч. ст./БелИИЖТ. - Гомель, 1972. - С. 18-23.

42.Гизатуллин Р.К. Совершенствование топливных систем и повышение экономичности тепловозных дизелей. - Гомель: Белорус, гос. ун-т транспорта, 1998. - 144 с.

43.А.С. СССР № В 641. Нагнетательный клапан топливного насоса / Гизатуллин Р.К. Зарегистрировано 15.07.1965.

44.А.С. СССР № 1011891. Способ определения пропускной способности распылителя форсунки / ГизатуллинР.К., Чмыхов Б.А., Федотов Г.Б., Никонов Г.В., Кулаев П.В. Зарегистрировано 11.03. 1981.

45.А.С. СССР № 1270398. Устройство поворота плунжера топливного насоса высокого давления / Гизатуллин Р.К., Сухопарое С.И., Федотов Г.Б., Лемберг Е.Ф., Сурженко З.И. Опубл. 15.11.1986. Бюл. № 42.

46.А.С. СССР № 130292. Привод к независимые рейкам секций топливного насоса / Гизатуллин Р.К., Ильин А.И., Минаев С.Н. Зарегистрировано 20.04.1960.

47.А.С. СССР № 315783. Форсунка для двигателя внутреннего сгорания / Гизатуллин Р.К. Опубл. 01.10.1971. Бюл. № 29.

РЕЗЮМЕ

Гизатуллин Р.К. Методы и средства повышения эксплуатационной эффективности тепловозных дизелей

Дизель, топливная аппаратура, холостой ход, регулировка, насос, форсунка, режим, нагрузочные характеристики, неравномерность, подача, экономичность, испытания

Объект исследования - тепловозные дизели и их эксплуатация. Целью работы является повышение экономичности и надежности путем совершенствования тогошвоподачи, стабилизации характеристик в эксплуатации, разработки методов контроля и способов регулировки на двух режимах, обеспечивающих повышение давления впрыска и наименьшую неравномерность распределения топлива по цилиндрам. В результате анализа выявлены причины увеличения неравномерности топливораспределе-ния по цилиндрам дизелей, снижения давления распыла топлива, ухудшающие процесс сгорания топлива. Разработаны конструкции элементов топливной аппаратуры, которые обеспечивают стабилизацию малых цикловых подач топлива и нагрузочных характеристик, устранение дополнительных впрысков в области номинальной мощности дизелей.

Теоретически обоснован способ устранения люфтов реек топливных насосов, предложен новый гидравлический метод и разработаны устройства для определения эффективного проходного сечения форсунок, доказана необходимость дополнительной регулировки дизелей в режиме холостого хода и предложен новый метод регулировки. Для снижения неравномерности распределения топлива по цилиндрам дизелей предложен новый способ независимой регулировки топливных насосов на двух режимах (номинальном и холостом).

Эксплуатационные испытания тепловозных дизелей 1 ОД 100 тепловозов 2ТЭ10Л, В, М с использованием разработанных конструкций элементов топливной аппаратуры, технических решений, методов контроля и регулировки показали снижение расхода топлива на измеритель перевозочной работы тепловозов соответственно на 6,6 и 9,6 %.

РЭЗЮМЕ

Пзатулш Р.К. Метады 1 сродм павышэння эксплуацыйнай эфек-тыунасщ цеплавозных дызеляу

Дызель, пал1уная апаратура, халасты ход, рэгул1роука, помпа, фарсун-ка, рэжым, нагрузачная характарыстыка, нераунамернасць, падача, экана-М1чнасць, выпрабаванш

Аб'ект даследвання - цегшавозныя Д1зсл1 1 1х эксплуатацыя. Мэтай работы з'яуляецца павышэпне эканаМ1чкасщ и надзейнасщ шляхам удаска-нальвання пал1вападачы, стабшзацьи характарыстык у эксплуатацьп, рас-працоуцы метадау кантролю 1 спосабау рэгул1роую на двух рэжымах, за-бяспечваючых павышэнне щеку упрыску 1 найменыпую нераунамернасць размеркавання патва па цылшдрах. У вышку анал1зу выяулены прычыны павел1чэння нераунамернасщ пал1варазмеркавання па цылшдрах дызеляу, зшжэння щеку распылу пшпва, пагаршаючыя працэс згарання пагива. Рас-працаваны канструкцьп элементау пал^унай апаратуры, яюя забяспечва-юць стабшзацыю малых цыклавых падач пал1ва 1 нагрузачных характарыстык, л1кв1дацыя дадатковых упрыскау у зоне намшальнай магутнасщ дызеляу.

Тэарэтычна абгрунтаваны спосаб устранения люфтоу рэек паленых помпау, прапанаваны новы пдраушчны метад и распрацаваны устройствы для устанаулення эфектыунага прахаднога сячэння фарсунак, даказана не-абходнасць дадатковай рэгутроуы дызеляу у рэжыме халастога ходу I прапанаваны новы метад рэгул1роую. Для зшжэння нераунамернасщ размеркавання патва па цылшдрах дызеляу прапанаваны новы спосаб неза-лежнай рэгу."проум паленых помпау на двух рэжымах (намшальным 1 ха-ластым).

Эксплуатацыйныя выпрабавант цеплавозных дызеляу 10Д100 цепла-возау 2ТЭ10Л, В, М з выкарыстаннем распрацаваных канструкцый элементау пал1унай апаратуры, тэхшчных рашэнняу, метадау кантролю 1 рэ-гутроую паказаи зшжэнне расходу пашва на вымяральшк перавозачнай работы цеплавозау адпаведна на 6,6 1 9,6 %,

SUMMARY

Gisatullin R.K. Methods and means of increasing the operation efficiency of locomotive diesels.

Diesel, fuel equipment, idle stroke, adjustment, pump, injektor nozzle, conditions, load characteristics, unevenness, supply, efficiency, tests.

The object of investigation is locomotive diesels and their operation. The aim is to raise the efficiency and reliability by means of improving the fuel supply, of stabilizing the operation characteristics, by working out the methods of control and the ways of adjustment in two different conditions, providing injection pressure increase and the least unevenness in distribution of fuel among cylinders. The results of the analysis revealed the reasons of increasing the unevenness of fuel distribution among diesel cylinders, the drop of fuel atomization pressure, making the process of fuel burning worse. The desings of fuel equipment elements, which ensure stabilization of small cucle fuel supply and load characteristics, elimination of additional injection in the field of power rating of diesels have been developed.

Theoretically based the way of elimination of clearances of fuel pump laths, suggested a new hydraulic method, developed devices for determining the efficient transit injector nozzle cross-section, proved the necessity of additional adjustment of diesels during the idle stroke and suggested a new method of adjustment. For decreasing the unevenness of fuel distribution among diesel cylinders, a new way of independent fuel pumps adjustment in two conditions (rated and idle) is suggested.

Operational tests of locomotive diesels 10D100 of diesel locomotives 2TE10L, V, M, using the devised constructions of fuel equipment elements, technical solutions, methods of control and adjustment showed the lowering of fuel consumption on the index of locomotive haulage, accordingly 6,6 and 9,6 %.

Подписано к печати 09.10.98 г. Формат бумаги 60 х 84 1/16. Бумага писчая № 1. Печ. л. 2. Тираж 100 экз. Зак. №2181. Типография БелГУТа, 246022, г. Гомель, ул. Кирова, 34. Лицензия ЛП № 75 от 12.03.93 г.