автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности технического обслуживания топливной аппаратуры дизелей

На правах рукописи

ЯГОДИН Руслан Валерьевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ ДИЗЕЛЕЙ

Специальность: 0520.03-технологиии средства технич есю го об слу жи вания в сел ьсю м хо зяй стве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на со искание ученой степени кандидата технических ня/к

Уфа 2010

004606780

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Башкирский государственный

аграрный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Габитов Илдар Исмагилович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Иншаков Александр Павлович

кандидат технических наук, доцент Инсафуддинов Самат Зантунович

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Московский государственный

агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

Защита диссертации состоится 2 июля 2010 г. в 10® на заседании диссертационного совета ДМ 220.003.04 при ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» по адресу: 450001, г. Уфа, ул.50 лет Октября, д.34, учебно-лабораторный корпус №3, ауд. 259/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять по адресу: 450001, г. Уфа, ул.50 лет Октября, д.34, Башкирский государственный аграрный университет, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 220.003.04.

Автореферат разослан 28 мая 2010 г. и размещен на официальном сайте ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» www.bsau.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., доцент

С.Г. Мударисов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Работа топливной системы в значительной степени определяет основные показатели дгоеля: мощность, экономичность, дымность и выбросы вредных веществ с отработавшими газами (ОГ)- Улучшение экономичности и ужесточение норм по ОГ предъявляет к топливоподающим системам (ТПС) повышенные требования по обеспечению в соответствии с режшом работы дизеля не только цикловой подачи и угла опережения впрыскивания топлива (УОВТ), но множества параметров топливоподачи: характеристика впрыскивания, продолжительность подачи и др.

В настоящее время, предприятия, эксплуатирующие зарубежную сельскохозяйственную технику, затрудняются эффективно ее обслуживать вследствие отсутствия доступного оборудования и инструкций по ремонту указанного производителями оборудования, различного для каждой модели техники. Технологии технического сервиса заводов-изготовителей представляются только оф ициальным дилерам, и в настоящее время нет доступных универсальных стендов и оборудования для ремонта топливной аппаратуры (ТА) разномарочной техники.

Особенно остро проблема ремонта топливных насосов высокого давления (ШВД) стоит для сельскохозяйственных предприятий, которые расположены в малонаселенных районах со слаборазвитой инфраструктурой. Иметь свой стенд экономически нецелесообразно, а производить ремонт на стороне неэффективно. Причем финансовые потери от простоя техники в период сезонных работ (посевная, уборочная) могут существенно превышать стоимость самого ремонта. Возможным решением этих проблем могли бы быть передвижные специализированные мастерские, оснащенные необходимым оборудованием, основным' из которых является малогабаритный стенд для испытания ТНВД.

В связи с этим исследования, посвященные повышению эффективности технического сервиса ТА совершенствованием средств и технологий технического обслуживания (ГО) и регулировки топливных насосов современных дизелей, являются весьма актуальными.

Цель работы. Повышение эффективности технического обслуживания топливной аппаратуры современных автотракторных и комбайновых дизелей путем разработки средств и технологий их испытания и регулировки.

Объект исследования. Средства и технологии технического обслуживания и испытания топливной аппаратуры современных автотракторных дизелей.

Предмет исследования. Показатели эффективности технического обслуживания топливной аппаратуры автотракторных и комбайновых дизелей.

Методы исследований и достоверность результатов. Теоретической и методологической основой исследования явились работы ведущих ученых по изучаемой проблеме. Достоверность и обоснованность научных положений и результатов работы подтверждаются, использованием стандартных пакетов прикладных программ анализа данных, совпадением расчетных и экспериментальных данных.

Научная новизна работы:

- разработаны математическая модель процесса топливоподачи и математическая модель привода ШВД при испытании ТА на предложенном стенде, позволяющие выбрать его рациональные конструктивные параметры;

предложена технология технического обслуживания и испытания ТНВД на

разработанном малогабаритном стенде (Патент №2372517, F02M65/00), обеспечивающая повышение производительности труда.

Практическая ценность. Разработана техническая документация, для организации и проведения технического сервиса АПК «Технология технического обслуживания и ремонта топливных насосов высокого давления типа VB> (издание ШСНИТИ). Разработан стенд (Патент №2372517, F02M65/00) и технология регулирования ТНВД автотракторных и комбайновых дизелей на этом стенде, позволяющая уменьшить количество оснастки и номенклатуры в 2-4 раза, снизить трудоемкость на 10... 17% и себестоимость в 1,5 раза регулировочно-настроечных работ.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на научно-технических конференциях: Башкирского ГАУ (2007...2010гг.); Челябинском ГАУ (2007г.); Московском ГАУ имени ВЛ. Горячкина (2007г.); Санкт-Петербургском ГАУ (2008г.); ГОСНИТИ (2008г.); республиканских семинарах: "Ра-евка 2007", "Туймазы 2007"; результаты диссертационной работы представлены на специализированных выставках: "Предприятия 2006" (Уфа, 2006), "Автомобиль, гараж, бензоколонка 2007" (Уфа, 2007); IX Российская агропромышленная выставка "Золотая осень" (Москва, 2007), "Агрокомплекс 2010" (Уфа 2010).

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ООО «Башдшель» (Bosch Diesel Service г.Уфа), изложены в технической документации, для организации и проведения технического сервиса АПК «Технология технического обслуживания и ремонта топливных насосов высокого давления типа VB> (издание ГОСНИТИ), а также используются в учебном и научно-исследовательском процессах Башкирского ГАУ.

На защиту выносятся:

-математическая модель процесса топливоподачи при испытании ТА с использованием разработанного стенда и распределительным устройства«;

-математическая модель привода ТНВД разработанного малогабаритного стенда;

-малогабаритный стенд с распределительным устройством с одноканальной системой измерения для передвижных станций технического обслуживания;

-технология регулирования и технического обслуживания топливных насосов автотракторных и комбайновых дизелей с использованием малогабаритного стенда.

Связь с планами научных исследований и производством. Отдельные раз- . делы диссертационной работы выполнены в соответствии с «Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2006...2010гг» (03.09.04.04 Разработать технологическую документацию для модернизации стенда для контроля и регулировки ТНВД, позволяющего проводить тестирование аккумуляторных топливных систем Common Rail (CR)).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 116 наименований, изложена 140 страницах, включая 60 рисунков, 31 таблицу и приложения на 10 с.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК, получен 1 патент.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены научная новизна и практическая ценность работы, приведены основные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первой главе проанализированы работы, Астахова ИВ., Бахтиярова НИ., Баширова РМ., Габдрафикова Ф.З., Габигова И.И., Гимадеева Р.З. Голубкова ЛН, Горбаневского В.Е, Грехова JIB., Инсафудцинова СЛ., Иншакова АЛ., Кислова В.Г., Корнеева ВМ., Лышевского A.C., Неговора AB., Нихолаенко AB., Маркова ВА., Махмутова Р.Я., Хватова ВН. и др., посвященных исследованиям эксплуатационных показателей ТА дизелей сельскохозяйственного назначения; нестабильности параметров топливоподачи; качеству регулирования и технологиям и средствам ТО ТА. Исследованы регулировочные тест планы фирм BOSCH, ZEXEL, DENSO и др., проанализирована литература по обеспечению норм в выбросах отработавших газов.

Отмечено, что соблюдения закона топливоподачи, угла опережения впрыска топлива (УОВТ) и др. параметров базовой характеристике ТНВД являются существе иными факторам и обеспечения экологических требований норм Euro.

Существующие методики испытаний ТНВД (проверка цикловой подачи топлива на режимах - пуск, холостой ход, максимального крутящего момента и т.д., установка угла опережения впрыскивания, оценка неравномерности подачи топлива и т.д.) дают не полную оценку работоспособности современной ТПС. Напршер, показатели дизеля по ОГмогут быть не удовлетворительны вследствие отклонения от заданной характеристики топливоподачи. В этих случаях требуется оценка качества работы ТПС по нескольким "параметрам топливоподачи.

В настоящее время при ремонте топливоподающих систем в большинстве предприятий ТНВД демонтируют и отправляют в специализированное предприятие, имеющее стенд для регулировки ТНВД. Производить самостоятельный ремонт на месте, чаще всего затруднено из-за отсутствия необходимого оборудования. В тоже время доставка агрегата в специализированное предприятие и обратно занимает определенное время, что значительно увеличивает сроки ремонта.

Возможным решением этого вопроса мажет стать создание специализированной передвижной мастерркой, оснащенной необходимым оборудованием, важным элементом которого является стенд для испытания ТНВД. Основными препятствиями в данном случае являются массогабаригные характеристики стендов и потребляемая ими мощность. Выпускаемые в настоящее время стенды при массе 550... 1200 кг требуют энергообеспечения 4... 22 кВт при напряжении 380 В.

С учетом вышеизложенного для решения в объеме настоящей работы были сформулированы следующие задачи исследований:

-провести анализ технологий и средств технического обслуживания современной топливной аппаратуры отечественного и зарубежного производства;

—разработать малогабаритный одноканальный стенд с распределительным устройством для испытания ТНВД;

-разработать математические модели процесса топливоподачи и привода ТНВД при испытании ТА на разработанном стенде;

-разработать технологию регулирования топливных насосов дизелей и дать оценку эффективности предложенных мер.

Во второй главе проведены исследования по разработке малогабаритного стенда и рассмотрены теоретические предпосылки повышения эффективности технического сервиса совершенствованием средств и технологий технического обслуживания и регулировки ТА отечественного и зарубежного производства.

Для проверки и настройки ТНВД современных ШС по множеству параметров топливоподачи разработан малогабаритный стена (рисунок 1) с распределительным устройством (далее распределитель) (рисунок 2). (Патент №2372517, Р02М65/00.].

ходной и входной каналы соответственно.

Рисунок 1 Схема разработанного малогабаритного стенда: 1 - станина; 2 -привод ТНВД; 3 - ТНВД; 4 - система топливоподачи; 5 -форсунка; 6 - датчик давления; 7 - распределительное устройство; 8 - электродвигатель; 9 - датчик угловых перемещений; 10 - блок управления; 11 - персональный компьютер.

Функционально стенд скомпонован из трех легкоразборных модулей: электронного блока, универсального привода и системы топливоподачи. Модульный принцип построения стенда значительно повышает компактность при транспортировке. В конструкцию стенда внесено распределительное устройство (рисунок 2), позволяющее переключать измерительный канал между секциями ТНВД по линии высокого давления в процессе работы.

В сравнении со стационарными стендами отличительными особенностями сте нда я вляются:

• - электропитание от сети 220 В;

-маломощный привод для испытания ТНВД с количеством секций до 12;

- измерение параметров (цикловая подача, давление впрыска, характеристика топливоподачи и др.) всех секций проводится последовательно одним измерительным каналом;

- автоматическое и последовательное переключение нагнетательных секции ТНВД по линии высокого давления распределительным устройством без нарушения скоростного режима;

—меньшаямасса,габариты и стоимость.

Для определения влияния распределительного устройства на процесс топливоподачи ТНВД при испытании на разработанном стенде и оптимизации его конструктивных параметров проведены теоретические исследования

Для оценки идентичности реального процесса топливоподачи со стендовыми условиями были составлены машодели процесса топливоподачи и привода ТНВД.

Математическая модель процесса топливоподачи разработана на основе известных уравнений объем ного баланса и динамического равновесия топливного насоса и форсунки, с учетом методик МАДИ иМГТУ им. Баумана. В расчетную схему (рисунок 3) дополнительно включено распределительное устройство.

Рисунок 3 Расчетная схема линии высокого давления с учетом разработанного распределительного устройства.

Расход утечек в распределителе можно определить из предложенной схемы (рисунок 4).

Уравнение движения топлива в зазоре 5 (рис.4) при условии 5«г имеет вид: дгЦ 1 дР

дг2~г)дХ' (!)

где ^-вязкость топлива, сСт; Р-давление топлива, МПа; г-радиус, м; и-скорость топлива, м/с; Х-продольная координата.

После двойного интегрирования по г из граничных условий на стенках определим постоянные интегрирования:

Рисунок 4 Расчетная схема утечек в распределителе.

дР

г = г, :0=—•—+с,г, +с,;

1 2г] дХ

„ г2 дР

2 2т} дХ 2 2 • 2

,, 1 5Р Г 2 1 г-г. ,,

1/ = —■■—[г2 -щ-щ +гЛ\+-'-У.

2ц дХ Г[ -г2

Расход утечек при <1 Мл=(Т2+Г2), 5=( г, -г2):

дР

Пг] дХ

После интегрирование по длине зазора уравнения (3) имеет вид:

(2)

2= 2* рт-Шг =---•—-8" ^ 4 12;? дХ

12

■Ь ж5Ч

О +-

х-'Ут

(Ь

П

Учитывая изменение вязкости от давления по формуле Вырубова Д Л получим уравнение утечек в распределительном устройстве:

гросп\/

Шт]0с /Р""\пс

(3)

(4)

где ёюл, L — диаметр, длина уплотняющей части золотника распределителя, м; Vpacni.V расп2 — объемы входной и сливной полости, м3; Рраспь РРасп2- давление входной и сливной полости, МПа; т|0- вязкость топлива при действительной температуре в зазоре, сСт; арасп- ступенчатая функция.страсп = 1 при Ррасп2 > Рраоть страсп= -1 при í'pacn2< Рртспь 8г-технологический зазор между золотником икорпусом распределителя, м; 50- увеличение зазора в результате овальности корпуса и золотника, м; 5И-увеличение зазора в результате износа, м.

С истема уравнений объем ного баланса и динам ического равновесия иглы ф ор-сунки с учетом утечек в распределителе:

dK АС - - vJ.C, -2,+Q^

мф6"^=h - Л Ж Л рФ+yh (6)

6n~ = Cter,.

d<p

На следующем этапе рассматривалась модель привода топливного насоса высокого давления.

Уравнение крутильных колебаний в приводе:

а.Кбп—=

ф ф dq>

JMdVi Id? = Kp«Á<Po ~ <Pi) ~ - knpu. (<Pi - 9г ) + M - Mconn»

(7)

гдеДм-момент инерции маховика, Рисунок 5 Расчетная схема одномас- кг-м2; кприв-жесткость привода, Н-м. совой крутильной системы.

Уравнение крутильных колебаний с учетом функции изменения угла поворота ¿НФ):

= (8)

Учишвая, чтою = с14/<11;Мсопр=|Мсопрсо|/со. Момент сопротивления находим по выражению:

МсоЧ,=А1А24ЬГ, (9)

С учетом выражения (9)матмодель привода ТНВД имеет вид:

-ад ь-" . 30dh^/dt

ткуЛтНВД

dhm dt

пя пр пл

(10)

где А]=8,8 - для распределительных ТНВД, А,=1 - для рядных или индивидуальных ТНВД; А2=1125 кШ«2, с! „л-диаметр плунжера, м; Ь^-ход плунжера, м; -масса плунжера и движущихся с ним деталей, кг; ^ -площадь торца плунжера, м2; Рш -давление плунжера, МПа; с^-скорость плунжера,м/с; Птнвд= 0,78 - поправочный коэффициент для рядных ТНВД.

\

?.......... —■—

............

..........

ь -А-

^ ■«

0 ' 1'0 2 ? 3 1 ' 0 Ф!

Рисунок 7 Расход через форсунку: 1-теория; 2-эксперименг.

Рисунок 6 Давление у штуцера форсунки: 1-теория; 2-эксперименг.

Для теоретических исследований использовался программный комплекс (ПК) «Впрыск», разработанный в МГТУ им. Н.Э.Баумана. На рисунках 6 и 7 представлены результаты теоретических и экспериментальных данных разработанных математических м оделей.

Оценка адекватности математической модели по критерию Фишера Р=1,23 (уровень значимости - более 0,95) свидетельствует о высокой вероятности соответствия теоретических и экспериментальных данных.

С, 10 Нм

/у Нм

Рисунок 8 Максимальная неравномерность вращения вала привода ТНВД в функции от момента инерции маховика и жесткости привода.

Рисунок 9 Максимальный момент на приводе кулачка ТНВД в функции от момента инерции маховика и жесткости привода.

Уравнения 10, имеет решение в ПК «Впрыск» и позволяет определить максимальную неравномерность вращения кулачкового вала (рисунок 8) при варьировании момента инерции маховика и жесткости привода стенда. А трехмерная модель (рисунок 9) позволяет, определять параметры привода ТНВД. По рисунку 9 видно, что зона оптимума находится в области малых жесткостей С=1000...2000 Нм моментов инерции ^ив=2...3 кг-м2. При этом на рисунке 8 видно, что в этой зоне происходит наименьшее отклонению от заданной частоты вращения.

В связи с поставленной задачей по разработке технологии регулирования и технического обслуживания различных типов и моделей ТНВД на разработанном малогабаритном стенде с распределительным устройством, основанной на снижении номенклатуры эталонных трубопроводов высокого давления и форсунок, на следующем этапе проводились теоретические исследования по определению основных параметров топливоподачи и отработке технологии регулирования с ис-

пользованием ПК «Впрыск».

Сущность технологии заключается в первоначальном определении расчетным методом (с помощью предложенной математической модели) основных характеристик топливного насоса (цикловая подача, давление впрыска и др.) на всех режимах его работы с учетом установленного распределителя по линии высокого давления. Затем полученные параметры топливоподачи сравниваем с нормативными характеристиками установленными заводом-изготовителем ТА. После чего определяется для данного типа ТНВД и режима его работы поправочный коэффициент, который используется при испытании на разработанном малогабаритном стенде.

Снижение номенклатуры эталонных трубопроводов высокого давления и форсунок достигается использованием на разработанном стенде 1 измерительного канала для всех секций ТНВД.

В третьей главе описаны методика исследований, экспериментальные установки и измерительная аппаратура, принятые способы тарировки датчиков и обработки экспериментальных данных.

Безмоторные испытания проводились по ГОСТ 8670-82 с использованием стенда для регулировки и испытаний дизельной ТА.. Исследования проводились с ТА дизелей КамАЭ-7403.10 (1НВД серии 334); ЗМЗ-514 (VE4/11F2100R910); 2L (VE4/10F2200RND597); 4 ВТ 3.91 ND самоходной косилки Case 304 (VE4/I2F1150 R378) и 6 СТА зерноуборочного комбайна Case 2366 (PES6W100/1201242 с регулятором RSV550... 1100MW5387) 4УТНИ-Т-111105 (дизель Д-245-12С); 221.111100340 (дизель СМД-64); 60.5-30 (дизель ЯМЭ-236Д); модель 334 серии КамАЗ (дизель КамАЭ-7403.10); 805.7-21 (дизель 238НД) и 90.8-20 (дизель 240М2).

В основе устройства (информационно-измерительного комплекса) применялись ПЭВМ Pentium IV 5, крейговая система LTC'6 (модульная система сбора и обработки данных с программным обеспечением), тензопреобразователи для определения давления топлива.

Статистическая обработка экспериментальных данных производилась с использованием программы ПОС (пакета обработки сигналов крейговой системы) Погрешности измерений оценивались по общепринятой методике.

13 6 5 ЦП 5 Ь

Рисунок 10 Экспериментальная установка: а) схема; б) общий вид; 1-электродвигатель, 2-привод, 3-датчик давления во внутренней полости ТНВД; 4-форсунка, 5-персональный компьютер, 6-АЦП, 7-датчик давления линии высокого давления, 8-фотоприемник, 9 -управляющий диск, 10-светодиод, 11-датчик давления линии

низкого давления, 12 -датчик цикловой подачи топлива, 13-блок управления электродвигателем; 14-ШВД.

Исследования по улучшению эксплуатационных показателей стенда проводились на экспериментальной установке, состоящей из одноканального стенда для испытания топливной аппаратуры, ТНВД, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), датчиков давления в ЛВД и ЛНД, стендовой форсунки, датчика цикловой подачи, датчика частоты вращения вала ТНВД. Измерение неравномерности вращения вала ТНВД регистрировалось преобразователем, собранным на базе фотоприемника, светодиода и управляющего диска. Регистрация информации от различных датчиков проводилась АЦП в комплексе с ЭВМ.

Для проведения экспериментальных исследований применялся комплект оснастки для эталонирования дизельной ТА КИ-15713-ГОСНИТИ Красноуфимского опытно-эксиерименгального завода. Для отработки технологии регулирования использовался распределителя-золотника конструкции Башкирского ГАУ.

Для исследования испытаний ТНВД с электронным управлением, для предложенного стенда и расширения его функциональных возможностей были изготовлены: ГОС с широтно-им пульсным модулятором, а для снижения номенклатуры оборудования при испытании на разработанном стенде изготовлен кронштейн-плита

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований ТА ряда автотракторных и комбайновых дизелей.

Численные исследования показали, что одноканальная схема измерения (т.е. последовательная оценка каждой линии нагнетания одним измерительным каналом), позволяет использовать маломощный привод для испытания ТНВД, снизить относительную погрешность измерения, значительно уменьшить массу, габариты и стоимость стенда. Одним из недостатков такого стевда при малой массе маховика привода, является неравномерность вращения кулачкового вала (шайбы) ТНВД, и, как следствие, большее отклонение от заданного закона движения плунжера. В этой связи для экспериментальной оценки проводились исследования по оценке влияния конструктивных параметров привода стенда на характеристики подачи (рисунок 11).

а)ДИИ1^^ИВНИШмиИИНДшИ1 б) в

Рисунок 11 Давление топлива у штуцера ф орсунки и сигнал частоты вращения вала ТНВД при цц=40мм3/цикл имассе маховика 17 кг (а) и 23 кг (б).

Неравномерность вращения обуславливается недостаточной маховой массой, которая приводит к замедлению угловой скорости приводного вала в ходе нагнетания топлива, что ведет к отклонению закона топливоподачи от заданной, увеличению продолжительности впрыскивания, неравномерности топливоподачи и др.

По полученным осциллограммам давления определено, что увеличение qц приводит к уменьшению Ртах впрыскивания (рисунок 11) и увеличению Рос- в ЛВД. За счет неравномерной скорости вращения привода стенда возникает запаздывание либо опережение угла начала нагнетания и начала впрыскивания. При увеличении цикловой подачи снижается максимальное давление впрыска, угол переднего фронта Оперф уменьшается, а угол заднего фронта а^ф увеличивается, т.е. снижается скорость нагнетания и увеличивается длительность впрыскивания. Допустимый предел отклонения углов переднего и заднего а^ф Оздф фронтов составляет в зависимости от типа ТНВД и режима работы до 10°. Для испытуем «-о насоса 4 ВТ 3.91 N0 передний угол 62...67°, а задний 132... 137°. При ш махов =17 кг это отклонение составляет до 25°. Увеличение массы маховика уменьшает неравномерность частоты вращения с 64,7х10*5с до 20,1х10"5с, что составляет 31% на диапазоне закона то-пливоподачи и увеличивает максимальное давление на 3...5%, а также увеличивает угол переднего фронта на 25° и уменьшает угол заднего фронта на 9°. Таким образом, обеспечиваются необходимые требования к испытанию и проверке ТНВД по различным параметрам процесса топливоподачи.

Экспериментальные зависимости изменения максимального давления топлива у штуцера форсунки и углов переднего и заднего фронтов от цикловой подачи топлива показаны на рисунке 12. По графику видно, что существенное отклонение от заданное характеристики топливоподачи приходится на зону больших = 60... 100 мм3/цикл.

Рисунок 12 Зависимости Рщ« топлива у штуцера форсунки и углов переднего и заднего фронтов кривой Рф при средней частоте вращения п^, = 900 мин"1 от qц (пунктир-ш ыахов=17кг,сплошная -тыахо,=23кг).

Р-„№

1

¿рЖ ^

щ\ \ ЭД-------

-(-1-1- -(-—

<Р¡е., та гроз

1250 Ю00 750 500 250 О

--- .. . ---7~" 1 ---ГУ" / /

/ 1

• 1

Д

г : 1

а) -2-1-б-в—юГмР.с б) . 20 30 50

Рисунок 13 Осциллограммы давлений (а) у штуцера форсунки и их интегралы (б). Как показал математический расчет полученных осциллограмм давлений

(рисунок 13) отклонения углов переднего и заднего фронтов на 15% и максимального давления на 5% изменяют цикловую подачу топлива при номинальном режиме на 10%, что подтверждают экспериментальные данные на рисунке 14.

На рисунке 15 представлены результаты исследований ТА дизеля ЗМЗ 514. Из графика видно, что относительное замедление кулачка при впрыскивании тем больше, чем меньше частота вращения вала п^д. С ростом пч„ растут давления подачи и М^. Максимальные значения Мприв=135 Нм и 8 = 25% приходятся на наименьшие рабочие частоты 500...750 мин'1. Это объясняется тем, что работа впрыскивания осуществляется все более за счет кинетической энергии маховых масс.

Я.-

225 175 125

1 1 1 ь 1 1 1 /Л 1

1 . 1 —1__ 1 1

г -1--

^ГГгг —1__ 1

ГЭ 25 Ж Рисунок 14 Зависимость цикловой подачи топлива от массы маховика.

1500 п., мин" кг Рисунок 15 Характеристики ТА дизеля ЗМЗ 514 при Лм=67 кг см2: цикловая подача, мг; максимальные давления над плунжером и впрыска, МПа; моменты на кулачке и приводе, Н-м; неравномерность вращения привода ТНВД, %.

Для исследования продолжительности периода регулирования были проведены сравнительные исследования в НПФ «Башдшель». Проведен хронометраж регулировки ТНВД серий ТН, У ТО, НД,ЯМЗ, КАМАЗ на стендах со штатной мензурочной и одноканальной системой измерения.

Согласно разработанной технологии испытания проводились на стендах КИ-15711М и КИ-354 с набором стендовых форсунок и трубопроводов высокого давления слесарем регулировщиком дизельной топливной аппаратуры 5 разряда с регистрацией времени затраченного на операцию. Исследования проводились не менее 10 раз,затем рассчитывались усредненные значения.

Хронометраж показал, что время регулировки ТНВД на стенде КИ-354 увеличивается за счет переключения каналов. Трудоемкость регулировочных работ основных серий ТНВД представлена в таблице.

Таблица Трудоемкость регулировочных работ при испытании ТНВД

Марка ТНВД Раз работанны й стенд, нормо-час. Одноканальный стенд КИ-354, нормо-час.

УТН 1,7 1,89

КАМАЗ 3,72 4,28

ТН 2,0 2,2

НД 2,66 2,81

ЯМ3236 1,5 1,68

ЯМ3238 3,09 3,55

ЯМ3240 2,84 3,41

Таким образом, при регулировке ТНВД на стенде КИ-354 с одноканальным способом измерения увеличиваются затраты времени за счет переключения каналов примерно на 15... 17%. По полученным результатам была построена зависимость затрат времени на испытание ТНВД от количества секций, которые необходимо проверить.

Т,иорно-час

4 О Ч>

П.ШШ

Рисунок-17 Давление впрыскивания дизеля 4 В Т 3.91 N0:1-нормативная характеристика, 2-шм!1ХОВ=23 кг; 3-тмахов=28 кг.

Рисунок 16 Зависимость трудоемкости регулировочных работ от количества секций хтг> . тттгЛг 1 тгч <-. х зеля 4ВТ3.91 N0:1-нормативная харак-ТНВД: 1-стенд КИ-354, 2-разработанный ^„^„^ ^ , „ ^/Щ

малогабаритный стенд.

Как видно из рисунка 16 прослеживается прямая зависимость трудоемкость регулировки ТНВД на одноканальном стевде КИ-354, однако при проведении регулировочных работ на разработанном стевде трудоемкость снижается в среднем на 10... 13%, а с увеличением числа испытываемых секции ТНВД трудоемкость снижается до 20%.

После проведенных исследований было установлено, что при испытании ТНВД двигателя 4 ВТ 3.91 N0 на разработанном стенде заданных характеристики топливоподачи остаются в допустимых пределах при массе маховика 28 кг, мощности электродвигателя 2 кВт, а вид заданной характеристики топливоподачи и характеристик до и после оптимизации показаны на рисунке 17.

В пятой главе рассмотрены вопросы технико-экономической эффективности внедрения предложенных мероприятий.

Экономическая эффективность внедрения результатов исследования складывается из улучшения эксплуатационных и экологических параметров работы дизеля, выражается в увеличении выработки сельскохозяйственных машин, ресурса их двигателя и ТА в частности, снижении расхода ГСМ, соблюдении экологических показателей дизеля.

Использование предложенной технологии на разработанном стенде ведут к снижению трудоемкости регулировочных работ. Так, затраты времени испытания ТНВД дизеля Д245-12 на одноканальном стенде КИ-354 составляют 1,7 нормо-час, а при испытании на разработанном малогабаритном стенде с распределительным уст ройством снижается на 1,5 нормо-час, т.е на 0,2 нормо-часа или 12 %меньше.

Экономическая эффективность внедрения определяется также повышением производительности труда мастера-регулировщика ТА в 1,1. ..1,25 раза. Таким образом, внедрение мобильной мастерской на базе малогабаритного стенда принесло ЗАО «Зирганская МТС» общий экономический эффект на сумму около 100 тыс. руб.

15

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Повышение эффективности технического обслуживания топливной аппаратуры современных автотракторных и комбайновых дизелей, в том числе для передвижных станций ТО и Р, обеспечивается при использовании технологий испытания и регулировки ТНВД с применением разработанного одноканального малогабаритного стенда с распределительным устройством (Патент №2372517, ГО2М 65/00).

В сравнении с известными установками подобного назначения, предложенный стевд отличается малым энергопотреблением (в 2...3 раза), металлоемкостью (в 6...8 раза),стоимостью (в 3...10 раза).

2. Разработана математическая модель процесса топливоподачи при испытании ТНВД на стенде, которая позволяет учесть влияние золотника-распределителя на параметры топливоподачи (цикловая подача, давление впрыскивания и др.) ТНВД при испытании на предложенном стенде. Так, с помощью предложенной магм одели при испытании четырех-шести секционных ТНВД с номинальной цикловой подачей в пределах 45-80 мм/цикл при использовании поправочных коэффициентов К =1,05 по давлению впрыскивания и К =1,03 по цикловой подаче топлива, при массе маховика 28 кг обеспечиваются нормативные характеристики топливоподачи.

3. Разработанная и реализованная в программе «Впрыск» математическая модель привода ТНВД, позволяет определять М^л кулачкового вала ТНВД для выявления требуемой жесткости привода имоменга инерции маховика. Так, для обеспечения нормативных характеристик топливоподачи при испытания ТНВД дизеля 4 ВТ3.91ЫО на разработанном стецде были определены параметры маховика момент инерции 1М=2,1 кг-м2 и масса т=28 кг, при этом неравномерность вращения привода ТНВД составила 5=4%.

4 Обосновано введение поправочных коэффициентов в предложенной технологии при испытании ТНВД распределительного типа К =1,14 и рядных ТНВД К=1,06, позволяющие использовать тест-планы заводов-производителей на разработанном стенде. При этом трудоемкость операций регулировки и настройки 4-6 секционных насосов составляет 1,5...2,6 нормо-часа, т.е ниже на 5..11%, а 8-12 секционных-2,8...3,7 нормо-часа,т.е. на 10...17%на предложенном стенде. Таким образом, экономическая эффективность внедрения определяется также повышением производительности труда мастера-регулировщика ТА в 1,5...2 раза при проведении регулировочно-настроечных работ различных серии ТНВД.

5 Разработанные технологии регулировки топливной аппаратуры автотракторных и комбайновых дизелей отечественного и зарубежного производства, в том числе с применением предложенного стенда внедрены в ряд ремонгно-обслуживающих предприятий и изданы для практического применения ГОСНИТИ, используются в учебных целях БГАУ.

Основное положения диссертации опубликованы следующих работах:

практические рекомендации I. Ягодин РБ. Технология технического обслуживания и ремонта топливных насосов высокого давления типа УЕ. / В Л. Лялякин, И.И. Габигов, АВ. Неговора, Ш.Ф. Нигматуллин, ВА. Ильин, А.Г Габбасов, А.А. Козеев, РБ. Ягодин //. ГОСНИТИ 2009. 76 с.

публикации в изданиях ВАК ^

2. Ягодин Р.В. Одноканальный стенд для испытания топливных насосов высоко го давления современных дизелей./ ИМ. Габигов, А.Г. Габбасов, РВ. Ягодин / Тракторы иСХМ - 2009 -№12.-С.46-48.

3. Ягодин Р.В. Малогабаритный стенд для испытания топливных насосов высо кого давления автотракторных дизелей. / ИЛ. Габигов, В .А. Ильин, А.Ф. Ахметов РБ.Ягодин //Достижения науки итехники в АПК -2010 -№2. -С. 57-59.

4. Ягодин РБ. Одноканальный стевд для испытания топливной аппаратуры. А.Г Габбасов., А.Р. Валиев, Р.В.Ягодин //Механизация и Электрификация сельско го хозяйства - 2010 -№3. - С. 12-13.

патенты

5. Пат. 2372517 Россия, Р 02 М 65/00. Стевд для испытания дизельной топлив ной аппаратуры / И.И. Габигов, А В. Неговора, Ш.Ф. Нигматуллин, А.Г. Габбасо ВА. Ильин, РБ. Ягодин.- № 2008122698; заявл. 04.06.08; опубл. 10.11.09,.Бю №31-4 с.

публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

6. Ягодин РБ. Стевд для проверки инжекторов топливоподающих систем ти СЯ. / А.Г. Габбасов, Ш.Ф. Нигматуллин, РБ. Ягодин //Материалы всероссийско' научно- пракг. конф. «Проблемы и перспективы развития инновационной деятель ностив Агропромышленном проюводстве». Уфа: Изд-во БГАУ, 2007. С. 86-58.

7. Ягодин РБ. Оперативный контроль объемной подачи топлива секциям ТНВД. / А.Г. Габбасов, Р.В. Ягодин // Материалы международной научно-практ конф. «Ресурсосберегающие технологии технического сервиса», Уфа: Изд-в БГАУ, 2007. С. 29-31.

8. Ягодин РБ. Расширение функциональных возможностей стенда для испыта ния топливной аппаратуры дизелей. / АА. Козеев, А.Р. Валиев, РБ. Ягодин / «Труды ГОСНИТИ, том 102».Москва:Изд-во ГОСНИТИ, 2008. С. 56-58.

9. Ягодин РБ. Мобильный стевд для испытания топливной аппаратуры авто тракторных дизелей. / АБ. Неговора, А А. Козеев, РБ. Ягодин // Сборник материа лов Всероссийской научно-практ. конф. «Проблемы энергообеспечения предпри ятий АПК и сельских территорий». Санкт-Петербург: Изд-во СПГАУ, 2008. С. 141 145.

10. Ягодин РБ. Модернизация стенда для испытания топливной аппаратуры. АБ. Неговора, РБ. Ягодин // Сборник материалов Всероссийской научно-практ Конф. «Энергетический вестник». Санкт-Петербург: Изд-во СПГАУ, 2009. С. 318 322.

Лицензия РБ на издательскую деятельность 0261 от 10 апреля 1998 года. Лицензия на полиграфическую деятельность №6848366 от 21 июня 2000 года. Подписано к печати «26» мая 2010 г. Формат 60x84. Бумага полиграфическая. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 120 экз. Бесплатно. Заказ № 837. Издательство ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет». Типографи ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет». Адрес издательства и типографии: 450001, г. Уфа, ул. 50-лет Октября, 34.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ.

1.1 Влияние параметров топливоподачи на технико-экономические и экологические показатели дизеля.

1.2 Организация технического сервиса топливной аппаратуры в современных условиях.

1.3 Анализ оборудования и технологии испытаний ТНВД.

1.4 Цель и задачи исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ.

2.1 Разработка малогабаритного стенда с распределительным устройством для испытания топливной аппаратуры дизелей.

2.2 Математическое моделирование процесса топливоподачи при испытании на стенде.

2.3 Теоретические исследования влияния конструктивно-режимных параметров стенда на характеристики работы топливного насоса высокого давления.

2.4 Вводы по главе 2.

3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

3.1 Общая методика исследований.

3.2 Выбор программного обеспечения для теоретических исследований.

3.3 Стенды, приборы, аппаратура, обработка экспериментальных данных и оценка погрешностей измерений.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИСПЫТАНИЯ ТНВД НА ОДНОКАНАЛЬНОМ СТЕНДЕ.

4.1 Влияние конструктивных и технологических параметров стенда на характеристики работы топливного насоса высокого давления при испытании на стенд.

4.2 Совершенствование технологии испытания топливных насосов.

4.3 Оценка трудоемкости при испытании ТНВД на стенде с однока-нальной системой измерения.

4.4 Вводы по главе 4.

5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

Работа топливной системы в значительной степени определяет основные показатели дизеля: мощность, экономичность, дымность и выбросы вредных веществ с отработавшими газами (ОГ). Улучшение экономичности и ужесточение норм по ОГ предъявляет к топливоподающим системам (ТПС) повышенные требования по обеспечению в соответствии с режимом работы дизеля не только цикловой подачи и угла опережения впрыскивания топлива (УОВТ), но множества параметров топливоподачи: характеристика впрыскивания, продолжительность подачи и др. /44/

В настоящее время, предприятия, эксплуатирующие зарубежную сельскохозяйственную технику, затрудняются эффективно ее обслуживать вследствие отсутствия доступного оборудования и инструкций по ремонту указанного производителями оборудования, различного для каждой модели техники. Технологии технического сервиса заводов-изготовителей представляются только официальным дилерам, и в настоящее время нет доступных универсальных стендов и оборудования для технического обслуживания топливной аппаратуры (ТА) разномарочной техники.

Особенно остро проблема ремонта топливных насосов высокого давления (ТНВД) стоит для сельскохозяйственных предприятий, которые расположены в малонаселенных районах со слаборазвитой инфраструктурой. Иметь свой стенд экономически нецелесообразно, а производить ремонт на стороне неэффективно. Причем финансовые потери от простоя техники в период сезонных работ (посевная, уборочная) могут существенно превышать стоимость самого ремонта. Возможным решением этих проблем могли бы быть передвижные специализированные мастерские, оснащенные необходимым оборудованием, основным из которых является малогабаритный стенд для испытания ТНВД.

В связи с этим исследования, посвященные повышению эффективности технического сервиса ТА совершенствованием средств и технологий технического обслуживания (ТО) и регулировки топливных насосов современных дизелей, являются весьма актуальными.

Целью работы является повышение эффективности технического обслуживания топливной аппаратуры современных автотракторных и комбайновых дизелей путем разработки средств и технологий их испытания и регулировки.

Объект исследования. Средства и технологии технического обслуживания и испытания топливной аппаратуры современных автотракторных дизелей.

Предмет исследования. Показатели эффективности технического обслуживания топливной аппаратуры автотракторных и комбайновых дизелей.

Методы исследований и достоверность результатов. Теоретической и методологической основой исследования явились работы ведущих ученых по изучаемой проблеме. Достоверность и обоснованность научных положений и результатов работы подтверждаются, использованием стандартных пакетов прикладных программ анализа данных, совпадением расчетных и экспериментальных данных.

Научная новизна работы:

- разработаны математическая модель процесса топливоподачи и математическая модель привода ТНВД при испытании ТА на предложенном стенде, позволяющие выбрать его рациональные конструктивные параметры;

- предложена технология технического обслуживания и испытания ТНВД на разработанном малогабаритном стенде (Патент №2372517, F02M65/00), обеспечивающая повышение производительности труда.

Практическая ценность. Разработана техническая документация, для организации и проведения технического сервиса АПК «Технология технического обслуживания и ремонта топливных насосов высокого давления типа VE» (издание ГОСНИТИ). Разработан стенд (Патент №2372517, F02M65/00) и технология регулирования ТНВД автотракторных и комбайновых дизелей на этом стенде, позволяющая уменьшить количество оснастки и номенклатуры в 2-4 раза, снизить трудоемкость на 10. 17% и себестоимость в 1,5 раза регулировочно-настроечных работ.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на научно-технических конференциях: Башкирского ГАУ (2007.2010гг.); Челябинском ГАУ (2007г.); Московском ГАУ имени В.П. Горячкина (2007г.); Санкт-Петербургском ГАУ (2008г.); ГОСНИТИ (2008г.) республиканских семинарах: "Раевка 2007", "Туймазы 2007"; результаты диссертационной работы представлены на специализированных выставках: "Предприятия 2006" (Уфа 2006), "Автомобиль, гараж, бензоколонка 2007" (Уфа 2007); IX Российская агропромышленная выставка "Золотая осень" (Москва 2007), "Агрокомплекс 2010" (Уфа 2010).

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ООО «Башдизель» (Bosch Diesel Service г.Уфа), изложены в технической документации, для организации и проведения технического сервиса АПК «Технология технического обслуживания и ремонта топливных насосов высокого давления типа VE» (издание ГОСНИТИ), а также используются в учебном и научно-исследовательском процессах Башкирского ГАУ.

На защиту выносятся: -математическая модель процесса топливоподачи при испытании ТА с использованием разработанного стенда и распределительным устройством;

-математическая модель привода ТНВД разработанного малогабаритного стенда;

-малогабаритный стенд с распределительным устройством с однока-нальной системой измерения для передвижных станций технического обслуживания;

-технология регулирования и технического обслуживания топливных насосов автотракторных и комбайновых дизелей с использованием малогабаритного стенда.

Связь с планами научных исследований и производством. Отдельные разделы диссертационной работы выполнены в соответствии с «Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2006.2010гг» (03.09.04.04 Разработать технологическую документацию для модернизации стенда для контроля и регулировки ТНВД, позволяющего проводить тестирование аккумуляторных топливных систем Common Rail (CR)).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 125 наименований, изложена 144 страницах, включая 47 рисунков, 31 таблицу и приложения на 11 с.