автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование метода функционального диагностирования тракторных двигателей на основе перераспределения цилиндровых нагрузок

" о о ^

¿СЕСОЮЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ИМЕНИ В.И.ЛЕНИНА

Сибирское отделение

Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства

На правах рукописи

СТЕПАНОВ. Николай Васильевич

УДК 631.572:621.456.001.4(043.3)

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЦИЛИНДРОВЫХ НАГРУЗОК

Специальность 05.20.03 - эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 1990

Работа выполнена в Иркутском ордена Дружбы народов сельскохозяйственном институте

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Терских И.П.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Лившиц В.М.

- кандидат технических наук, старший преподаватель Пашко И.А.

Ведущее предприятие - Иркутское областное

агропромышленное объединение

Защита диссертации состоится " 3 " ¿1-1- -¿•Я-1990 г. на заседании специализированного совета Д.020.03.01 при Сибирском научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства ( СибИМЭ ) по адресу: 632128, Новосибирская область, п. Краснообск, СибИМЭ СО ВАСХНИЯ.

Отзыв на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять в адрес спецсовета СибИМЭ

Автореферат разослан » 1990

г.

Ученый секретарь специализированного совета

А.К. Туров

• с».

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

' Актуальность темы. Успешное выполнение Продовольственной программы СССР по обеспечению населения продуктами питания, а промышленности - сырьём во многом зависит от внедрения новейших достижений науки и техники, эффективного использования созданного производственного потенциала и ресурсов, выделяемых агропромышленное комплексу.

Опыт эксплуатации показывает, что энергетический запас машинно-тракторного парка реализуется ещё не полностью. Значительное количество тракторов работает с заниженными значениями мощности и ухудшенными показателями топливной экономичности.

Из-за недостаточного оснащения хозяйств мощными тормозными стендами и необходимости применения простых и доступных средств диагностирования, возникает целесообразность дальнейшего совершенствования метода функциональной диагностики энергонасыщенных тракторов. При этом практический интерес и актуальность представляет формирование нагрузочного режима перераспределением цилиндровых нагрузок с догрузкой маломощными стендами или гидроприводом трактора.

Работа выполнялась согласно решения проблемы на тему: "Разработать комплекс мероприятий, направленных на повышение производительности сельскохозяйственной техники, путём рациональной организации использования, технического обслуживания, внедрения технической диагностики и применения комбинированных агрегатов ( № гос. регистрации 01816007814 )" а также в соответствии с программой научно-исследовательской работы, выполняемой Иркутским СХИ по постановлению Иркутского бюро ОК КПСС, облисполкома и президиума СО ВАСХНШ1 № 454/88 от 16.07.1984 г.

Цель настоящего исследования - повышение эффективности эксплуатации энергонасыщенных тракторов за счёт применения метода функционального диагностирования двигателей способом перераспределения цилиндровых нагрузок с догрузкой в ремонтных предприятиях маломощными тормозными установками, а в полевых условиях дросселированием масла в гидроприводе.

Объект исследования - процесс формирования нагрузочного цикла при функциональном диагностировании дизельных двигателей.

Научная новизна заключается в разработке теоретических

положений по оценке возможных и обоснованию рациональных вариантов перераспределения цилиндровых нагрузок для функционального диагностирования двенадцатицилиндровых двигателей, получении универсальных расчетных формул по формированию нагрузочных циклов и результатов диагностирования. Предложен методический подход в выборе совмещенных режимов. Исследована применимость предохранительно-перепускной системы гидрораспределителя для организации регулируемого нагрузочного цикла. Уточнены составляющие регулируемой, нерегулируемой нагрузки и коэффициент пропорциональности "а" 'зависимость между нагрузкой на двигатель по тормозу и давлением дросселирования масла в гидроприводе). Получены их соответствующие функциональные связи. Выявлен эффективный способ прогрева двигателя перед диагностированием.

Практическая значимость работы в том, что разработанный и апробированный, простой и оперативный метод функционального диагностирования многоцилиндровых двигателей может широко использоваться в практике эксплуатации и ремонта энергонасыщенных тракторов.

Реализация результатов исследования. Разработанный метод и технология функционального диагностирования тракторов "Кировец" одобрены на заседании НТС Госкомсельхозтехники РСФСР (протокол № 14 от 21 ноября 1985 года), прошли производственную проверку и внедряются Шелеховским специализированным тракторо-ремонтным заводом м/о "Иркутскагроремонт", станциях ТО и ремонтных предприятиях хозяйств и районов Иркутской области, а также приняты к использованию Одесским филиалом НАТИ.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Иркутского СХИ в 1983-1989 гг., а также вузов г.Иркутска (1983 г); двух научно-практических конференциях молодых уччных и специалистов г.Иркутска ( 1983 г. ); расширенном заседании кафедры Эксплуатации МТП Ленинградского СХИ (1983 г.); научно-техническом семинаре по совершенствованию методов и средств ТО и диагностики с.-х. техники, г.Иркутск (1984 г.); Всесоюзной межотраслевой научно-технической конференции, г.Ленинград (1985 г.); заседании секции ремонта и технического обслуживания МТП колхозое и совхозов научно-технического совета при Госкомсельхозтехнпке РС4СР,

г.Москва (1985 г.); III всесоюзной научно-технической конференции по диагностике автомобилей, г. Улан-Удэ (1989 г.).

Публикация. По материалам диссертации опубликовано 8 работ общим объемом 1,1 печатных листа.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы (190 наименований) и приложений. Содержит 105 страниц машинописного текста, 44 рисунка и 15 таблиц..

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении и первой главе обосновывается актуальность темы диссертации, излагаются общие положения, которые выносятся на защиту.

Вопросы технического диагностирования рассматривали Л.Е. Агеев, В.А.Аллилуев, В.И.Вельских, Г.В.Веденяпин, Б.И.Гусев, Н.С.Н(дановский, Ю.А.Зуев, С.А.Иофинов, В.И.Кирса, В.М.Лившиц, Г.П.Лышко, А.Х.Морозов, В.М.Михлш, В.М.Натарзан. А.В.Николаен-ко, И.П.Полканов, Б.С.Свир'цевский, А.Б.Сегал, К.Ю.Скибневский, И.П.Терских, Г.Е.Топилин, В.А.Улитовский, В.И.Фортуна и др.

Установлено, что своевременность функционального диагностирования способствует: повышению производительности агрегатов; увеличению долговечности, экономии горюче-смазочных материалов; снижению потребности в технике, механизаторских кадрах; улучшению качества механизированных работ, ограничению вредного воздействия на экологию и здоровье человека.

Анализ методов и средств определения мощностных и топливных показателей позволил сделать вывод о том, что при переводе производства на новые методы хозяйствования и Формы организации труда возникает необходимость разработки и совершенствования более экономичных методов и средств Функционального диагностирования двигателей. Одним из таких является метоп, где формирование нагрузочных режимов осуществляется перераспределением цилиндровых нагрузок с различными вариантами догрузки. Однако не изучена применимость метода для трактора K-70I, имеющего свои конструктивные особенности. Отсутствует теоретическое обоснование процесса формирования нагрузки, оценка вариантов перераспределения цилиндровых нагрузок и универсальные расчетные формулы результатов диагностирования.

4

При создании гидродогрузки использовались только внешние гидродогружатели. Неизвестны параметры нагрузочных и тепловых характеристик гидропривода. Не рассматривался вопрос тепловой подготовки двигателей к парциальным испытаниям. Для выключения подачи топлива на насосах с боковым отводом топлива нет эффективной конструкции выключателей.

Исходя из анализа изучаемого вопроса задачами исследования являются:

1) выявить необходимость и возможность использования методов функционального диагностирования тракторных двигателей в производственных условиях.

2) Обосновать рациональные варианты перераспределения цилиндровых нагрузок и их применимость для функционального диагностирования двенадцатицилиндрового двигателя с догрузкой в условиях ремонтных предприятий тормозом, а в полевых с использованием "встроенного" догрузочного устройства (предохранительно-перепускной системы гидрораспределителя).

3) Усовершенствовать метод и разработать технологию парциальных ис.мтаний тракторных двигателей в условиях эксплуатации и ремонта.

4) Проверить усовершенствованный метод и его возможные варианты на практике, определить экономическую эффективность применения и разработать рекомендации производству.

Во второй главе "Теоретические предпосылки по совершенствованию метода функционального диагностирования двигателей на основе перераспределения цилиндровых нагрузок" приводятся аналитическое описание процесса формирования нагрузочного цикла, расчётные формулы оптимального количества догрузок и коэффициента равномерности чередования рабочих ходов при работе дизельного двигателя в режиме перераспределенных цилиндровых нагрузок. На основании структурного анализа взаимодействия элементов трактора "Кировец" определены составляющие нерегулируемой нагрузки для случая диагностирования двигателя в эксплуатационных условиях.

Полученная ранее на кафедре ЭМТП Иркутского СХИ методом математической ивдукции обобщающая форцула парциальных испытаний следующего вида

имеет практическое значение. Однако её использование для вариантов совмещённых режимов затруднено. Кроме этого,она не учитывает нагрузку от дополнительных нерегулируемых сопротивлений (вентилятора, редуктора насоса и др.), а также возможные вариации мощности механических потерь в каждом цикле.

Нами предлагаются универсальные аналитические зависимости процесса формирования нагрузочных режимов двух видов в оценке мощноетных показателей данным методом. Они приемлемы для каждого варианта на двигателях с любым количеством циливдров. При этом индикаторная -А/ь , эффективная _А/е мощности рассчитываются одним из следующих способов:

/ - при известной мощности механических потерь двигателя УУМ (по эталонным характеристикам);

- при неизвестной .А/м (способ совмещённых режимов).

Объединяя в виде системы частные уравнения баланса мощности, представляющие работу двигателя с группой выключенных цилиндров, получим описание законченного цикла испытаний:

Ла-ар . ♦АЙйг. .Мй-

.«Аг. ~Ш1)п -Ып- .ТЛнШУ-

............. ( 2 ),

мк+ .*А-. .-маг. гМА- -ц'пЮп-МмШ

К |

где - соответственно мощность ивдикаторная,

мощность механических потерь одного работающего циливдра и мощность механических потерь одного выключенного цилиндра; П. и п' -условный порядковый номер работающего и выключенного цилиндра.

Если в каждом из частных уравнений (2) сочетается одинаковое число работающих цилиндров, то решение системы примет вид: К к К /

Шг-28)*К-2рШ)-К-2р-Ш1)'К-2М4) ( з )

После преобразований: деления на К и 2?р , умножения на £ , а также использования баланса мощности двигателя, записан-

ного для тормозного режима в общем виде

М-Ме-М* (4)'

получим универсальную обобщающую форлф'лу для определения -Л/е:

где Мм - мощность механических потерь двигателя в нерабочем режиме ( режим прокручивания ).

Для получения формул индикаторной мощности возможны два варианта: / ;

а) когда Лм =Л» (по ГОСТ); .6) N¡4 ^ А1м . Подстановка ( 5 ) в баланс ( 4 ) даэт формулы её определения

в первом случае

во втором

Уравнение для .Л'мвыводим из ( 5 )

С б );

( ? )

Мм= - фь 1М?£-гв) с 8 )

Учитывая, что Ми не всегда известна, целесообразно её исключить из формул. Для этого составим систему уравнений из частных решений ( 5 ), записанных для вариантов испытаний с разными сочетаниями работающих и выключенных цилиндров. Решение системы уравнений относительно -Л/е примет вид:

г\/К

( 9 )}

здесь индексы при коэффициентах - условный номер совмещаемых режимов. Соблюдается условие, что ¿Гв^Ивз.

Аналогичны^ решением ( 6 ) и { 8 ) выводятся формулы для определения Ш « К .

М-

м к

-

НгНаг

кг к

(10)

к

( И )

Б случае диагностирования двигателя в .полевых условиях нагрузка на работающие цилиндры формируется л* и другими сопротивлениями от систем и механизмов трактора Мдоп , находящихся с ним в кинематической связи. Если составить систему аналогичную ( 2 ), но с составляющей Мдоп , то в этом случае уравнение для определения Ме запишется так:

12 >

Рассматривая составляющие ( 12 ), видим, что одно слагаемое является регулируемым, т.е. определяемым в( период диагностирования. Другие - нерегулируемые ( _Л/м.не;| = Лдап ). Суммарное численное значение последних зависит от конструкции трактора. На основании функциональной схемы взаимодействия элементов установлено, что в нерегулируемую нагрузку при диагностировании трактора "Кировец" с догрузкой гидроприводом войдут следующие составляющие:

Мя м^М» +Л/вСП +Я-Н +Л/нр +Л/кп ( 13 ),

где

Мм - потери мощности вдаигате^е (механическое трение, вентиляционные потери, обусловленные движением деталей, газодинамические потери, потери в других системах двигателя);_Л/вси мощностьдигзеля, которая расходуется на привод вспомогательного

оборудования (вентилятора УУвен , воздухоочистителя Мвм , глушителя шума и искрогасителя Мвыхл , компрессора Нкон, генераторам/ген ); - потери в редукторе насосов; УУн.р

затраты на холостой привод насоса рулевого управления; Л/к.п -мощность потерь в коробке передач.

Эксплуатационная мощность .Л/е.э определяется на дизеле, оборудованном вентилятором, генератором, компрессором, воздухоочистителем и другим входящим в комплект двигателя оборудо-' ванием. Кроме этого, возможна нагрузка и от других агрегатов.

Учитывая сказанное, уравнение ( 4 ) для тормозного режима нагрузки запишется следующим образом:

/ I

Н'1~Ие.э ф +Мвм +Мшхд +Мгеи +Яком { 14 3 • где $ген,//кон - мощность, потребляемая генератором и компрессором в безнагрузочном режиме их работы.

Если в уравнение ( 12 )л/м записать через разность

и определить Мз он в соответствии с ( 13 ), то после подстановки в кего.С 14 ) и замены суммы:

Мн +/1вен *М&.0+Мвыкп +Мген +Якм

через .Л/м.э уравнение для определения эксплуатационной мощности примет окончательный вид:

■А/е.э = ^М'ю + ^Щн +У4р+.Лкп) ( 15 ),

где - мощность механических потерь двигателя при опреде-

лении эксплуатационной мощности.

Таким образом,в зависимости от вида испытаний численные значения мощности механических потерь двигателя и дополнительных сопротивлений, принимаемые в расчётах, изменяются.

Каждая из составляющих нерегулируемых потерь определяется известными в теории двигателя и деталей машин формулами. Регулируемая нагрузка при формировании нагрузочного цикла с догрузкой тормозом определяется по методике стендовых испытаний, а с догрузкой гидроприводом по полученным ранее зависимостям.

Нормирование нагрузочного цикла выполняется в несколько этапов. Их чи<уш зависит от условий испытаний, возможности До-грузочных средств и равно количеству догрузок К . Для повышения точности диагностирования и обеспечения равномерности

нагружения подшипников коленчатого вала были установлены количественные характеристики возможных вариантов номбинадий работающих и выключенных цилицдров.

При решении вопроса о возможных вариантах перераспределения нагрузок многоцилиндровых двигателей нами применялся комбинаторный анализ. Цилиндры V -образного двигателя были представлены в виде двух пересекающихся подмножеств. Значение К определялось на основании предлагаемой формулы:

к = (1б

ГР

где С - коэффициент кратности, принимающий значения из рада натуральных чисел.

Для снижения неравномерности нагружения подшипников коленчатого вала были введены ограничения на распределение работающих цилиндров между рядами:

( Ям.р - Zpл) -О'Л , (2рл~ Zp.np) =0'А

Равномерность вращения коленчатого вала оценивалась по предложенному нами коэффициенту равномерности чередования рабочих ходов, . Лучшими считаются те, у которых расчётное значение наибольшее, т.е.Ки>£—*••/ . Данный коэффициент вычисляется по следующей формуле:

(IV),

t'lmax

где Ktot - единичный коэффициент равномерности чередования рабочих ходов I - ой комбинации; Cgs - тактность двигателя; °imcL% - максимальный угол следования рабочих ходов в режиме перераспределения цилиндровых нагрузок 6-ой комбинации. Для завершенного цикла испытаний общий показатель равен среднему значению единичных коэффициентов.

Исходя из изложенных теоретических предпосылок, необходимо экспериментально изучить следующие вопросы: варианты функционального диагностирования 12-ти цилиндрового двигателя; составляющие баланса мощности при перераспределении цилиндровых нагрузок; продолжительность дросселирования, как показатель времени диагностирования, по истечении которого температура

достигнет предельной, и её зависимость от режима работы гидропривода; коэффициент пропорциональности "а" и факторы, влияющие на его изменение, а также характер нагрузки при дросселировании масла клапаном гидрораспределителя; тепловую подготовку двигателя к диагностированию.

В третьей главе изложены методические подходы к решению поставленных задач теоретическими и экспериментальными исследованиями в лабораторных и производственных условиях.

В лаборатории эксперименты проводились на смонтированной установке, включающей основные узлы и агрегаты трактора К-701: двигатель ЯМЗ-240Б, гидропривод навесного устройства и рулевого управления, коробку передач. В условиях лаборатории и рядовой эксплуатации использовались полнокомплектные двигатели, а в ремонтных предприятиях двигатели были укомплектованы в соответствии с РТЫ 70.0001.078-82,предъявляемыми на приемо-сдаточные испытания.

Перечень приборов и оборудования измерительного комплекса определен задачами и требованиями по точности измерений параметров (ГОСТ 18509), диагностирования объектов и представлен как простыми приборами, так и сложными электронными, электрическими. Выключение подачи выполнялось специальными выключателями, нами разработанной конструкции, которые не требовали разъединения линии высокого давления.

Тяговые усилия тракторов снимались на барабанном тормозном стенде по технологии ГОСНИТИ. Объем выборки определялся по ГОСТ 27.502-83 для нормального закона распределения. Представительность информации подтверждается случайным отбором объектов испытаний.

Частная методика выбора рациональных вариантов перераспределения нагрузок двигателя ЯМЗ-240Б учитывала V -образное расположение цилиндров и их общий порядок работы.

Матричный способ составления вариантов совмещенных режимов сводился к замене составляющих баланса мощности на условные обозначения ( 0 - цилиндр не работает, = 0; I - цилиндр работает, )•

Характеристика момента механических потерь двигателя в функции от частоты вращения снималась в диапазоне частот соответствующих Птах и Мтах по правилу, изложенному в ГОСТ

18509-80. В точке номинального режима Л» определялась и совмещением вариантов с перераспределением цилиндровых нагрузок. Принудительное включение и выключение вентилятора выполнялось специальным краном, установленным на время испытаний вместо термоэлемента. Степень вариации среднего значения NМ проверялась на специализированном заводе по ремонту тракторов "Кировец" у двигателей, прошедших технологическую обкатку, а также имеющих наработку свыше 100 мото-часов.

Среди факторов, от которых могут изменяться потери в коробке передач трактора, выбраны частота вращения, температура масла и давление срабатывания редукционного клапана.

Применимость клапана в качестве регулируемого дросселирующего устройства ( рис. I ) проверялась по тепловым, нагрузочным характеристикам работы гидропривода и характеру нагрузки. Основными режимами при изучении допустимой продолжительности дросселирования и изменения коэффициента "а" были: частота вращения, давление дросселирования. Значения момента и времени снимали в контрольных точках температуры от 40 до 70°С. Процесс нагрева масла получали на диаграмме прибора КСП-4. В качестве показателей характера нагрузки приняты амплитуда и частота колебаний давления в нагнетательной полости насоса, записанные аппаратурой ссциллографирования.

Рис. I. Схема гидродогрузки двигателя: I - двигатель; 2 - винт клапана гидрораспределителя; 3 - манометр; 4 - гидрораспределитель; 5 - масляный бак; б - указатель температуры; 7 - масляный насос.

При выявлении эффективного способа тепловой подготовки двигателя к диагностированию сопоставлялись варианты с работой двигателя на всех цилиндрах и группой выключенных (рычаг управления подачей топлива находился в максимальном положении).

Обработка- исходных данных проводилась на диалогово-вычис-

лительноы комплексе по стандартным программам, а также методами математической статистики. Требовалось установить уравнения регрессии, точечные и интервальные числовые характеристики ряда, вероятность согласия между теоретическим и эмпирическим законами распределения.

В четвертой главе приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, технология функционального диаг ностирования двигателя ЯМЗ-240Б в ремонтных и эксплуатационных условиях.

Из статистической оценки результатов выборочной проверки тягового усилия тракторов "Кировец" следует, что наблюдаемые численные значения реализаций значительно отклоняются от нормальных. В общем случае экспериментальные данные хорошо^ согласуются с нормальным законом распределения (^э= 2,65;Хт = 5,98) Размах равняется 7кН, коэффициент вариации 5,8 %. По отдельным тракторам занижение достигает 26 %, а завышение на 4 %.

Наблюдения также показали, что действительная периодичность проведения технического обслуживания выше нормативной в 2-3 раза. При ТО энергетические показатели не проверяются, не всегда они контролируются и при ремонте. Это объясняется ограниченным количеством тормозных стендов и их маломощностью, сложными природно-производственными условиями эксплуатации, что в конечном итоге затрудняет обслуживание и сдерживает использование метода функционального диагностирования тормозным методом Из имеющихся около 90 стендов всего 8 с максимальной тормозной мощностью 300 кВт и 2 стенда с беговыми барабанами типа КИ-8927 ГОСНИТИ.

На основании теоретических положений выявлен широкий диапазон возможных перераспределений цилиндровых нагрузок; работав

3 цилиндра - 220, 4 - 495, 5 - 792, 6 - 924, 7 - 792, 8 - 495, 9 - 220, 10 - 66, II - 12 (ограничений нет); 4 - 225, 6 - 400, 8 - 225, 10 - 36 (каждый цилиндр работает равное количество раз и £p.<ip=» Zp.n. ); 3 - 180, 5 - 600, 7 - 600, 9 - 180, II - 6 (каждый цилиндр работает равное количество раз и^рир — ¿р-Д-"!);

4 - 262,. 6 - 401, 8 - 225, 10 - 36 (каждый цилиндр работает один раз).

Расчёты показали, что полный вариант испытаний обеспечивается с минимальным количеством нагрузок на шести работающих

(илиндрах в два цикла, на четырёх и восьми в три, а на трёх I девяти в четыре. Рациональные варианты с Ко) та* и равномерным нагружением подшипников коленчатого вала показаны в табл. I.

Таблица I

Рациональные варианты перераспределения цилиндровых нагрузок и коэффициенты равномерности рабочих ходов двигателя ШЗ-240Б

Соличество Число Коэффициент Варианты полного цикла ис-

(илиндров догрузок равномерное- пытаний / номера работающих

з группе в полном ти рабочих цилиндров/

цикле ходов

2 6 0,142 I-10;9-6;3-1I;4-8;5-7;12-2.

0,142 9-3;4-10;8-2;11-5;12-6;7-1.

3 4 0,2 12-10-4;8-1-7;5-6-1I;9-2-3:

0,2 1-3-11;9-5-6;12-10-2;4-7-8.

4 о и 0,33 1-8-6-11;12-3-7-4;5-10-2-9.

6 2 0,33 1-12-3-Ю-2-И;5-8-6-7-4-9.

0,33 12-5-10-6-11-4;8-3-7-2-1~9.

1-5-8-10-6-2-11-9;

8 3 0,5 12-5-3-10-7-2-4-9;

1-12-8-3-6-7-11-4.

Установлено, что для двигателя с числом цилиндров2= 12 до-'рузка требуется в тех случаях, когда работает четыре и более долиндров при всех значениях механического к.п.д. На трёх ци-шндрах с к.п.д. равным 0,78 и 0,80 необходима догрузка 4 и 7 %.

В соответствии с методикой составлена матрица совмещенных режимов для варианта из восьми и четырёх работающих цилиндров ! 1,12,8,3,6,7,11,4; 12,5,3,10,7,2,4,9; 12,3,7,4 ), когда достаточно! трёхкратного нагружения. Расчётные формулы определения

\/е и И» в этом случае следующие: ^

< 18 ( 19 >

1 г 1

По результатам обработки данных определения механических

ютерь в двигателе ЯМЗ-240Б в функции от частоты вращения коленчатого вала построены зависимости, которые на участке от 1300 но 2100 мин"^ описываются уравнением прямой. Уравнение регрессии 1ля момента механических потерь без вентилятора имеет вид (Н -м):

Мм=53,3 + 0,15511 f20)t

а с работающим вентилятором

Мш.веигК26+0,тп ( 21 )

. Данные о стабильности мощности механических потерь приведены в табл. 2.

Коэффициент вариации составил 1,5 средняя величина 66,7 кВт. При испытаниях трех двигателей мощность механических потерь, полученная способом совмещения режимов отличается от данных прокручивания не более 1,5 кВт.

Испытания коробки передач показали, что момент механических потерь с увеличением оборотов ведущего вала возрастает линейно и снижается повышением температуры масла ( рис. 2а). Изменение давления срабатывания редукционного клапана с 0,8 МПа до 1,0 МПа незначительно влияет на мощность механических потерь в КПП ( рис. 2 6). Поэтому в данном диапазоне давлений и температуры масла ( 40...60 °С) при П = 1900 мин"'' она может быть принята 5,0...5,5 кВт.

Коэффициент "а" С рис. 3 ) в зависимости от нагрузочных режимов дросселирования и теплового состояния уменьшается. При больших значениях он начинает стабилизироваться. Некоторые вариации коэффициента изменяют и приводную мощность ( рис. 4 ).

Для повышения точности диагностирования необходимо контролировать давление при температуре 50...G0 °С, а для всех других вносить поправку.

Сравнительные исследования характеристик нагрева масла в гидробаке для разных конструкций гидроприводов-показывают, что возможное время диагностирования увеличивается на тракторах, имеющих совмещенную систему гидропривода навесного оборудования и рулевого управления ( рис. 5 ).

Обработка осциллограмм процесса выявила зависимость уровня амплитуды и частоты изменения давления ( характер нагрузки ) от его величины при дросселировании масла клапаном гидрораспределителя и внешни м гидродогружателем. Практически сопоставимые показатели идентичны [ рис. 6 ).

Эксперименты по изучению вопросов тепловой подготовки двигателя к диагностированию свидетельствуют, что обеспечить нормальный теплог-эй режим двигателя на частоте холостого хода нет 1-озможности. Крогре» двигателя с выключением группы цилиндров

осуществляется на 6-ти работающих цилиадрах за 0,5 часа, а за 4-х за 0,3. Расход топлива с увеличением числа отключаемых цилиндров снижается.

Абсолютная погрешность испытаний двигателей перераспределением цилиндровых нагрузок с догрузкой тормозом и гидроприводом в лаборатории составила 2 кВт. Относительная погрешность в полевых условиях получена равной 4,3 %. Результаты проверки метода на ремонтном заводе отражены в табл. 3. Алгоритм диагностирования показан на рисунке ?.

В основу расчета экономического эффекта от внедрения метода положены данные результатов энергооценки тракторов "Кировец" по Иркутской области.

Общие выводы и рекомендации:

1. Выборочная проверка тракторов К-701, находящихся в эксплуатации в хозяйствах Иркутской области, показала, что они работают с отклонением мощностных показателей больше предельно допустимых. В результате статистической оценки полученных реализаций установлено, что среднее значение тягового усилия на 10 % ниже нормального, а иногда достигает 26 %.

2. Анализ применимости тормозных методов функционального диагностирования двигателей в производственных условиях показал, что они используются редко. Существенное влияние при этом оказывают факторы зональных условий (рассредоточенность хозяйств

от ремонтно-обслуживающих предприятий, состояние дорог, низкие температуры и т.п.) и недостаточность тормозных стендов.

3. Экспериментальные исследования подтвердили теоретические положения о возможности функционального диагностирования двенадцатицилиндрового двигателя парциальным методом. Выбор рациональных вариантов выключения цилиндров в полном цикле испытаний может осуществляться по предложенному критерию равномерности чередования рабочих ходов с учетом минимизации количества догрузок и степени нагружения подшипников коленчатого вала V -образного двигателя. Выявлены аналитические зависимости процесса формирования нагрузки перераспределением её между цилиндрами и рекомендуются для практической реализации способы определения эффективной и индикаторной мощности при известных механических потерях, а также совмещением режимов с неизвестной Мм . Расчёты можно проводить по предлагаемым универсальным формулам (5), (6),

Таблица 2

Значения мощности механических потерь двигателя ЯМЗ-240Б (результаты производственных экспериментов)

:Номер : .двигателя. Наработка, мото^ч : Мощность . механических • потерь,кВт

: 6981 Технологи- 69,4

: 24858 ческая 69,6

: 3250 обкатка 68,8

: 12018 67,0

: 7391 68,0

: 7800 69,7

: 320 69,8

: 18766 67,1

: 14017 68,4

: 3367 68,7

: 3774 69,4

: 7825 305 67,0

: I682I 150 67,1

Таблица 3

Результаты испытаний двигателей ЯМЗ-240Б

: № двигателя Номера работающих цилиццров : Показание-Значение . тормоза, .мощности., • кГсСН'м; 'кВт

все С 1080 ) 215

1,12,3,10,2,11. С 380 ) 216

5,8,6,7.,4,9. ( 360 )

14017 " 1,6,8,11. С 125 )

12,3,7,4. ( 130 ) 212

5,10,2,9. ( 120 )

все 148 207

3367 1,12,3,10,2,11. 5,8,6,7,4,9. 50 51 209

все С 1055 ) 210

1,12,3,10,2,11. ( 350 ) 208

2885 5,8,6,7,4,9. ( 350 )

1,6,8,11. С 120 )

12,3,7,4. ( 110 ) 205

5,10,2,9 ( 110 )

6,5 кВт

6,0

5,5

Ш кпп

5.0

V 60

с 1 >-о -1 -0,6 МПА МПЛ

>>

к

¡Я Й

г £

п

5)

30

10

Тм-

50 "С 60

Рис.2 а,б. Изменение момента (а) и мощности (б) механических потерь в КПП от температуры масла

да

кВт 25

20

и '5 <0

Я МП А 10

10

Тм-

50

-4-

1 л

2

1

"V

ВО "С 70

Рис.3. Изменение коэффициента пропорциональности "а от давления дросселирования при разной температуре-масла: 1 - 40; 2 - 50; 3 - 6С;,4 - 70 °С. ( П ='1900 мин"1)

Рис.4. Изменение догруэочной мощности от температуры масла в гидробаке при разном давлении: ! - 4; 2 - 6; 3 - 8: 4 - 10 МПа { П = Т9С0 мин-О

Тм

1 4 4 х-автономный гидраШ о - совмещенный с рупе-ьым управлением

/ //

V/

12

Рис.5. Изменение температуры масла в гидробаке от продолжительности дросселирования на разных конст-

^кциях гидроприводов: - б; 2 - 6; 3 - 8; 4 - 8 МПа { П = 19С0 мин-»)

18

Н

Ь

№ № ЛЯ

л

Аол 2

Рис.б. Зависимость амплитуды и частоты колебаний давления от его величины при различных способах дросселирования (Я = 1900 мшИ ): I - амплитуда; 2 - частота.

-- дросселем КИ-5473

----- - клапаном гидрораспределителя

в МЛа 10

Подготовить трактор и диагностические средства к диагностированию_

Рис.7. Алгоритм ^ункиионального диагностирования двигателя ЯМЗ-240Б в полевых условиях

(10), (II). В варианте совмещения режимов целесообразно применять матричный метод в выборе комбинаций. При этом полный цикл испытаний возможен с трёхкратной догрузкой.

4. Выявлено, что в диагностическом диапазоне частот вращения коленчатого вала момент механических потерь двигателя ЯМЗ-240Б с работающим вентилятором описывается уравнением прямой

точке номинальной частоты вращения мощность потерь без вентилятора составляет 66 кВт, Затраты мощности на привод 'вентилятора 8,5 кВт, коробки передач 5,0...5,5 кВт., 'редуктора насосов с гидроприводом рулевого управления - 4,4 кВт.

5. Установлено, что нагрузочные и тепловые характеристики работа гидропривода навесного оборудования при дросселировании "встроенным" гидродогружателем (клапаном гидрораспределителя) достаточны для создания двигателю ШЗ-240Б номинального режима на четырех работающих цилиндрах и осуществления по времени полного цикла испытаний. Осциллограмма процесса колебаний давления масла показывает, что он практически не отличается от дросселирования внешним гидродогружателем. На совмещенных гидроприводах навесного оборудования и рулевого управления при противодавлении 6...8 Ша временные возможности диагностирования увеличиваются на 6 минут.

Коэффициент пропорциональности "а" более стабильный при температуре масла 50...70 °С и при расчете регулируемой,нагрузки на двигатель трактора К-701 может быть принят равным I4jjjg

Температура нагрева масла в картере и охлаждающей жидкости двигателя изменяется по экспоненте с более высокой скоростью и наблюдается экономия расхода топлива за период прогрева при выключении труппы цилиндров.

6. Рекомендуется заводу-изготовителю топливной аппаратуры, с целью повышения приспособленности двигателя к функциональному диагностированию методом перераспределения цилиндровых нагрузок и возможности в дальнейшем локализации неисправностей серийными диагностическими средствами, на модификациях насосов с боковым отводом топлива к форсункам выполнять осевое сверление в нагнетательных штуцерах сквозными, а на других типах предусмотреть монтажные точки.

7. Производственная проверка подтвердила применимость метода парциальных испытаний для функционального диагностирования

двенадцатицилиндрового двигателя с догрузкой в условиях ремонтных предприятий тормозом, а полевых - гидроприводом при использовании встроенных элементов трактора (клапана гидрораспределителя), а также эффективность предложенного способа прогрева дв* гателя.

Трудоёмкость диагностирования в полевых условиях равна 0,8 чел.-ч.

Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемого ме тода в сравнении, когда диагностирование не применяется, составит 589474 р. на 1000 тракторов, а по отношению к использовании гидродсгружателя он экономичнее на 1100 р.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Проверка мощности двигателя трактора К-701 в полевых ус ловиях: Информ. листок № 224-83. - Иркутск: ЦНТИ, 1983. - 4 с. (соавтор Терских И.П.).

2. Испытания двигателей трактора К-701 на маломощных тормозных стендах в ремонтных мастерских и пунктах технического обслуживания: Информ. листок № 245-83. - Иркутск: ЦНТИ, 1983. -2с. (соавтор Терских И.П.).

3. Выключатель цилиндров двигателя трактора "Кировец": Информ. листок № 316-83. - Иркутск: ЦНТИ, 1983. - 4 с. (соавторы Терских И.П., Левин И.Е., Ряков В.Г.).

4. Энергопроверка трактора К-701 в полевых условиях //Учас тие молодежи Иркутской области в решении проблем комплексного освоения природных ресурсов и развития производительных сил области: Тез. к науч.-практ. конф. - Иркутск, 1983. - С. 18-20.

5. Прогрев дизельных двигателей после пуска //Эксплуатация дизельных двигателей при низких температурах: Сб. науч. тр. /ИСХИ. Иркутск; 1084. - С. 68-72.

6. Совершенствование способов и применяемого оборудования для энергопроверки дизельных двигателей // Совершенствование ме тодов и средств технического обслуживания и диагностики сельско хозяйственной техники: Тез. докл. к науч.-техн. семинару. - Иркутск, 1984. - С. 16-17.

7. Универсализация формул парциальных испытаний двигателей // Совершенствование рабочих органов сельскохозяйственных машин, рациональное техническое обслуживание машин: Сб. науч. тр. /ИСХИ. Иркутск, 1988. - С. 103-107.

8. Парциальные испытания двигателей внутреннего сгорания // Диагностика автомобилей: Тез. докл. III всесоюз. науч. техн. конф. - Улан-Удэ, 1989. - С. 76-78 (соавтор Упкунов Ю.Н.).

Подписано к печати 19.02,90 г. Формат 60*84 1/16 № 10309. Объём I печ. л. Тираж 100 экз. Заказ У 96.

Редакшонно-полиграфическое объединение СО ВАСХНИЛ, ротапринт 633128, Новосибирская область.