автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование характеристик пуска и систем питания силовых агрегатов рельсового транспорта для условий Ближнего Востока

Г . > : • >

- 3 ММ»

ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СЛАД Ахи Халиь

\

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПУСХЛ N СИСТЕМ ПИТАНИЯ СИЖЮК АГтеГАТОВ РЫЬООЮГО ТРАНСПОРТА ДЛЯ УСЖШНЙ БЛИЖНЕГО ВОСТОКА

05.22.07 - Подоюаюй состав железных дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации яа соискание ученой' степени кандидата технических наук

Луганск - 1997.

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена на кафедрах "Двигатели внутреннего сгорания" и "Лскомотивостроение" Восточноукраинского государственного университета.

Научный руководитель

Заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор технических наук, профессор А. Г.РЫБЛЛЬЧЕШЮ

Научный консультант

кандидат технических наук, доцент II. И. ГОРБУНОВ

официальные оппоненты

Академик академии транспорта Украины, доктор технических наук, профессор Э.Д.ТАРТАК08СИЙ кандидат технических наук, доцент Л. Н. КИРСАНОВ

Ведущее предприятие

Государственная холдинговая компания "Лугансктмшшоа" г.Луганск

Защита состоится " ¿2 " " с.Ш/гта "19'97 г. в Л"**' часар на заседании специализированного ученого совета Д' 18.02.01 при Восточноукраинском государственном университете по адресу: 348034, г. Луганск, кв. Молодежный 20а, корпус 1, конференция иуеея ВУГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Восточноукраинского государственного университета, по адресу: 348034, г. Луганск, кв. Молодежный 20а.

Автореферат разослан

"/Р

'■тая, " 1997 г.

Ученый секретарь специалиэированного совета

Ю.М.0СЕШВ

СШЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТИ И СТЕПЕНИ ИССЛЕДШ/"ЕЛЬНОСПИ ТЕМАТИКИ

Эффективность использования подвижного состаза железных дорог, иепаяъзушим в качестве силового агрегата двигатели внутреннего сгорания, в значительной степени определяется техническим состоянием и характеристиками топливной аппаратуры.

Силовыми агрегатами рельсового транспорта являются 4-х и 2-х тактные дизели (двигатели тепловозов, дизель-поездов, вагонов- рефрижераторов. путеукладчиков и др.). двигатели легкого топлива (мотрисы. мотодрезины, мобильные установки для ремонта железных дорог). В ряде стран на железнодорожном транспорте начина» эксплуатируются двигатели двойного топлива - газсдизели.

В странах Ближнего Востока многим районам присуща гористая местность, велика амплитуда колебаний давления и температуры атмосферного воздуха. К этим сложным режимам эксплуатации особенно чувствительны системы питания двигателей внутреннего сгорания (ЛВС) рельсового транспорта и их пусковой режим работы. Поэтому является актуальной проблема совершенствования характеристик пуска и систем питания ЛВС подвижного состава железных дорог, в том числе и продление срока службы топливной аппаратуры, в частности. путем их приспособления к условиям эксплуатации.

Наряду с этим всегда злободневна задача экономии жидкого нефтяного топлива, что особенно важно для таких крупных дизелей, как тепловозные. В этом направлении представляются актуальной разработка перспективных систем питания тепловозных газодизелей, в том числе с учетом особенностей их эксплуатации. Названные проблемы для условий эксплуатации подвижного состава железных дорог в странах ближневосточного региона практически не исследованы.

| С Счетом перечисленных обстоятельств в качестве объектов исследования избраны силовые агрегаты, используемые на подвижном составе железных дорог Ближнего Востока, а в качестве предметов исследования - системы питания и их работа в процессе запуска ЛВС.: В диссертации решалась также проблема совершенствования характеристик пуска и систем питания тепловозных газодизелей, которые весьма перспективны для использовав в указанном регионе.

ЦЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цздью работы является совершенствование систем питания и пуска двигателей внутреннего сгорания подвижного состава железных дорог ври их эксплуатации в характерных климатических условиях стран Ближнего Востока, а также исследование путей восстановления характеристик топливной аппаратуры дизелей для увеличения ее срока службы.

Для достижения этой цели сформулированы основные задачи работы:

- улучшение процессов пуска дизелей, в том числе имеющих значительный износ как топливной аппаратуры так и цштндро-поршневой группы;

- восстановление скоростных характеристик транспортных дизелей в условиях эксплуатации;

- совершенствование систем питания двигателей легкого топлива автомотрис и другого рельсового транспорта при их эксплуатации в разнообразных климатических условиях;

- разработка системы регулирования топливоподачи двигателя двойного топлива - тепловозного газодизеля - при его эксплуатации в различных климатических условиях.

ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОЛОГИИ, МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРЕДМЕТА И ОБЪЕКТА

Методологической основой исследования, является концепция целостного, системного подхода к решению проблемы комплексного совершенствования показателей силовых установок подвижного состава железных дорог при их эксплуатации в различных климатических условиях. Исследования базировались на теории двигателей внутреннего сгорания, автоматического регулирования, теории систем питания, использовании современной вычислительной техники. Достоверность научных результатов диссертации подтверждается удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментальных данных, что обусловлено соответствием принятых допущений характеру решаемых задач, обоснованным выбором методики и оборудования для проведения испытаний.

ОБОСНОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРАКТИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО НАУЧНОЙ НОВИЗНЫ

Теореммеская иртюсаь исследования заключается в создании эффективной методики определения оптимального закона изменения пусковой подачи топлива дизелей подвижного состава железных дорог. Обоснована структурная схема оптимального регулирования соотношений газообразного и жидкого топлив тепловозного газодизеля. Выведены уравнения, позволяющие связать оптимальный уровень топлива в поплавковой камере карбюратора с климатическими условиями эксплуатации силовых агрегатов рельсового транспорта.

Прагаяргесюя давность диссертации состоит в разработке корректора пусковой подачи в зависимости от атмосферных условий, позволяющего повысить надежность и ускорить процесс пуска, сократив при этом дымление дизеля при пуске, уменьшить износ элементов системы пуска.

Проведенные экспериментальные исследования позволили разработать мероприятия по восстановлению пусковой подачи и скоростных характеристик транспортных дизелей в эксплуатации.

Разработанные устройства для двигателей легкого топлива подвижного состава железных дорог повышают их экономические и экологические показатели при эксплуатации в различных климатических условиях.

Выработанные рекомендации по результатам исследований, позволяют повысить технико-экономические показатели двигателей тепловозов и других мобильных установок железных дорог в эксплуатации.

Научная вовизва работ: Выявлен оптимальный закон изменения пусковой подачи топлива транспортного дизеля в зависимости от климатических условий. Создана математическая модель корректора пусковой подачи топлива в зависимости от климатических условий эксплуатации ДВС. Разработана методика определения оптимальных параметров корректора цикловой подачи топлива при пуске. Разработано устройство для повышения эффективности пуска дизелей на которое получено положительное решение на выдачу патента. Получены новде данные, позволяющие расширить способы восстановления

пусковой подачи и скоростных характеристик транспортных дизелей, находящихся в эксплуатации. Для двигателей легкого топлива мобильных установок железных дорог, имеющих распространение в странах Ближнего Зсстока, разработана адаптивная к климатическим условиям система коррекции топливоподачи.

Для тепловозного газодизеля разработана адаптивная к климатическим условиям система автоматического регулирования оптимального соотношения газообразного и жидкого тошшв при непосредственной подаче газа з цшишдр с помощью предложенной в диссертация газовой форсунки с электронным управлением.

УРОВЕНЬ РЕАЛИЗАЦИИ, ВНЕДРЕНИЯ НАУЧНЫХ РАЗРАБОТОК

Полученные з работе результаты исследований используются на предприятиях г. Луганска; ХК "Лугансктепловоз", АШ "Совтраксав-то". а также легли в основу хозяйственного договора с АШ по обслуживанию газопроводов, используются в учебном процессе кафедры но дисциплинам "Системы ДВС", "Ремонт и техническое обслуживание ЛВС", при подготовке заданий для курсового и дипломного проектирования.

На основе результатов исследований разработаны рекомендации по восстановлению и совершенствованию характеристик пуска и систем питания двигателей тепловозов и других мобильных установок железных дорог.

ИЙОРМАЩШ ОБ АПРОБАЦИИ И ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ, СТРУКТУРЕ И ОБЪЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Апробация рзбот. Основные результаты выполненной работы доложены и одобрены на научно-технических конференциях: 5-й международной конфере!щии "Проблемы развития локомотивостроения", Алушта, 1995; первом и втором республиканских научно-технических семинарах по улучшению показателей тепловых двигателей и ресурсосбережению - Мелитополь, 1995-1096; Международной научно-практической ¿конференции "Автоматизация проектирования и производства изделий в машиностроении" - Луганск, 1996; Международ-

- ? -

вой научно-технической конференции "Современные проблемы машиностроения и научно-технический прогресс" - Донецк, 1996; IX Международной конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта" - Днепропетровск, 1996, а также научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Восточиоук-раинского университета (1994-1895г.г.), научных семинарах и заседаниях кафедры ЛВС и локомотивостроения Восточноукраинского государственного университета.

РуЯлияащц. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 работ, в которых раскрыто основное содержание диссертации. Список опубликованных работ по теме диссертации приведен в конце автореферата.

Ощуядура ц обзом раДоии. Диссертация состоит ив введения, четырех глав, заключения, списка литературных источников и приложения. Основной текст диссертации содержит 125 страниц машинописного текста, 10 таблиц и 35 рисунков. Библиография включает 127 источников.

ДЕКЛАРАЦИЯ ЛИЧНОГО ВКЛАДА ДИССЕРТАНТА В РАЗРАБОТКУ НОВЫХ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ, ВЫНОСИМЫХ НА ЗАЩИТУ

Диссертантом лично разработаны: 'конструктивная схема корректора оптимальной пусковой лодачи топлива транспортных дизелей; проведено расчетно-теоретическое исследование для определения оптимальных конструктивных параметров корректора; разработано устройство для облесения пуска изношенных дизелей.

Лично автором Проведены экспериментальные исследования способов восстановления характеристик топливной аппаратуры в процессе эксплуатации.

Диссертантом лично разработана принципиальная схема системы автоматического регулирования оптимального соотношения газообразного и жидкого топлив тепловозного газодизеля, разработано автоматическое устройство для расширения диапазона экономичной работы двигателя легкого топлива в условиях высокогорья и различных температур окружающей среды.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность теш диссертации, сформулированы цель и основные задачи исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе выполнен обзор и анализ работ по современному состоянию исследовании, касающихся совершенствования и восстановления характеристик топливной аппаратуры транспортных двигателей, нашедших отражение в работах таких ученых, как Л.В.Астахов, С.И.Барсуков, М.М.Вихерт, А.н.Голубков, Е.Е.Косов, М.Г.Круглов, В.И.Крутов, В.Д.Кузьмич, А.А.Куриц, А.С.Лшевский,

A.С.Орлин, Г.Б.Розенблит, Ю.В.Свиридов, Э.Д.Тартаковский,

B.И. Трусов, В.Н.Файнлейб, Ю.Я.Фомин, М.С.Ховах, А.З.Хоыич, Н.К.Екжотов и другие. В результате выполненного обзора можно сделать ряд обобщений. В частности, для тепловозных дизелей, направления современных исследований связаны с решение« задач: снижение частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода; отключение на этом режиме части цилиндров; дозирование цикловой подачи топлива одновременно по началу и концу подачи с учетом особенностей тепловозной характеристики двигателя; применение двойного впрыска; использование топлив с различной вязкостью, в том числе тяжелых топлив; применение автоматических корректоров топливоподачи; перевод тепловозных дизелей на работу по газсаеидкостному циклу; совершенствование конструкции устройств автоматики, учитывающих параметры двигателя, его систем и окружающей среды.

Отмечено, что одна из важнейших проблем расширенного применения газа в ИВС - создание газодкзелей для магистральных и маневровых тепловозов с целью газификации железнодорожного транспорта. В этом направлении уже сделаны практические шаги, например на ХК "Лугансктешювоз" изготовлены три опытных тепловоза с геводизелями.

Ка основе выполненного анализа состояния работ по теме диссертации поставлены конкретные задачи исследования, основные из которых приведены б начале автореферата.

Вшорзя глава посвящена разработке устройств для улучшения процессов пуска и питания двигателей подвижного состава железных

дорог.

Согласно известным экспериментальным данным существует оптимальная величина пусковой подачи топлива, при которой время пуска минимально. В работе предлагается устройство для улучшения пусковых качеств дизелей в различных климатических и высотных условиях. Главной задачей было поставлено обеспечение оптимальной величины пусковой подачи топлива.

Устройство системы коррекции, обеспечивающей изменение цикловой подачи топлива при пуске дизеля в соответствии с условиями окружающей среды, показано ка рис.1. Полость 1 герметично изолирована от атмосферы и при сборке заполнена сухим воздухом. Корпус корректора выполнен из теплопроводного материала.

Работа корректора пусковой подачи заключается в следующем. В случае изменения плотности атмосферного воздуха рычаг 7 занимает установленное место для нормирования перемещения рейки топливного насоса при пуске. Тем самым отмеряется оптимальная при данных атмосферных условиях цикловая подача топлива при пуске.

Запуск дизеля может быть затруднен или невозможен не только по параметрам топливной аппаратуры, но и из-за существенного износа цилиндро-поршневой группы. Поэтому было также разработано устройство, которое предназначено для улучшения пусковых качеств изношенных предкамерных и вихрекамерных дизелей, которыми оснащена часть подвижного состава, используемого на железных дорогах Ближнего Востока.

Разнообразие типов ДВС, используемых на рельсовом транспорте ближневосточного региона, повлекло за собой решение задачи совершенствования систем питания двигателей легкого топлива мот-рис при эксплуатации в разнообразных климатических условиях.

С этой целью разработана система автоматической коррекции состава смеси, приготовляемой главной дозирующей системой карбюратора в зависимости от давления Рэ и температуры Тб воздуха в поплавковой камере карбюратора. Путе* ¿ены некоторых деталей базового образца на оригинальные, карбюратор оснащается системой коррекции состава смеси.

| Принцип действия разработанной с -емы коррекции состава ¿меси - изменение уровня топлива в пои -ковой камере (Но) в зависимости от параметров Рэ и Т$. В качестве поплавка использоесШ

!

Рисунок.1. Схема корректора пусковой подачи топлива для транспортных дизелей

1- герметичная полость; 2- атмосферная камера; 3 - шток; 4 - регулировочная пружина; б - регулятор; 6 - ТНВД; 7 - рычаг; 8 - измеритель; 9 - рейка; 10 - наконечник.

заполненный сухим воздухом герметичный сильфоя. Параметры силь-фона при заданном месте его креплениг на рычаге поплавка дсшшы Сыть выбраны определенным образом, для чего необходимо выполнить соответствующие расчеты. Выведены расчетные уравнения:

6в \2 Рв О

•] - к---AWi2 •«;+!)

■/¿г) 2

Но - -

Тт

Gb

, /о f K-Pb-AW^.U+D u)

Lo-p^-fx-^/ 2-рт ^--- <■ Тт-HoJ

которые позволяют смоделировать характеристики карбюратора.

Весьма перспективным для условий Ближнего Востока является использование на подвижном составе газо,чизеля. Поэтому в настоящей работе предложена топливная система газодизеля с автоматическим регулированием соотношений жидкого топлива и газа. В ваг „ висимостя от положения рейки топливного иасоса частоты вращения двигателя, параметров атмосферного воздуха и других параметров вырабатывается сигнал, пропорционально которому подается газообразное топливо через управляемую газовую форсунку, которая разработана для подачм газа как низкого так и высокого давлений.

Количество газа определяется продолжительностью открытия газовой форсунки Y:

Y - Kh*(h-hH) + Kn-n Ki-Di+...+ Ki*Dt, где Kh, Ил, Hi - постоянные коэффициенты; h - перемещение рейки топливного насоса, отсчитываемого от определенного положения hn, с которого начинается работа двигателя по гашккдкостному циклу; n j - частота вращения ДВС; Di - ивменешм продолжительности открытия клапана при воздействии корректирующих сигналов.

На всех установившихся режимах газодизеля оптимальное сося-

ношение газообразного и жидкого тошшв обеспечивается штатным регулятором частоты вращения с изменяемым передаточным отношением между муфтой измерителя или штоком сервомотора и рейкой ГНВД. При известном отношении геометрических параметров регулятора K-H/Le величина хода Хг штока тягового реле для перевода двигателя на работу по гааодизельному циклу определится следующим образом:

1 + 1/К

Хг ----Н-Ь,

K/(N - 1) - 1

где N - величина обратная максимальной доле Банального топлива от номинальной подачи дизельного топлива на номинальном режиме; b - 0.8-0.9 - коэффициент запаса запального топлива.

Проведенные испытания дизель-генератора ДГ-50 маневрового тепловоза с подачей на впуске газообразного топлива показали, что при использовании данного газодизеля достигалась экономия жидкого нефтяного топлива до 50Z, Отмечено увеличение эффективного к.п.д. газодизеля по сравнению с дизелем на V и VI позициях контроллера.

Третья глава посвящена теоретическим исследованиям корректора пусковой подачи топлива в зависимости от параметров окружающей среды.

Для обеспечения эффективности работы корректора пусковой подачи топлива конструктивные параметры последнего должны быть выбраны должным образом. Разработана методика выбора основных параметров корректора пусковой подачи топлива, которая предусматривает: выбор оптимального закона изменения пусковой подачи топлива в зависимости от метеорологических условий и высоты местности над уровнем моря; переход от величины пусковой подачи к перемещении рейки топливного насоса высокого давления на основе имеющихся экспериментальных данных; математическое моделирование работы корректора; проведение серии расчетов для выбора таких параметров корректора, при которых полученный закон изме-

нения пусковой подачи топлива наиболее точно соответствует оптимальному вакшу изменения пусковой подачи.

В данной работе применена методика определения оптимального закона изменения пусковой подачи топлива, основываясь на требовании теоретически наивыгоднейшего значения коэффициента избытка воздуха (вол) при пуске дизеле в различных климатических условиях, сохраняя в то же время возможность отступления от названного гакона в связи о получением новых экспериментальных данных об оптимальных величинах пусковой подачи топлива.

Математическая модель работы корректора включает уравнение статического равновесия штока измерителя, уравнение состояния гага (воздуха) внутри герметичной полости измерителя и зависимость изменения объема герметичной полости 1 от перемещения штока 3 (см.рис.1):

/ Р-Г - Ро-Р + Са-Х + Б | Р-У - б-К-Т V - Уо + а-Х,

В исходных уравнениях математической модели приняты следующие обозначения: Г - площадь сечения_мембрани; С - жесткость пружин и мембраны; 5 - усилие предварительной гатяжки пружины; а - коэффициент пропорциональности изменения объема замкнутой полости измерителя в зависимости от перемещения штока.

Перемещение штока измерителя в зависимости от атмосферных условий выражается квадратным уравнением, коэффициенты которого:

а-С С а-(Ро«-3/Т) А - - ; В - — +--;

Г-Уо Р Уо

Б Кт-Рн-То

Из приведенных выражений видно, что действительный закон изменения пусковой подачи определяется названными коэффициента-

ми, вкачения которых зависят от от параметров окружающей среды Ро и То и конструктивных параметров корректора. Следовательно, выбирая определенным образом названные конструктивные параметры, имеется возможность приблизить действительный закон изменения пусковой подачи топлива к оптимальному. Определено вхкние конструктивных параметров на суммарную ошибку процесса регулирования, которая и служит критерием оптимальности выбранных конструктивных параметроз корректора. После проведения серии расчетов определены оптшзлыыг конструктивные парзметры корректора, при которых его закон изменения пусковой подачи наименьшим образом отличается от наивыгоднейшего для дизеля.

Чеявераая гдааа посвящена восстановлению характеристик топливной аппаратуры дизелей в условиях эксплуатации.

На основе анализа литературных источников и результатов математического моделирования по усовершенствованной методике статического расчета процесса впрыска выявлены направления, по которым следует проводить экспериментальные исследования для восстановления двух важнейших характеристик топливной аппаратуры транспортных дизелей при ее частичном износе - увеличений пусковой подави топлива и обеспечению положительной коррекции скоростной характеристики подачи топлива.

Экспериментально выявлено следующее. По восстановлению пусковой подачи: определено влияние частоты вращения вала двигате-. ля, вязкости топлива, герметичности нагнетательного клапана, давления открытия форсунки и ее пропускной способности, подвижности рейки ГН8Д и ее перемещения при пуске, усадки пусковой : пружину регулятора частоты вращения двигателя. Но восстановлению " скоростной характеристики: определено влияние затяжки пружины и герметичности нагнатат&льного клапана, ограничения хода нагнета-• тельного клапана, применения ыногорежишюго регулирования, восстановления параметров пружин холостого хода. Некоторые результаты экспериментов представлены на рис. 2, 3, 4.

Для ТНВД дизеля 412/14 при проведении испытаний (рис.2) ис-

л

ММЗ 60

40

¿0

и /00 ¿00 300 Ш 500 ПК)мин

Рисунок 2 - Влияние изиоса нагнетательного клапана на скоростную характеристику ТНВД дизеля 1412/14: 1- нового; 2- среднего износа; 5- предельно изношенного.

. Ш г00 зоо 400 500 пк,мин1

Рисунок 3 - Скоростные характеристики ТНВД дизеля 14 12/14 при различных давлениях (РФ; начала открытия форсунки и герметичности нагнетательного клапана

V«,

мм3

60

ЬО

го

tT"17QC

tr'30T

t- ТОТ

-1

100 ¿00 300 Ш 500 Г^,мин

Рисунок 4 - Влияние температуры топлива (tT) на скоростную характеристику ТНВД дизеля 14 12/14 (L-29.1 им)

% мм3

ео so 40 30 20

4 "ТП

Z

еоо

sao

ЮОО 1200 1400 nK,MUtf1

Рисунок Б - Результаты экспериментального восстановления скоростной характеристики ТНБД "Avia" 1- требуемая характеристика; 2- изношенный плунжер; 3- изношенный с перерегулировкой подачи до нормы при Ме шах; 4- изношенный плунжер, с увеличенным активным ходом и с ограничением подъема нагнетательного клапана.

пользовались 3 нагнетательных клапана различного износа. Увеличение цикловой подачи топлива при пус-се в случае замены средне-изношенного по уплотняющему конусу нагнетательного клапана на нормальны)) составило 102 при нормальной величине давления начала открытия форсунки Рф-15 МПа.

Величина цикловой подачи топлива данного ТНВД зависит, также, от давления начала открытия иглы форсунки. Причем названная зависимость усиливается при потере герметичности нагнетатёльного клапана. При оснащении ТНВД нормальным клапаном сняты скоростные характеристики насоса при различных значениях Р®. Совместное влияние потери герметичности нагнетательного клапана и предварительной затяжки иглы форсунки показано на рис.3. При увеличении Рф с 15 до 19 МПа пусковая подача при изношенном клапане уменьшилась уже более чем в 3 раза. ' Увеличение пусковой -подачи при изменении Р* от 19 МПа до 15 МПа при нормальном состоянии нагнетательного клапана составило 38Z. Для ТНВД. имеющих меньший диаметр плунжера, эффект от восстановления герметичности нагнетательных клапанов достигает ЗОХ при прочих равных условиях. В этом случае возрастает остаточное давление в трубопроводе высокого давления, существенно повышаются максимальное и средние давления впрыска при пусковых частотах вращения вала насоса высокого давления. При должном положении рейки ТНВД именно это и предопределяет возрастание пусковой подачи топлива.

Проведенные в процессе выполнения диссертационной работы опыты показывают, что среди изношенных насосов наиболее чувствительными к снижению вязкости топлива являются ТНВД роторного типа фирм "CAVY'Rotodizel" и подобные mi, а также распределитель*

mie ТН типа VE фирмы "Bosh" для 5-ти - б-ти цилиндровых дизелей.

I

В; этих случаях происходят отказы запуска прогретого дизеля, а при пуске холодного двигателя отказов не наблюдается. Для ТНВД дизеля 1412/14 проведены сравнительные испытания по снятию ско-

■ I

ростных характеристик при температурах топлива на входе насоса 30° и 70°С при номинальном положении рейки. Данные эксперимента

Приведены на рис.4.

Экспериментально восстанавливалась внешняя скоростная характеристика ТНВД "Avia", имеющего близкий к предельному износ плунжерных пар путем увеличения активного хода плунжера, доработкой двухрежимного регулятора, введения корректирующих воздействий со стороны нагнетательного клапана. В качестве корректирующих воздействий на скоростную характеристику топливного насоса со стороны нагнетательного клапана применялись следующие: изменение жесткости пружины нагнетательного клапана, изменение предварительного натяга пружины, ограничение максимального хода нагнетательного клапана. Наибольший эффект получен от ограничения хода клапана (рис.5).

Полученные в результате экспериментальных исследований данные позволяют ожидать, что для значительной части топливной аппаратуры дизелей представляется возможным увеличить срок службы до капитального ремонта при сохранении приемлемых в эксплуатации показателей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИТОГОВЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ современного состояния исследований по теме диссертации, а также условий эксплуатации рельсового транспорта в странах Ближнего Востока позволил выделить основные особенности, которые должны быть учтены при решении поставленных в настоящей работе вздач. Они связаны' прежде всего с разнообразием типов ДВС, используемых на рельсовом транспорте Ближнего Востока, работающих как на тяжелых фракциях нефти, так и на легких.

Показано, что в перспективе для специфических условий стран Ближнего Востока прогрессивным будет использование газоднзеля на подвижном составе железных дорог. Перевод тепловозных дизелей на работу по газсашдкостаому циклу позволяет подучить существенную экономию жидкого нефтяного топлива, улучшить экологические показатели магистральных и маневровых тепловозов.

Сформулированы также основные направления совершенствования конструкции топливной аппаратуры трагспортных ДВС, в частности, тепловозных дизелей.

2. Разнообразие типов ДВС на рельсовом транспорте стран Ближнего Востока, повлекло ва собой необходимость разработки широкого спектра конструктивных усовершенствований систем пуска и питания двигателей. При этом обоснована необходимость коррекции цикловой подачи топлива в процессе пуска в зависимости от климатических условий и технического состояния двигателя.

Оригинальность ряда конструктивных решений позволила оформит» заявки на изобретения, на часть из которых уже получены положительные решения. Среди основных конструктивных решений можно выделить устройства: для улучшения пусковых качеств дизелей в различных климатических и высотных условиях (корректоры цикловой подачи топлива); для оптимизации состава горючей смеси двигателей легкого топлива при эксплуатации в названных условиях; для оптимального соотношения газообразного и жидкого топлив в raso-дизелях за счет системы автоматического регулирования и злектро-управдяемой газовой форсунки.

3. Теоретические исследования регулятора пусковой подачи топлива в зависимости от параметров окружающей среды позволили разработать методику выбора основных параметров корректора пусковой подачи топлива. При этом подучена закономерность регулирования пусковой подачи топлива в зависимости от атмосферных условий, характеризующаяся наличием оптимума по критерию наименьшего времени запуска.

Разработанная математическая модель корректора пусковой по-

«

дачи топлива и проведенные с ее помощью расчетно-теоретические исследования позволили выбрать такие конструктивные параметры предложенных устройств, при которых действительный закон изменения пусковой подачи в зависимости от атмосферных условий совпадает с оптимальным законом с наименьшей погрешностью.

4. Для двигателей легкого топлива, имеющих большое расл-

ространение на рельсовом транспорте Ближнего Востока, разработана на теоретическом уровне адаптивная к климатическим условиям система коррекции главной дозирующей системы карбюратора. Созданы две конструктивные схемы этой системы применительно к наиболее распространенным типам карбюраторов, которые позволяют приблизить к идеальному действительный закон изменения коэффициента избытка воздуха в зависимости от атмосферных условий.

Это предопределяет повышение экономических и экологических показателей двигателей легкого топлива при эксплуатации в различных климатических условиях.

5. Показано, что наибольшая эффективность применения газожидкостного цикла достигается подачей газообразного топлива непосредственно в цилиндр при обеспечении оптимального соотношения запального жидкого топлива и газа. Это соотношение зависит от режима работы тепловозного дизеля, его теплового состояния и параметров окружающей среды.

С этой целью для тепловозного газодизеля разработана система автоматического регулирования оптимального соотношения газообразного и жидкого топлив при непосредственной подаче газа в цилиндр с помощью предложенной в диссертации газовой форсунки с электронным управлением. Приведенные результаты испытаний тепловозного дизеля, работающего по газожидкостному циклу, показали целесообразность такого направления научно-исследовательских и конструкторских работ.

6. Проведенные экспериментальные исследования показали, что основными причинами ухудшения характеристик топливной аппаратуры в эксплуатации являются: износ плунжерных пар; снижение остаточного давления в нагнетателе трубопроводе из-за износа запорного конуса нагнетательного клапана; усадка пусковых пружин; уменьшение геометрического выхода рейки ТШД на пусковой подаче; нарушение параметров подкачивающего насоса и систем развоздушивания ТНЗД.

V. На основе теоретических и экспериментальных исследований

разработаны мероприятия то восстановлению пусковой подачи транспортных дизелей, находящихся в эксплуатации, основные из которых следующие: увеличить выход рейки (дозатора) ТНВД при пусковом режиме как за счет геометрических размеров, так и за счет восстановления жесткости пусковых пружин; восстановить герметичность запорного конуса нагнетательного клапана; снизить до допустимых пределов давление начала открытия форсунки; применять при работе в жарком климате топлива с увеличенной вязкостью; повысить частоту вращения коленчатого вала при запуске двигателя в холодное время: обеспечить герметичность системы питания и системы раз-воздушивания. Эффект по восстановлению пусковой подачи топлива мотет достигать в ряде случаев 502.

Для восстановления скоростной характеристики транспортного дизеля необходимо: применить разработанный в настоящей работе нагнетательный клапан с ограничением хода; скорректировать параметры регулятора, применить многорежимное регулирование; при наличии штатного корректора выполнить его оптимальную регулировку; восстановить жесткость пружины холостого хода; увеличить геометрическое перемещение рейки (дозатора) ТКБЯ в диапазоне регулирования режима холодного хода; после названных мероприятий восстановить значение цикловой подачи топлива на режиме максимального крутящего момента; обеспечить параметры системы топливоподкачи-вающего насоса.

8. Повышение технико-экономических показателей тепловозных и других транспортных двигателей при эксплуатации в различных климатических условиях представляется возможным с помощью применения корректора пусковой подачи топлива (с целью повышения надежности и ускорения запуска, снижения на этих режимах вредных выбросов двигателя в атмосферу, уменьшению износа системы пуска); применения для повышения эффективности пуска дизеля устройство по положительному решению о выдаче патента на изобретение по заявке N95020785.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ, ОТРАШВДХ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

1. Саад А.Х., Рыбальченко А.Г., Тырловой С.И. Управление системой питания тепловозных и стационарных дизелей, работавших по газожидкостному циклу. Вестник Восточноукраинского государственного университета i i Ивд-во БУГУ. Сер. Транспорт. 1996. -с. 32-38.

2. Положительное решение N606 от 14.01.07 по заявке N95020785. Дизель и способ его запуска / А. Г. Рыбальченко, А.Х.Саад, С.М.Тырловой, И.П.Васильев; ВУГУ - Заявлено 21.02.19S5.

3. Рыбальченко А.Г., Тырловой С.М., Саад А.Х.. Аль-Авар И.С. Математическая модель неустановившихся режимов работы тепловозного дизеля с системой рециркуляции отработавшх газов. Деп. в ГНТВ Украины 03.01.96, И75-Ук95.

4. Саад А.Х., Рыбальченко А.Г., Тырловой С.И., Бутурлин П.Я. Система оптимальной подачи в цилиндр дизеля rasa и жидкого топлива. Деп. ь ГНТВ Украины 10.01.95, К87-Ук95.

5. Саад А.Х., ййальченко А.Г., Тырловой С.И. Система ко(>-рекции состава смеси карбюраторного двигателя в зависимости от давления и температуры воздуха на впуске. Деп. в ГНТВ Украины 25.01.95, И205-УК95.

6. Саад А.Х. Корректор пусковой подачи топлива транспортного дизеля. Деп. в ГНТБ Украины 01.06.95, N1390-Ук95.

V. Стсрчеус Ю.В., Саад А.Х. Некоторые результаты исследования токсичности двигателя маневрового тепловоза. Дел. в ГНТВ Украины 21.02.96, N5Sl-yK96.

8. тырловой С.а., Саад А.Х., Аль-Авар И.С., Сторчеус Ю.В. Экспериментальное исследование способов восстановления характеристик топливной аппаратуры дизелей в эксплуатации. Восточно-укр.гос.ун-т. •• Луганск, 1996.- 10 С. Деп.-„в УкрИНТЭИ 25.10.06, N78 - Укбб.

9. Саад А.Х. Система питания ¡Гаасадшкостного тепловозного

дизеля. Tes. дока. 5-й международной конференции "Проблемы развития локоыотквостроения", Луганск, БУГУ, 1995 - с.30-31.

10. Рыбальченко А.Г., Саад А.Х.. Тыриовой С.И. Улучшение эксплуатационных и экологических показателей транспортных двигателей при работе в различных климатических условиях. Tes. докл. первого республиканского научно- технического семинара по улучшению показателей тепловых двигателей и ресурсосбережению. - Мелитополь, ТГАТА, 1995 - о.23-24.

11. Саад А.Х. Совершенствование конструкции карбюратора автомобильного двигателя. Тез. докл. международной научво-технической конференции "Современные проблемы машиностроения и научно-технический прогресс" - Донецк, ДонГТУ, 1098.- с.199.

12. Рыбальченко А.Г., Саад А.Х., Тырловой С.К. Разработка корректора пусковой подачи дизеля при работе в различных климатических условиях. Тез. докл. Международной научно-практической конференции "Автоматизация проектирования и производства изделий в машиностроении" - Луганск: ВУГУ, 1996 - с. 30.

13. Рыбальченко А.Г., Саад А.X., Сторчеус Ю.В. Экспериментальные исследования путей совершенствования пусковых характеристик ТНВД. Тез. докл. второго^ республиканского научно-технического семинара по улучшению показателей тепловых двигателей и ресурсосбережению. - Мелитополь, ТГАТА, 1996 - с.3-4.

14. Саад А.Х., Сторчеус Ю.В. Математическая модель процесса впрыска топлива. Тез. докл. Международной научно-практической конференции "Автоматизация проектирования и производства изделий в машиностроении" - Луганск, ВУГУ, 1996 - с.224.

16. Саад А.Х., Головинов Г.Г. Повышение эффективности тяговых приводов. Тез. докл. IX Международной конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта" - Днепропетровск: ДГТУЖТ, 1996.- с.240-241.

ABSTRACT

Saad А.К. Improvement of the characteristics,of starting and supplying systems of rail transport power plants for the Near East conditions.

Dissertation on the competition of the candidate of the technical sciences for speciality 05.22.07 - rolling stock of the railways and the train tractions, East-Ukrainian State University, Lugansk. 1997.

15 scientific works Including one positive resolution of patent delivery containing theoretical ground, theoretical and experimental i-esults of research m?ans of restoration and improvement starting and supplying systems of rail transport engines are defended. Diesel correctors of starting fuel supply analytical models adaptive for climatic conditions and engine altitude-temperature corrector of light fuel have been built. Structural scheme end elements of optimum regulation fuel supplying of locomotive gas-dlesel engine has been offered. Method and means of restoration characteristics of fuel-injection equipment by transport plants dieseis have been realized.

АННОТАЦИЯ

Саад A.X. Совершенствование характеристик пуска и систем питания силовых агрегатов рельсового транспорта для условий Ближнего Востока.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.07 - подвижной состав желевных дорог и тяга поездов. Восточноукраинский государственный университет, Луганск, 1997.

Защищается 15 научных работ, в том числе одно положительное решение о выдаче патента, содержащие теоретическое обоснование, теоретические и экспериментальные результаты исследования способов восстановления и совершенствования систем пуска и питания двигателей рельсового транспорта. Построены аналитические модели адаптивных к климатическим условиям корректоров пусковой подачи топлива дизелей и высотно-температурного корректора двигателя легкого топлива. Предложены структурная схема и элементы системы оптимального регулирования топливоподачи тепловозного газодизе-дя. Реализованы методика и способы восстановления характеристик топливной аппаратуры дизелей транспортных установок.

КЛЮЧОВ1 СЛОВА: Тепловое, силовий пристр1й, газодизель, па-дивна апаратура, рейковий транспорт.