автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Обоснование критериев и метода определения предельного состояния параметров распылителей форсунок тракторных дизелей

Введение

1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования

1.1. Анализ причин изменения параметров распылителей форсунок в эксплуатации.

1.2. Оценка предельного состояния распылителей форсунок дизелей сельскохозяйственного назначения.

1.3. Выводы. ч 1.4. Цели и задачи исследований.

2. Теоретические предпосылки к обоснованию критерия и метода определения предельного состояния распылителя форсунки

2.1. Вероятностный анализ изменения параметров распылителей форсунок в эксплуатации.

2.2. Обоснование выбора значимых параметров распылителя, первоочередно определяющих исчерпание ресурса.

2.3. Алгоритм ранжирования параметров, первоочередно определяющих исчерпание ресурса.

2.4. Обоснование количественных значений параметров, определяющих ПС распылителя форсунки.

2.5. Проверка адекватности принятых распределений.

2.6. Обоснование выбора формы связи.

2.7. Расчет коэффициента парной корреляции параметров.

2.7.1. Оценка статистической значимости коэффициентов корреляции.

2.8. Расчет коэффициента парной корреляции параметров, не имеющих количественной оценки.

2.9. Выводы.

3. Общая программа и методика экспериментальных исследований

3.1. Программа исследований.

3.2. Методика исследований.

3.3. Оборудование, приборы, средства измерений для экспериментальных исследований и условия проведения испытаний.

3.3.1. Определение параметров распылителей.

3.3.2. Безмоторные стендовые испытания.

3.3.3. Моторные стендовые испытания.

3.3.4. Дополнительные средства измерений.

3.3.5. Оценка погрешностей измерений и точности результатов опытов.:.

3.4. Подготовка и проведение испытаний.

3.4.1. Исходный этап.

3.4.2. Контрольные этапы.

4. Результаты экспериментальных исследований

4.1. Результаты определения параметров и безмоторных испытаний распылителей.

4.2. Результаты моторных испытаний.

4.3. Результаты метрологической аттестации геометрических параметров распылителей.

4.4. Определение параметров, первоочередно определяющих предельное состояние распылителя.

4.5. Установление количественных значений параметров, первоочередно определяющих предельное состояние распылителей.

4.5.1. Параметры потребителя.

4.5.2. Параметры изготовителя.

4.6. Изменение количественных значений параметров, не определяющих предельное состояние распылителей.

4.7. Определение коэффициентов корреляционной зависимости параметров распылителей.

5. Расчет экономической эффективности.

5.1. Определение затрат на устранение последствий отказов.

5.2. Определение затрат на замену форсунок.

В настоящее время в АПК страны задействовано значительное количество энергонасыщенных тракторов, мобильных сельскохозяйственных машин, стационарных энергетических установок и большой парк автомобилей средней и большой грузоподъемности. Хозяйства зачастую не управляются с выполнением сельскохозяйственных работ в оптимальные агротехнические сроки, что объясняется низким качеством сельскохозяйственной техники и уровня технического обслуживания и ремонта. Показательно, что поставщики техники и эксплуатационники одинаково отрицательно влияют на эффективность использования сельскохозяйственной техники, снижение производительности машин и коэффициента технической готовности. Анализ использования рабочего времени механизаторов показывает, что только 60% сменного времени затрачивается на выполнение основной работы, а 40% расходуется на вспомогательные работы и поддержание работоспособности машин -устранение неисправности, отказов и техническое обслуживание.

Эффективность работы тракторов и других мобильных сельскохозяйственных агрегатов в основном зависит от технического состояния показателей работы их энергетических установок.

Эффективность, экономичность, надежность и токсичность тракторных дизелей в значительной степени определяется качественной работой топливной системы /5,6,7/.

Топливная аппаратура является важнейшей и наиболее сложной составной частью дизеля и обуславливает его мощностные и экономические показатели. Узлы и детали топливной аппаратуры дизелей относятся к наименее надежным и наиболее трудоемким в техническом обслуживании по сравнению с другими системами. Так, доля отказов топливной аппаратуры от общего числа дизеля в эксплуатации составляет 20.50% при затратах на обслуживание и ремонт 20. .30% от общих затрат /8/.

Ресурс отечественной топливной аппаратуры высокого давления составляет 6.8 тыс.моточасов,. достигнутый максимальный его уровень составляет 10. 12 тыс.моточасов. Из анализа статистических данных /9/ следует, что в практике эксплуатации дизелей объем ремонтных работ топливной аппаратуры весьма значителен, что обуславливает перерасход запасных частей. В настоящее время годовое производство запасных частей агрегатов топливной аппаратуры дизелей составляет около 50% общего объема производства. Причиной такого большого расхода запасных частей является низкий уровень технического обслуживания и эксплуатации в целом, а также недостаточная надежность отдельных деталей топливной аппаратуры по отдельным параметрам. При этом следует отметить нарушения технологии ремонта, комплектования и обслуживания топливной аппаратуры на предприятиях, производящих ремонтно-обслуживающие услуги.

Одним из путей повышения работоспособности существующего парка энергонасыщенных тракторов, укомплектованных форсированными двигателями, которые более требовательны к стабильности регулировок, сохранению геометрических и эксплуатационных показателей в условиях реальной эксплуатации является обоснование и определение значений предельного состояния параметров топливной аппаратуры.

Наиболее слабым звеном топливной аппаратуры высокого давления тракторных дизелей является распылитель форсунки, который работает в наиболее тяжелых условиях воздействия высокотемпературных цилиндрических газов. От работоспособности распылителя форсунки зависит качество распыл ивания топлива, точность его дозирования, мощность, экономичность, надежность, дымность и токсичность дизеля.

Анализ результатов НИОКР, выполненных в НПО ЦНИТА, ГОСНИТИ, С-ПбГАУ, КБГСХА и других организациях свидетельствует о том, что низкая работоспособность распылителей объясняется, прежде всего, изменением начальных геометрических параметров деталей и в связи с этим быстрым снижением значений параметров (гидроплотности, давления, производительности и др.).

Улучшение показателей топливной аппаратуры дизелей ведется при производстве по пути отработки конструкции и совершенствовании технологии изготовления прецизионных деталей и в эксплуатации, совершенствованием приемов технического обслуживания и ремонта.

Вопросам улучшения эксплуатационных показателей тракторных дизелей посвящены работы профессоров А.В.Николаенко, Н.С.Ждановского, ИМ.Федосова, К.А.Ачкасова, Н.И.Бахтиярова, Ю.М.Хаширова (5, 24,25,42, 44,57). В работах указанных авторов исследованы различные стороны рассматриваемой проблемы: влияние параметров прецизионных деталей, нарушение регулировок ТА, износ прецизионных деталей ТА, нарушение технологии изготовления далалей, влияющих на технико-экономические показатели.

Анализ выполненных работ показывает, что основной причиной отклонений технико-экономических показателей дизеля от заданных техническими условиями является изменение параметров распылителей форсунок дизелей в эксплуатации.

Комплексное исследования изменений параметров распылителей форсунок в эксплуатации, установление причин отказов с целью повышения надежности их работы, научного обоснования критериев и методы определения предельного состояния (ПС) деталей сопряжений ее элементов и, в первую очередь, прецизионных деталей имеет важное значение в повышении эффективности использования дизелей сельскохозяйственного назначения.

Цель работы. Обоснование критериев и метода определения предельного состояния распылителей форсунок тракторных дизелей сельскохозяйственного назначения.

Объекты исследований. В качестве объекта исследования принят распылитель форсунки дизеля 44 11/12,5 (Д-240) тракторов МТЗ-80/82 наиболее типичного для АПК страны и региона.

Научная новизна работы - критерии и метод определения предельного состояния параметров распылителя форсунки, имеющих и не имеющих количественные значения; метод ранжирования параметров распылителя форсунки; результаты комплексных экспериментальных исследований динамики 33 параметров распылителей форсунок в эксплуатации и их влияние на показатели работы дизеля; конструкция модернизированной форсунки повышенной надежности.

Практическую значимость работы составляют разработанные научно-обоснованные критерии и метод определения предельного состояния параметров распылителей форсунок, регламентирующее их дальнейшую эксплуатацию, что обеспечивает сохранение параметров топливоподачи в эксплуатации и, следовательно, показателей работы дизеля в пределах установленных техническими условиями, а также конструкция модернизированной форсунки повышенной надежности.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ГОСНИТИ и НПО ЦНИТА и используются при разработке новых ГОСТ на распылители форсунок тракторных дизелей, в нормативно-технической документации на проведение регламентно-обслуживающих работ за дизельной топливной аппаратурой и в ОАО «Прохладненская райсельхозтехника» КБР.

На конструкцию модернизированной форсунки повышенной надежности получено авторское свидетельство № 1321895, 1987 г.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических советах лаборатории ГОСНИТИ и НПО ЦНИТА 1980-1985 гг.; на научно-практических конференциях "Наука производству" КБАИ, Нальчик, 1989-1994 гг.; на научно-техническом семинаре "Диагностика, повышение эффективности и долговечности двигателей" ЛСХИ, Ленинград - Пушкин, 1989 г, на научно-технической конференции МГАУ, 1994 г; на постоянно действующем научно-техническом семинаре стран СНГ "Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей" СПГАУ, Санкт-Петербург - Пушкин, 1997 г; на Кабардино-Балкарском Республиканском научно-техническом семинаре "Механика", Нальчик, 1998 г. и 2001 г.; на юбилейной конференции КБГСХА, Нальчик, 2001 г.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе одно авторское свидетельство, объемом 4,8 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 91 наименований и приложений. Текстовая часть изложена на 159 страницах машинописного текста, включает 34 иллюстраций, 26 таблиц.

1. Агеев Б.С. Повышение эксплуатационной надежности топливо-впрыскивающей аппаратуры дизелей. Обзор ЦНИИ ТЭИ ТЯЖМАШ №4-81-34. М.: 1981, с.51.

2. Антипов В.В. Износ прецизионных деталей и нарушение характеристик топливной аппаратуры дизелей. М.: Машиностроение, 1972, с.240.

3. Астахов И.В., Трусов В.Ч. и др. Подача и распыливание топлива в дизелях. М. Машиностроение, 1972.

4. Ачкасов К.А. О выходных параметрах многоструйных распылителей форсунок дизеля Д-240. Сб.научных трудов МИСП. Прогрессивные способы очистки и восстановления изношенных деталей тракторов, автомобилей и сельхозмашин. 1984.С. 113 -120.

5. Бахтиаров Н.И. Производство и эксплуатация прецизионных пар. М.: Машиностроение, 1979, с.205.

6. Бахтиаров Н.И., Логинов В.Е., Лихачев И.И. Повышение надежности работы прецизионных пар топливной аппаратуры дизелей. М.: Машиностроение, 1972, с.200.

7. Вельский В.И. Обоснование нормативов эффективных показателей тракторных дизелей и порядок их контроля. Ж.: Техника в сельском хозяйстве, 1978, №7, с.74-78.

8. Биртер И.А. Техническая диагностика. М.Машиностроение, 1978.С.240.

9. Гольдман Е.З., Золотников В.М., и др. О технических требованиях стандартов на плунжерные пары и распылители. Труды ЦНИТА, вып. 70, 1977, с.68-73.

10. Голубков И.Г., Колосов В.А. Определение суммарного эффективного сечения распиливающих отверстий бесштифтовых форсунок тракторных и комбайновых дизелей. Труды ЦНИТИА, вып.82, с.61-64, 1983.

11. ГОСТ 9928-71. Распылители форсунок дизелей. Технические требования.

12. ГОСТ 17510-79. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдений.

13. ГОСТ 18523-79. Дизели тракторные и комбайновые. Сдача в капитальный ремонт и выпуск из капитального ремонта. Технические условия.

14. ГОСТ 17510-79 Надежность в технике. Система отбора и обработки информации. Планирование наблюдений.

15. ГОСТ 24783-81. Тракторы и сельскохозяйственные машины. Общие требования к эксплуатации.

16. ГОСТ 24643-81 (СТ СЭВ 301-76). Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей.

17. ГОСТ 27503-81. Методы оценки показателей. Система отбора и обработки информации.

18. ГОСТ 8669-82. Форсунки автотракторных дизелей. Правила приемки и методы испытаний.

19. ГОСТ 10579-82. Форсунки дизелей. Общие технические условия.23 .ГОСТ 8669-82. Форсунки автотракторных дизелей. Правила приемки и методы испытаний.

20. ГОСТ 10579-82. Форсунки дизелей. Общие технические условия.

21. ГОСТ 27103 (СТ СЭВ 3943-82). Надежность в технике. Критерий отказов и предельных состояний. Основные положения.

22. ГОСТ 25708-83. Прецизионные пары топливной аппаратуры дизелей. Общие технические условия.

23. Евланов JI.Г. Теория и практика принятия решений. М.: Экономика, 1984x175.

24. Ефремов JI.B., Тузов Л.В., Литятина Л.В. Методика обоснования предельно допустимых износов двигателей и узлов дизелей. Ж.гДвигателестроение, 1983, №10, с.54-55.

25. Ждановский Н.С., Николаенко A.B. надежность и долговечность автотракторных двигателей. Л.: Колос, 1981. с.295.

26. Кожухов A.B., Плотников Ю.А. Исследование зависимостей пропускной способности распылителей от эффективного проходного сечения и гидроплотности от величины зазора. Труды ЦНИТА, вып.54.1972.

27. Кологов В.А. Зависимость цикловой подачи от проходного сечения отверстий рапылителя форсунки. Труды ЦНИТА, вып.82, 1983. с.47-50.

28. Кугель Р.В. Предельное состояние машин и их элементов. Ж.: Вестник машиностроения. 1976, №4, с.3-9.

29. Кугель Р.В. Динамика изнашивания тракторных деталей. Вестник машиностроителя, 1984, №5, с. 12-16.

30. Лернер М.И., Стопалов С.Г. и др. Технико-экономичесьсие критерии предельного состояния агрегата трактора. Ж.: Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1981, №2,с. 28-30.

31. Лернер М.И., Поляк A.A. Содержание критериев предельного состояния в зависимости от области его применения. Труды НАТИ. Обеспечение надежности тракторной техники. 1984. с.29-33.

32. Лозовский В.Г., Останко А.Г., Прокопенко В.А. Исследование работоспособности и критериев предельного состояния дисков лущильников. Ж.:Тракторы и сельхозтехника. 1983, №6, с.21-22.

33. Методика сокращенных эксплуатационных испытаний топливных насосов. РТМ 23.1.467-73. ЦНИТА.

34. Мичкин И.А. О проектировании сопловых отверстий многодырчатых распылителей. Ж.'Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1965, №7.

35. Михлин В.И. Управление надежностью сельскохозяйственной техники. М.:Колос, 1984.С.335.

36. Николаенко A.B. Индивидуальное прогнозирование. Изменения параметров топливной аппаратуры по результатам сокращенных испытаний. Научные труды ЛСХИ. Диагностика, повышение эффективности использования и надежности двигателей, т.319. Л.: 1977, с.21-26.

37. Николаенко A.B. Показатели эксплуатационной надежности распылителей форсунок дизелей сельскохозяйственных тракторов. Сб.научных трудов ЛСХИ. Диагностика, повышение эффективности использования и надежности двигателей. Л.': 1982, с.3-10.

38. Николаенко A.B. Выбор метода прогнозирования технического состояния изделий топливной аппаратуры тракторных дизелей. Ж.:Двигателестроение, 1985, №4, с.50-57.

39. Николаенко A.B., Беляев В.В. и др. Статистический анализ параметров многодырчатых распылителей серийного производства. Научные труды ЛСХИ. Диагностика, повышение экономичности, эффективности и долговечности двигателей. Л.: 1976, т.300, с. 19-24.

40. Отчет ЯЗТА №3-78-А. Ярославль, 1978.

41. Панин Г.И., Сафелькин В.А. К вопросу назначения технических требований к распылителям форсунок дизелей. Труды ЦНИТА, вып.58, 1976, с.92-98.

42. Панчиков Н.С. научные основы технического обслуживания машин в сельском хозяйстве. М.гКолос, 1983, с.304.

43. Подольский Л.Я., Аляпышев В.Г., Смоловский Л.И. Гидроаброзивный износ проточной части закрытого многодырчатого распылителя тракторного дизеля. Ж.: Двигателестроенне, 1982, №11, с.5-7.

44. Протокол ЯЗТА №8-78-А. Ярославль, 1978.

45. Пугачев B.C. Теория случайных функций и ее применение к задачам автоматического управления. М.: Физматиздат, 1962.

46. Пфанцагль И. Теория измерений. М.: Мир, 1976, с.248.

47. Рабинович A.A. Повышение долговечности прецизионных пар. Проблема трения и изнашивания. Республиканский научно-технический межведомственный сборник, вып.21. Киев, 1982. с.130-135.

48. РД 50-202-80. Руководящий нормативный документ. Методические указания. Надежность в технике. Критерии отказов и предельных состояний. Правило установления в стандартах и конструкторских документах.

49. Роганов С.Г. Влияние герметичности щелевого уплотнения форсунок на процесс топливоподачи. Известия ВУЗов. Ж. Машиностроение, 1983, №3, с.99-102.

50. Роганов С.Г., Макушев Ю.П. Влияние зазора в распылителе форсунки на процессы впрыска и некоторые показатели дизеля. Известия ВУЗов. Ж.: Машиностроение, 1978, №1, с.97-101.

51. РД 50-399-83. Руководящий нормативный документ. Методические указания. Правила нормирования параметров объектов. М.: Издательство стандартов, 1983.

52. РТМ 70.0001-246-84. Руководящий технический материал. Критерии предельного состояния тракторов и их составных частей. М.: ГОСНИТИ, 1985.

53. Свиридов Ю.Б., Вихерт М.М. Топливо и топливоподача автотракторных дизелей. Л.: Машиностроение, 1979, с.248.

54. Сельпер А.А. Исследование безопасности машин методом статистического моделирования процесса изменения их контрольного параметра на ЭВМ и оптимизация допустимого при контроле значения параметра. Труды ГОСНИТИ, т.23, 1960.

55. Сергеев В.Н. Вероятно-статистический анализ процессов изменения параметров топливной аппаратуры дизелей в эксплуатации. Научные труды ЛСХИ. Диагностика, повышение эффективности использования и надежности двигателей. т.З86, 1980. с.70-78.

56. Синдеев И.М., Глухов В.В. и др. Диагностирование и прогнозирование технического состояния авиационного оборудования. М.:Транспорт, 1984.С.191.

57. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента. М.: Легкая индустрия. 1974. с.263.

58. Трактор МТЗ-80. Техническое обслуживание. М.ГОСНИТИ, 1982.

59. Трусов В.И. и др.Форсунки автотракторных дизелей. М.: Машиностроение, 1977, с. 167.

60. Федотов Г.Б. Топливные системы тепловозных дизелей. Ремонт, испытание, совершенствование. М.:Транспорт, 1983.С.192.

61. Фельдман Л.Б., Хаширов Ю.М., Карданов Х.Б. Обоснование метода отбора параметров, определяющих предельное состояние распылителя тракторного дизеля. Труды ГОСНИТИГт.74,1985. с.89-98.

62. Фомин Ю.Я. Распределение утечек топлива через распылитель дизельной форсунки. Труди ЦНИТА,№60,1974.

63. Хаширов Ю.М., Карданов Х.Б., Бацежев Х.Х. Больше внимания техническому состоянию топливной аппаратуры. Ж.:Техника в сельском хозяйстве. 1984, №7, с.40.

64. Хватов В.Н. Решение задач прогнозирования надежности топливной аппаратуры на ЭВЦМ. Научные труды ЛСХИ. Диагностика, повышение эффективности использования и надежности двигателей, т.300. Л.: 1976, с.27-33.

65. Хватов В.Н. Расчет надежности топливной аппаратуры с учетом величины и положения поля допуска на параметры изделия. Труды ЦНИТА.вып.68.1976.с.79-82.

66. Хельчук А.Х. и др. Оценка динамики изнашивания деталей машин. Механизация и электрофикация сельского хозяйства. 1985, №3,с.52-54.

67. Хенли Э.Д. Надежность технических систем и оценка риска. Перевод с английского под ред. В.С.Сыромятникова. М.¡Машиностроение. 1984, с.528.

68. Эйдельман Я.Л. Повышение надежности работы топливоподающей аппаратуры двигателей семейства БТЗ. Труды ЦНИТА, вып.ЗЗ, 1967.

69. Эйдельман Я.Л., Владимиров H.A. и др. Причины закоксовывания сопловых отверстий форсунок двигателей БТЗ. М.:Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1966, №17.

70. Эйдельман Я.Л. и др. Исследование рабочей температуры распылителей и ее влияние на закоксовывание сопловых отверстий. Труды ЦНИТА, вып.29.1966.

71. Яник И. Система технического обслуживания сельскохозяйственных. машин. Превод с венгерского под ред. В.В.Кургатина и др. М.: Колос, 1984.С.347.

72. Armstrong L.E., Bereff P., Zablocku E. Diesel engine power prognosis. SDE.Techn Pap.Ser. 1985, №850548,88.

73. Hirokazu Jkeda, Masashi Nagai. Ymproument invurability oftisel. Eugine Tuch Ynjection Values (jn).k