автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование методики и средств диагностирования тракторных двигателей с турбонаддувом

На правах рукописи

Асатурян Сергей Вартанович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ТУРБОНАДДУВОМ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

~ 2 ЛЕЯ 2010

Зерноград-2010

004615671

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (АЧГАА)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Арженовский Алексей Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Алексенко Николай Петрович

кандидат технических наук, доцент Лебедев Анатолий Тимофеевич

Ведущее предприятие: ФГУ «Кубанская государственная

зональная машиноиспытательная станция» (ФГУ «Кубанская МИС»), г. Новокубанск

Защита состоится «{_Ъ>№<СЛ&гЛ 2010 г. в /3 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.001.01 при ФГОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина 21, аудитория 201, корпус 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО АЧГАА.

Автореферат разослан « /3 » /¿СЛ^угсЯ. 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

[.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основой агропродовольственной политики на современном этапе развития страны является ускорение темпов роста объемов сельскохозяйственной продукции, повышение её конкурентоспособности, интеграция в мировое сельскохозяйственное производство и рынки продовольствия. Для производства сельскохозяйственной продукции применяют современные агротехнологии и технические средства. Эксплуатация машин сопровождается процессами изнашивания, физическим и моральным старением. Огромный технико-экономический эффект даёт внедрение диагностирования - важной составной части планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонта машин. Оно позволяет полнее использовать межремонтный ресурс машин, устранить необоснованную разборку механизмов, сократить простои по техническим причинам, снизить трудоёмкость ремонта и технического обслуживания.

Анализ методов оценки технического состояния двигателей с газотурбинным наддувом (ГТН) показал, что они требуют дальнейшего совершенствования, направленного на разработку качественно новой методики и средств диагностирования энергетических и топливо-экономических показателей двигателей с ГТН в производственных условиях.

Таким образом, диагностирование двигателей с ГТН в производственных условиях является актуальной задачей, представляющей научный и практический интерес для сельскохозяйственного производства.

Цель и задачи исследования. Цель работы - повышение точности, снижение трудоёмкости и производственных затрат при определении основных показателей тракторных двигателей с турбонаддувом путём совершенствования методики и средств диагностирования в производственных условиях.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1) обосновать применимость бестормозных методов диагностирования двигателей тракторов в режиме свободного разгона при переходном процессе с газотурбинным наддувом (ГТН);

2) разработать методику и средства диагностирования двигателей с газотурбинным наддувом по ускорению коленчатого вала и давлению наддува;

3) разработать способ определения момента инерции двигателя в производственных условиях;

4) обосновать экономическую целесообразность применения предлагаемой методики и средств измерения.

Объект исследования - процесс диагностирования тракторного двигателя с турбонаддувом и средства для определения энергетических и топливо-экономических показателей его функционирования.

Предмет исследования - закономерности, описывающие изменения основных показателей двигателя с газотурбинным наддувом от давления наддува при его разгоне.

Методы исследования включали теоретические исследования с использованием законов теоретической механики, методы математической статистики, применение стандартных тестированных методик, а также частных

методик, разработанных для диагностирования двигателей с ITH. Расчеты и обработка результатов экспериментальных исследований выполнялись с использованием ЭВМ и пакета прикладных программ.

Научная новизна состоит в усовершенствовании методики и средств диагностирования двигателей с турбонадцувом, основанной на оценке динамических характеристик двигателя при переходном процессе и при статических режимах работы, в результате которых получены:

- аналитическая зависимость действительного момента инерции двигателя с турбонаддувом от номинального ускорения коленчатого вала при разгоне двигателя без маховика и с маховиком с известным моментом инерции;

- зависимость давления наддува от частоты вращения коленчатого вала двигателя при разгоне трактора на всем диапазоне угловых скоростей;

- зависимость изменения эффективной мощности двигателя с турбонаддувом от давления наддува (определены частные коэффициенты уравнения регрессии для двигателей СМД-62, с помощью которых корректируется значение мощности, полученное в режиме свободного разгона двигателя);

- зависимости для определения топливо-экономических показателей на всем диапазоне угловых скоростей.

Новизна технических решений защищена двумя патентами Российской Федерации на изобретения №2329510 «Устройство для измерения ускорения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на всем диапазоне скоростей», №2361187 «Способ определения мощности двигателя внутреннего сгорания» и свидетельством о государственной регистрации программ для ЭВМ №2009615659 «Программа для определения энергетических показателей дизельных двигателей на переходных режимах».

На защиту выносятся следующие научные результаты:

1. Теоретические предпосылки определения основных показателей двигателя с ГТН по ускорению коленчатого вала и давлению наддува.

2. Модели технических средств, позволяющие диагностировать двигатели с ГТН.

3. Методика и алгоритм диагностирования двигателя с ГТН на основании закона изменения угловой скорости коленчатого вала при его разгоне и давления наддува в режиме полной загрузки двигателя.

4. Результаты сравнительного диагностирования нескольких двигателей по предлагаемой и стандартной (тормозной) методикам.

Реализация работы. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГОУ ВПО АЧГАА и переданы ООО «Сальск Юг Arpo» (с. Кручёная балка Сальского района Ростовской области).

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА, ФГОУ ДПО РИПКК АПК, ГНУ ВНИПТИМЭСХ и ФГОУ ВПО ДГТУ в 2007-2010 гг.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 8 работах, в том числе 2 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, 2 патента на изобретения и свидетельство на программу для ЭВМ.

Объем работы. Работа содержит введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 116 наименований и приложения. Работа изложена на 153 страницах, содержит 51 рисунок и 21 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована её научная новизна, приведены методы исследования и положения, выносимые на защиту, дано краткое изложение работы.

В первой главе «Анализ существующих методов и средств диагностирования основных показателей дизельных двигателей» изложены результаты анализа известных технических решений в данной области, дан анализ методов диагностирования основных показателей дизельных двигателей.

Вопросами диагностирования основных показателей тракторных двигателей занимались: С.А. Иофинов, Г.Я. Шхвацабая, Н.С. Ждановский, В.И. Вельских, Х.Н. Райхлин, И.В. Коробочкин, Н.В. Болтинский, В.А. Зманов-ский, В.М. Лившиц, В.М. Натарзан, O.A. Махоткин, И.А. Чувиков, A.C. Рех-тин, И.Е. Попов, Н.В. Щетинин, А.Г. Арженовский и др. ученые.

Анализ этих работ показал, что разработанные в настоящее время методы диагностирования основных показателей дизельных двигателей можно разделить на тормозные, бестормозные и парциальные.

Диагностирование двигателей тормозными методами являются более точными, но требует дорогостоящего оборудования и существенных финансовых затрат и усилий на его подготовку и проведение. В связи с этим этот метод применяется лишь в крупных хозяйствах и на МИС.

Бестормозные методы, уступая по точности тормозным, не требуют сложного и дорогого оборудования, отличаются простотой и доступностью применения в эксплуатационных условиях.

Для производственных условий эксплуатации тракторов представляет интерес метод диагностирования двигателей, основанный на оценке динамических характеристик двигателя, исследуемый в настоящей работе.

Во второй главе «Теоретическое обоснование методики и средств диагностирования основных показателей дизельных двигателей с турбонадду-вом» обоснована необходимость совершенствования методики диагностирования энергетических показателей двигателей по ускорению коленчатого вала. Получены зависимости для определения действительного момента инерции двигателя, определения мощности двигателя с турбонаддувом, определения топливо-экономических показателей дизельного двигателя.

Известно, что диагностирование, основанное на оценке динамических характеристик двигателя, связано с необходимостью определения момента инерции двигателя.

По методике, разработанной на кафедре «Эксплуатация машинно-тракторного парка» АЧГАА, для диагностирования использовались табличные значения моментов инерции двигателей. Данная методика и средства ее реализующие позволяют определить лишь энергетические показатели двигателя. Существенным недостатком при этом является невозможность определения топливо-экономических показателей диагностируемого двигателя.

При работе двигателя с турбонаддувом в режиме свободного разгона турбокомпрессор запаздывает из-за инерционности и упругости газового привода. Корректировку значения эффективной мощности с учетом запаздывания газотурбинного нагнетателя, можно осуществить, используя методику СибИМЭ. Эта методика заключается в следующем. Сначала необходимо определить давление наддува в режиме полной загрузки двигателя путём разгона трактора с минимальной скорости движения на высшей передаче до максимальной при резком увеличении подачи топлива, а затем мощность двигателя по ускорению коленчатого вала в режиме свободного разгона.

Предлагаемая нами методика диагностирования дизельных двигателей с турбонаддувом заключается в следующем.

При резком увеличении подачи топлива в двигателе возникает переходный процесс разгона, который описывается дифференциальным уравнением:

d(i) , ч IA-^ = Mi-MM.n, (1)

где /д - действительный момент инерции движущихся масс двигателя,

2 dco 2

кг-м ; - угловое ускорение коленчатого вала, рад/с ; Mi - индикаторныи

момент, Нм; Мм п. - момент механических потерь двигателя, Нм.

Разница между индикаторным моментом и моментом механических потерь, представляет крутящий момент двигателя Мд. Таким образом, крутящий момент двигателя будет:

do)

Мд = /д dF'H'M' (2)

Умножив обе части уравнения (1) на угловую скорость со, получим:

do

h-fa" ш = (Mi - Мм.п.) ' ш. (3)

В правой части его имеем формулу мощности без наддува:

(Мг - Мм.п.) • со = Nm. (4)

Тогда, мощность двигателя без наддува:

do)

Nm = Ia--w,Вт. (5)

Для определения действительного момента инерции двигателя необходимо использовать маховик с известным моментом инерции.

Приведенный момент инерции /„р такого маховика к двигателю:

С = ^м-'во2м-2?7п,кг-м2, (6)

где /м- момент инерции маховика,кг-м2; ¿вом- передаточное отношение от коленчатого вала к ВОМ; Ет7п- суммарный КПД передач от коленчатого вала к ВОМ.

Затем, последовательно разгоняется исследуемый двигатель без маховика и с маховиком, регистрируется закономерность движения коленчатого ва-

ла двигателя и определяются соответствующие значения углового ускорения коленчатого вала на номинальном режиме.

Определение передаточного отношения производится по направлению потока мощности от коленчатого вала двигателя к валу отбора мощности. Для этого фиксируется частота вращения коленчатого вала двигателя и вала отбора мощности, тогда передаточное отношение будет:

_ пк.в

'вом — < к')

^вом

где ггк в и пвом- частоты вращения коленчатого вала двигателя и вала отбора мощности, об/мин.

Далее по зависимости:

£l = (!, +О-е2 (8)

определяем действительный приведенный момент инерции двигателя

~ £2

где £1( е2— соответственно угловые ускорения коленчатого вала на номинальном режиме при разгоне двигателя без маховика и с маховиком, рад/с2.

Мощность двигателя с турбонаддувом определяется по методике Си-6ИМЭ.

Значение мощности в режиме свободного разгона с учетом давления наддува определяется по уравнению:

Ne = а • Д^бн + Р ' ^бн • рн + С, Вт (10)

где а - коэффициент при квадратичном члене уравнения; /VBH- мощность двигателя с неработающим турбонаддувом, Вт; /? - коэффициент взаимосвязи; рн- давление турбонаддува, Па; С - свободный член уравнения.

Запись закономерности движения коленчатого вала осуществляется при полной загрузке двигателя с одновременной фиксацией изменения давления наддува рн = fin) на соответствующих интервалах. Полная загрузка двигателя обеспечивается за счет разгона трактора на высшей передаче.

Совмещая полученную зависимость рн = /(п) с зависимостью Л?ЕН = /(п), полученной в режиме свободного разгона, определяем закономерность Ne = f(n) для различных марок двигателей.

Для определения топливо-экономических показателей исследуемого двигателя необходимо снять зависимость G^ = /(п) топливного насоса высокого давления (ТНВД) двигателя на стенде для проверки и регулировки топливного оборудования.

Зависимость часового расхода от частоты вращения коленчатого вала двигателя:

60 • V ■ пн • р кг , N

йг^-Т- (п)

где V - объем поданного топлива всеми секциями ТНВД за 1000 циклов, см3; пн- частота вращения вала ТН, об/мин; р - плотность топлива, кг/м3; ¿ц -количество циклов (iu=1000).

Совмещая зависимость, Ст = /(л) с полученной ранее закономерностью = /(п) в одном диапазоне частот вращения коленчатого вала на равных интервалах, по формуле (12) находим значения удельного расхода топлива при соответствующих частотах вращения коленчатого вала двигателя

Зе

в-х • 1000 г

• ч.

(12)

Ые 'Вт

Определив удельный расхода топлива на необходимом диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя, получаем зависимость де = f{n) и строим полную регуляторную характеристику диагностируемого двигателя.

Для реализации предлагаемой методики разработан измерительно-вычислительный комплекс (рисунок 1), который состоит из персонального компьютера с пакетом соответствующих программ, платы аналого-цифрового преобразования "Код-Цифра" (плата АЦП), платы сопряжений, двух индукционных датчиков, преобразователя избыточного давления, инвертора напряжения и маховика.

Измерительно-Вычислительный комплекс

Техническ ие средства

Стенд дль регулироВк оВору проверки и и топлиВнога доВания

соедстВа

средство

Персональный компьютер

МахоВик

Плата АИП

Плата сопряжений

Пакет программ поддержки платы АЦП

Датчик оВоротоВ

I

Алгоритм преодразоВания Код-цифра»

избыточного даВле-

Алгоритм статистической иг

Диагностируемый ддигатель

Рисунок 1 - Схема измерительно-вычислительного комплекса для диагностирования основных параметров двигателя с турбонаддувом по ускорению коленчатого вала и давлению наддува

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены программа, общие и частные методики диагностирования основных параметров дизельных двигателей с турбонаддувом.

В соответствии с программой исследований проводили диагностирование двигателей с ГТН по стандартной (ГОСТ 18509-88) и предлагаемой методикам.

В программу исследований входило: диагностирование двигателей с ГТН на тормозном стенде по стандартной методике (ГОСТ 18509-88) и предлагаемым измерительно-вычислительным комплексом по разработанной методике, оценка адекватности результатов диагностирования двигателей по стандартной и предлагаемой методикам.

В соответствии с программой диагностированию были подвергнуты двигатель СМД-62 (заводской номер 176721) трактора Т-150К (хозяйственный номер 396) и двигатель СМД-62 (заводской номер 186416) трактора Т-150К (хозяйственный номер 548).

Определение мощностных и топливо-экономических показателей проводилось в комплектации, соответствующей определению эксплуатационной мощности, в стандартных условиях по ГОСТ 18509-88 на балансирном динамометре МПБ-49.3/36.

Частота вращения коленчатого вала двигателя, крутящий момент, частота вращения ВОМ, расход топлива и время опыта регистрировались аппаратурой ОИПД-1 конструкции РОСНИИТИМ.

Дополнительно при диагностировании двигателя трактора Т-150К (хозяйственный номер 548) и снятии регуляторной характеристики определялась мощность двигателя с отключенным турбокомпрессором (ГТН).

Диагностирование двигателей с ГТН по предлагаемой методике проводили посредством измерительного комплекса (рисунок 2).

Предлагаемая методика включала следующие последовательно выполняемые операции:

1) Запись закономерности движения коленчатого вала двигателя и определение действительного момента инерции двигателя.

Рисунок 2 - Измерительно- Рисунок 3 - Маховик для определения

вычислительный комплекс момента инерции двигателя

Маховик устанавливали так, чтобы при соединении с валом отбора мощности трактора карданный вал маховика и ВОМ составляли угол 0±5° (рисунок 3).

Индукционный датчик, зафиксированный на переходной плите, устанавливали в технологическое отверстие кожуха маховика напротив зубчатого венца на расстоянии 2-3 мм от вершин зубьев (рисунок 4). Преобразователь избыточного давления ПД 100-ДИ 0,1 устанавливали во впускном трубопроводе. Учитывая конструкцию двигателя СМД-62, где распределение надувочного воздуха по цилиндрам осуществляется под привалочной плитой с воздуховодами, датчик давления герметично, с помощью переходника, соединялся со штуцером, ввернутым в технологическое отверстие привалочной плиты (рисунок 5).

Рисунок 4 - Расположение Рисунок 5 - Расположение датчика

индукционного датчика давления

Перед записью закономерности движения коленчатого вала двигателя, в соответствии с максимальной частотой вращения коленчатого вала и количеством зубьев маховика диагностируемого двигателя, плату АЦП настраивали на частоту опроса, достаточную для получения достоверных данных. Минимальную частоту опроса рассчитывали из условия обеспечения не менее семи фиксаций ЭДС датчика за время прохождения его поля одним зубом по формуле:

_ П-тах ' • ,,, *-60^-' (13)

гдетт;п - минимальная частота опроса, Гц; птах- максимальная частота вращения коленчатого вала, об/мин; - число зубьев маховика (шестерни); ^ггап _ минимальное количество фиксаций значения ЭДС при прохождении магнитного поля датчика одним зубом, достаточного для получения достоверной информации (о!тт — 7); г - передаточное отношение «шестерня - коленчатый вал».

Частота опроса, на которую настраивали плату АЦП у=30 кГц. Время записи значений ЭДС датчика Гмя=5 с.

По результатам диагностирования в пятикратной повторности получены значения углового ускорения на номинальной частоте вращения коленчатого вала, при разгоне двигателя с маховиком и без маховика, а также зависимость Мкр = /(п).

2) Определение передаточного отношения.

Частоту вращения вала отбора мощности определяли с помощью приспособления КИ - 13941, которое устанавливали на ВОМ, а непосредственно на него монтировали индукционный датчик.

По результатам диагностирования получали действительное значение передаточного отношения tB0M и рассчитывали величину действительного момента инерции испытуемого двигателя /д, а также строили зависимость NBH = fin).

3) Определение давления наддува.

Для определения зависимости давления наддува, с одновременной записью закономерности движения коленчатого вала двигателя, измерительно-вычислительный комплекс размещали непосредственно в кабине трактора (рисунок 6).

Рисунок 6 - Размещение измерительно-вычислительного комплекса в кабине трактора

Датчик давления наддува тарировали с помощью установки, состоящей из: 1 - персонального компьютера с платой АЦП, 2 - платы сопряжений, 3 - ресивера, 4 - механического манометра и 5 - датчика давления (рисунок 7).

Рисунок 7 - Общий вид тарировочной установки

Тарировку проводили в 5-ти кратной повторности, на основании чего были получены информационные файлы, в соответствии с которыми корректировались истинные значения выходных величин давления наддува.

При разгоне трактора одновременно проводили запись сигналов от двух датчиков. Разгон проводили в пятикратной повторности, в результате получали зависимости рц — fin).

4) Определение топливо-экономических показателей.

Снятие характеристик топливных насосов НД-22/6 установленных на диагностируемых двигателях проводили на стенде для проверки и регулировки топливного оборудования (NC-104 № LU 0004) на базе Кубанской МИС (рисунок 8).

Рисунок 8 - Диагностирование топливного насоса высокого давления

При безмоторном диагностировании топливного насоса показатели определены по ГОСТ 10278-95. Для определения показателей ТНВД стенд был укомплектован штатными (демонтированными с двигателя) форсунками.

После снятия характеристик ТНВД получили закономерность Ст = /(п), необходимую для определения зависимости де =

Адекватность результатов диагностирования двигателей, полученных по стандартной (ГОСТ 18509-88) и предлагаемой методикам оценивали по критериям Фишера и Стьюдента:

Гр=%, (14)

у

где Бдст -дисперсия адекватности; 5у - дисперсия воспроизводимости.

Дисперсия адекватности

С2 _ \ ~ Ю (Л с\

где У1 - среднее значение в "/"-ом интервале; У^- теоретическое значение в "/"'-ом интервале; т - количество интервалов.

Дисперсия воспроизводимости

Ш^й (Yij-Z)2

S2 =■

Оу -

т(п -1) ' <1б>

где Уу - 'У"-е значение в "/"-ом интервале; п - количество повторно-стейв "/"-ом интервале.

Расчет доверительных интервалов производили по результатам пяти измерений, полученных по предлагаемой методике:

у = у + 1а~, (17)

где у - среднее значение показателя; Ьа - квантиль распределения Стьюдента; а - стандартное отклонение; п - количество повторностей.

Доверительные границы:

ув = у + га~, (18)

ун = у-га~, (19)

Четвёртая глава содержит анализ результатов экспериментальных исследований.

Установлено, что применение разработанной методики и измерительно-вычислительного комплекса с достаточной достоверностью позволяет определить энергетические и топливо-экономические показатели двигателей с турбонаддувом. Проверена адекватность зависимостей изменения давления наддува, эффективной мощности и удельного расхода топлива диагностируемых двигателей, полученных по стандартной и предлагаемой методикам.

Л& кВт __да г/нВт'ч

|——^ —^

110 100 90 80 70 60 50 СО 30 20

то ш m m m m кос m ma зт m sw гхя p Частота прошения коленчатого бала дпигате/н oS/muh Рисунок 9 - Регуляторная характеристика двигателя СМД-62 трактора Т-150К

Влияние турбонаддува на мощность двигателя трактора Т-150К (хозяйственный номер 548) приведено на рисунке 9. Для этого при диагностировании двигателя трактора Т-150К по стандартной методике и снятии регуля-торной характеристики был отключён турбокомпрессор.

Анализ зависимости мощности от частоты вращения коленчатого вала двигателя позволяет заключить, что наличие турбокомпрессора вызывает увеличение мощности в среднем на 18% в диапазоне частот вращения от 1200 до 2100 об/мин.

При снятии регуляторных характеристик двигателей фиксировали давление наддува на всем диапазоне угловых скоростей (рисунок 10).

0.8

й 0.7

I

§

I

0.2 0.1 О

] ' 1 V

-1 \

1

4 1 1 4

.j _

i 1

1 - )

j....... - - .... >.....

—Ф—йаЬпение

1300 %00 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300

Частота Вращения коленчатого дала, оВ/мин

Рисунок 10 - Зависимость давления наддува от частоты вращения коленчатого вала двигателя СМД-62 трактора Т-150К

В результате обработки экспериментальных данных (рисунки 9 и 10), полученных при торможении двигателя СМД-62 (заводской номер 186416) трактора Т-150К (хозяйственный номер 548) методом регрессионного анализа определили коэффициенты, входящие в уравнение (10), на всем диапазоне угловых скоростей.

Данная закономерность имеет вид:

Ne = 0,006441 • /V|H + 0,00003135 • NBH • рн + 55,761, Вт. (20)

Из этого уравнения следует, что для определения мощности двигателя, оборудованного турбокомпрессором, необходимо знать мощность двигателя без наддува и давление наддува.

Для диагностирования двигателей по предлагаемой методике необходимо иметь зависимость углового ускорения коленчатого вала от его частоты вращения.

Угловое ускорение коленчатого вала двигателя при разгоне без маховика и с присоединенным маховиком, определяли в пятикратной повторности. Графики зависимостей углового ускорения от частоты вращения коленчатого вала в режиме свободного разгона двигателя без маховика и с маховиком (с определением среднего значения) представлены на рисунке 11.

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300

Частота Вращения коленчатого Вала оВ/мин

Рисунок 11 - Зависимость угловых ускорений от частоты вращения коленчатого вала двигателя СМД-62 (заводской номер 176721) без маховика

и с маховиком

Анализ данных рисунка 11 позволяет заключить, что угловое ускорение плавно уменьшается с ростом частоты вращения коленчатого вала. Это обусловлено тем, что с ростом частоты вращения уменьшается роль присоединенного маховика.

Значения действительного момента инерции, определенные по формуле 9, составили /д = 4,66 кг • м2 для двигателя трактора (хозяйственный номер 396), и /д = 4,94 кг • м2 для двигателя трактора (хозяйственный номер 548).

Зная действительный момент инерции двигателя можно определить энергетические показатели диагностируемых двигателей.

Определение давления наддува на всем диапазоне угловых скоростей при полной загрузке двигателя, проводили сразу после определения энергетических показателей в режиме свободного разгона.

По результатам определения давления наддува построены графики зависимости давления наддува от частоты вращения коленчатого вала двигателя при разгоне трактора (рисунок 12).

Анализ этих зависимостей, полученных при диагностировании по предлагаемой методике, показывает, что характер кривых давления наддува близок к зависимостям, полученным по стандартной методике (рисунок 10).

] " - . < -

1 4 | . ..... 1 ■ 1 Ч

1 . " ~ V

| - » 1

У

4

1

т : -------: - • — 1

1300 1500 1700 1900 2100 2300 Частота дращеноя коленчатого бала, ад/нон

Рисунок 12 - Зависимость давления над дува от частоты вращения коленчатого вала двигателя СМД-62 трактора Т-150К (хозяйственный номер 548)

Таким образом, использование разработанной методики и измерительно-вычислительного комплекса позволяет оценить состояние газотурбинного нагнетателя в производственных условиях, без разборки двигателя и применения дорогостоящего диагностического оборудования.

В связи с тем, что запись закономерностей изменения ускорения коленчатого вала двигателя, и давления надува производили на различных частотах вращения коленчатого вала, привели полученные значения к единым интервалам.

Значения мощности с учётом давления наддува определяли по уравнению (10), а удельного расхода топлива по выражению (12).

Закономерности изменения давления наддува, эффективной мощности и удельного расхода топлива диагностируемых двигателей, полученные по предлагаемой методике адекватны законам изменения давления наддува, эффективной мощности и удельного расхода топлива, полученным по стандартной методике с достоверностью 95% (трактор хозяйственный номер 396 Ртабл = 2,05; ¥раСЧ = 0Д8; ¥^сч - 1,96; = 0,37; трактор хозяйственный номер 548 ¥таГа = 2,21; = 1,09; РД = 1Д7; РД = 1,96).

Номинальные значения частоты вращения и эффективной мощности диагностируемых двигателей, полученные по предлагаемой методике, адекватны номинальным значениям частоты вращения и эффективной мощности полученным по стандартной методике, с достоверностью 95% (трактор хо-

зяйственный номер 396 ув = 118,86 кВт, ун = 113,68 кВт, Щтиам=-115,1 кВт; ув = 1902,59 —,у„ = 1895,01—, п™ = 1898 — ; трактор хо-

мин мин мин г

зяйственный номер 548 ув = 124,16 кВт, ун = 120,81 кВт, Ng"'0M = 123,3 кВт-, ув — 2101,47—, v = 2095,86—, псетном = 2099 —.).

мин j Н мин мин

Результаты проведенных экспериментов представлены в виде регуля-торной характеристики, полученной с помощью разработанной методики и измерительно-вычислительного комплекса её реализующего (рисунок 13).

«да то да? ш т ш ш т «да яхв т ггш ш п Частота дращения коленчатого бала дбиготеля, öS/muh

Рисунок 13 - Регуляторная характеристика двигателя СМД-62 (заводской номер 186416) трактора Т-150К (хозяйственный номер 548) по предлагаемой методике

В пятой главе «Определение технико-экономической эффективности применения разработанной методики и измерительно-вычислительного комплекса» приведен расчет эксплуатационных затрат при использовании базовой и новой методики. За базовый вариант принята стандартная методика (ГОСТ 18509-88), используемая Кубанской МИС. Результаты расчета экономической эффективности показали, что использование предлагаемой методики и измерительно-вычислительного комплекса обеспечит снижение эксплуатационных затрат на 69,1 %, а годовая экономия эксплуатационных затрат при диагностировании 24 двигателей в год на базе Кубанской МИС составит 374008,86 рублей. Чистый дисконтированный доход за срок существования измерительно-вычислительного комплекса составит более 2 миллионов рублей.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Существующая методика определения одномоментных номинальных показателей работы двигателя при неустановившихся режимах не соответствует динамическому процессу выполняемому им. В условиях переходных неустановившихся режимов, метод не точен и возникает необходимость разработки на его основе качественно новой методики диагностирования энергетических и топливо-экономических показателей двигателей с ГТН на всем диапазоне угловых скоростей, что позволит сократить затраты времени и трудоёмкость.

2. Методика диагностирования тракторных двигателей с турбонадду-вом должна быть основана на оценке динамических характеристик по ускорению его коленчатого вала в режиме свободного разгона и давлению наддува при полной загрузке. Для реализации этой методики скомплектован измерительно-вычислительный комплекс, состоящий из персонального компьютера с разработанным программным обеспечением, платы аналого-цифрового преобразования, платы сопряжений, индукционных датчиков импульсов, датчика давления и инвертора напряжения, что позволяет определять энергетические и топливо-экономические показатели двигателя с ГТН на всем диапазоне угловых скоростей.

3. Усовершенствованная методика и предложенный измерительно-вычислительный комплекс позволяют определить значения действительных моментов инерции диагностируемых двигателей с ГТН в широких пределах от 2 кг • м2 до 8 кг • м2 и получить полную регуляторную характеристику их в производственных условиях.

4. Установлено, что эффективная мощность двигателя с турбонадду-вом зависит от давления наддува на всем диапазоне угловых скоростей и описывается полиномом 2ой степени А1е = а • + /? • УУБН • рн + С, частные коэффициенты которого определяются экспериментально для каждой марки двигателя. Например для двигателей марки СМД-62 эти коэффициенты составляют: а = 0,006441;/? = 0,00003135; С = 55,761.

5. При использовании усовершенствованной методики диагностирования тракторного двигателя с турбонаддувом в производственных условиях затраты времени и труда снижаются в среднем на 25%, а трудоемкость диагностирования одного двигателя с ГТН с 8 чел-ч./шт. до 6 чел-ч./шт.

6. Экономия средств при использовании разработанной методики и измерительно-вычислительного комплекса может составить более 374 тысяч рублей в год.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ: а) в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Асатурян C.B. К определению основных показателей двигателей тракторов с турбонаддувом по ускорению коленчатого вала на переходном режиме / А.Г. Арженовский, C.B. Асатурян // Вестник ДГТУ. - Издательский центр ДГТУ, 2008. - № 4 (39). - С. 420-425.

2. Асатурян C.B. Определение энергетических и топливно-экономиче-ских показателей тракторного двигателя / А.Г. Арженовский, C.B. Асатурян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - М., 2010. - № 7. -С. 25-26.

б) в сборниках научных трудов:

3. Асатурян C.B. Совершенствование методики и средств определения энергетических и топливно-экономических показателей двигателей тракторов с турбонаддувом / А.Г. Арженовский, C.B. Асатурян // Инновационные технологии для АПК России. - Зерноград, 2008. - С. 289-293.

4. Асатурян C.B. Комплектование измерительного комплекса для определения основных показателей двигателей с ГТН / А.Г. Арженовский, C.B. Асатурян // Ресурсосбережение в сельскохозяйственном производстве. - Издательство РСЭИ, 2009. - С. 193-197.

5. Асатурян C.B. Диагностический комплекс для определения основных показателей двигателей с турбонаддувом / А.Г. Арженовский, C.B. Асатурян // Совершенствование конструкции и повышение эффективности эксплуатации колесных и гусеничных машин в АПК. - Зерноград, 2010. - С. IIIS.

в) в патентах РФ на изобретения:

6. С 1 2329510 RU G 01 Р 15/00. Устройство для измерения ускорения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на всем диапазоне скоростей / Н.В. Щетинин, А.Г. Арженовский, Д.В. Казаков, Д.О. Мальцев, C.B. Асатурян, С.Н. Микрюков (Азово-Черноморская государственная агроинже-нерная академия). - №2007108605/28; Заявл. 07.03.2007 // Изобретения. -2008. -№20.

7. С 1 2361187 RU G 01 M 15/04. Способ определения мощности двигателя внутреннего сгорания / Н.В. Щетинин, А.Г. Арженовский, Д.В. Казаков, Д.О. Мальцев, C.B. Асатурян, С.Н. Микрюков, И.И. Чичиланов (Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия). -№2007146150/06; Заявл. 11.12.2007 // Изобретения. - 2009. - №19.

8. № 2009615659. Программа для определения энергетических показателей дизельных двигателей на переходных режимах / С.В.Асатурян, А.Г. Арженовский, И.И. Чичиланов (Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия).- №2009614513; Заявл. 18.08.2009 // Изобретения. -2009.

ЛР 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 10.11.2010г.

Формат 60x84/16. Уч.-изд. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ №ЦЬЧ.

Редакционно-издательский отдел ФГОУ ВПО АЧГАА 347740, г.Зерноград, ул. Советская, 15.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

1.1 Методы диагностирования основных показателей дизельных двигателей с турбонаддувом.

1.1.1 Тормозные методы диагностирования основных показателей дизельных двигателей.

1.1.2 Бестормозные методы диагностирования основных показателей дизельных двигателей.

1.2 Выводы и задачи исследований.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ТУРБОНАДДУВОМ.

2.1 Программа теоретических исследований.

2.2 Недостатки существующей методики определения энергетических показателей двигателей по ускорению коленчатого вала и пути их устранения.

2.3 Диагностирование основных показателей дизельных двигателей с турбонаддувом.

2.3.1 Измерительно-вычислительный комплекс.

2.3.2 Запись закономерности движения коленчатого вала двигателя.

2.3.3 Определение действительного момента инерции двигателя

2.3.4 Определение мощности двигателя с ГТН по давлению наддува.

2.3.5 Определение топливо - экономических показателей двигателя.

2.4 Выводы.

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Объект исследований.

3.2 Программа экспериментальных исследований.

3.3 Определение повторности опытов.

3.4 Определение энергетических и топливо - экономических показателей двигателей с ГТН по стандартной методике.

3.5 Определение энергетических и топливо - экономических показателей двигателей с ГТН по предлагаемой методике.

3.5.1 Методика определения действительного момента инерции двигателя и запись закономерности движения коленчатого вала двигателя.

3.5.2 Методика определения передаточного отношения.

3.5.3 Методика определения давления наддува.

3.5.4 Методика определение топливо - экономических показателей.

3.6 Определение погрешности измерений показателей.

3.6.1 Определение погрешности измерений основных показателей тормозным оборудованием.

3.6.2 Определение погрешности измерений основных показателей разработанным измерительно-вычислительным комплексом.

3.7 Сравнительный анализ результатов.

3.7.1 Оценка адекватности результатов, полученных по стандартной и предлагаемой методикам.

3.7.2 Оценка адекватности результатов определения номинальных значений частоты вращения и мощности жиагностируемых двигателеи, полученных по стандартной и предлагаемой методикам.

4 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Результаты диагностирования дизельных двигателей с ГТН по стандартной методике.

4.2 Предлагаемая методика диагностирования тракторных двигателей с турбонаддувом.

4.3 Результаты диагностирования дизельных двигателей с ГТН по предлагаемой методике.

4.4 Адекватность результатов полученных по стандартной и предлагаемой методикам.

4.4.1 Оценка адекватности закономерности изменения давления наддува.

4.4.2 Оценка адекватности закономерности изменения эффективной мощности.

4.4.3 Оценка адекватности закономерности изменения удельного расхода топлива.

4.4.4 Результаты определения адекватности номинальных значений частоты вращения коленчатого вала и эффективной мощности диагностируемых двигателей.

4.5 Выводы.

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ И ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА.

5.1 Объект оценки экономической эффективности.

5.2 Исходные данные.

5.3 Расчёт эксплуатационных затрат.

5.4 Расчёт показателей эффективности.

5.5 Выводы.

Основой агропродовольственной политики на современном этапе развития страны является ускорение темпов роста объемов сельскохозяйственной продукции, повышение её конкурентоспособности, интеграция в мировое сельскохозяйственное производство и рынки продовольствия /11,14/.

Для производства сельскохозяйственной продукции применяют современные машинные технологии. Эксплуатация машин сопровождается процессами изнашивания, физическим и моральным старением. В результате ухудшаются технико - экономические показатели использования техники. Для поддержания машин в исправном состоянии необходимо управлять их техническим состоянием, своевременно и качественно проводить технические обслуживания и ремонты, осуществлять хранение техники при оптимальном расходовании трудовых и материальных ресурсов.

Огромный технико-экономический эффект даёт внедрение диагностирования - важной составной части планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонта машин. Оно позволяет полнее использовать межремонтный ресурс машин, устранить необоснованную разборку механизмов, сократить простои по техническим неисправностям, снизить трудоёмкость ремонта и технического обслуживания, поддерживать мощность и экономичность тракторов /15/.

Техническое диагностирование позволяет прогнозировать ресурс объекта диагностирования до очередного ремонта в соответствии с поставленным диагнозом и наработкой от начала эксплуатации новой или отремонтированной машины. Оно дает возможность не только определять техническое состояние составных частей машины, но и устанавливать виды и объёмы ремонтных работ безразборными методами, осуществлять переход на ремонт сложных машин агрегатным методом.

Вопросами диагностирования энергетических параметров двигателей занимались (ЛСХИ, БИМСХ, ГОСНИТИ, НАТИ, ГрузНИИМЭСХ, ВИМ,

ВНИПТИМЭСХ, СибИМЭ) Иофинов С.А., Шхвацабая Г.Я., Ждановский Н.С,, Вельских В.И., Райхлин Х.М., Коробочкин И.В. Змановский В.А., Лившиц В.М., Чувиков И.А., Рехтин A.C. Попов И.Е., также работа по данным вопросам велась на кафедре ЭМТП ФГОУ ВПО АЧГАА, Щетининым Н.В. и Арженовским А.Г.

Наибольший вклад в разработку методов и средств ТО и диагностирования внесли сотрудники Всероссийского научно-исследовательского технологического института ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГОСНИТИ).

Простой бестормозной метод диагностирования мощности основан на использовании механических потерь в отключенных цилиндрах в качестве нагрузки работающих цилиндров. Данный метод, разработан проф. Н. С. Ждановским. Мощность работающих цилиндров определяют на режиме перегрузки по частоте вращения коленчатого вала/16,18,39,42,106/.

В Сибирском филиале ВИМа разработан метод измерения мощностных параметров двигателей, основан на оценке динамических характеристик двигателя в неустановившихся режимах - при разгоне или выбеге, разработанный Ждановсим Н.С. совместно с Змановским В.А. и Лившицем В.М.

Широкое применение средств диагностирования обеспечило на практике увеличение использования ресурса и сокращения эксплуатационных издержек контролируемых деталей их соединений, систем тракторов и комбайнов в среднем на 30%. Разрабатываются технологии диагностирования тракторов и комбайнов по измеряемым диагностическим параметрам и качественным признакам /41/.

Задачи диагностирования непосредственно зависят от области его применения и назначения.

Диагностирование проводят как при техническом обслуживании, так и при ремонте.

При техническом обслуживании задачи диагностирования заключаются в установлении: необходимости отправки машины или её составных частей на специализированное ремонтное предприятие для проведения капитального ремонта; потребности в текущем ремонте машины или её составных частей; работоспособности механизмов и систем машины; перечня работ, которые необходимо выполнить при очередном техническом обслуживании.

Перечисленные задачи выполняются полностью или частично в зависимости от конкретного вида работ, предусмотренных системой технического обслуживания и ремонта машин.

Диагностирование тракторов проводится при всех видах периодического технического обслуживания, при технических осмотрах, простоях машин по техническим причинам, после окончания нормативного межремонтного периода, при оценке качества ремонта.

При техническом обслуживании № 3 и сезонном обслуживании проверяют общее состояние всех механизмов и систем двигателя, оценивают тяговые, мощностные и экономические показатели, которые являются основными обобщенными показателями его технического состояния. Проверка мощности и топливной экономичности двигателя позволяет обнаружить неисправности и нарушение регулировок в системе питания двигателя /84,37/.

В последние годы наблюдается тенденция оснащения сельскохозяйственных предприятий тракторами отечественных и зарубежных марок оборудованных газотурбинными нагнетателями, отличающимися высоким техническим уровнем. Поэтому изучение методов и средств диагностирования дизельных двигателей с газотурбинным наддувом является важной народнохозяйственной задачей.

На современном этапе развития широкое распространение получили бестормозные методы диагностирования, отличающиеся своей простотой и доступностью применения в рядовых хозяйствах. Наиболее перспективными являются бестормозные методы, основанные на оценке динамических характеристик двигателей с турбонаддувом/11/.

По мере развития методов и средств диагностики необходимость обслуживания и ремонта будет определяться не опытно-статистическими показателями периодичности, а на основе диагностирования и учета особенностей состояния двигателей с газотурбинным наддувом.

На основании выше изложенного объектом исследования является процесс диагностирования тракторного двигателя с турбонаддувом и средства для определения энергетических и топливо-экономических показателей его функционирования.

Предметом исследований являются закономерности, описывающие изменения основных показателей двигателя с газотурбинным наддувом от давления наддува при его разгоне.

В качестве рабочей гипотезы выдвинуто предположение о том что, точность определения основных показателей двигателей с ГТН основанной на оценке его динамических характеристик может быть повышена путем учета закономерностей изменения давления наддува и уточненной величины приведенного момента инерции двигателя.

В соответствии с рабочей гипотезой целью работы является повышение точности, снижение трудоёмкости и производственных затрат при определении основных показателей тракторных двигателей с турбонаддувом путём совершенствования методики и средств диагностирования в производственных условиях.

Для достижения поставленной цели потребовали решения следующие задачи исследований:

1. Обосновать применимость бестормозных методов диагностирования двигателей тракторов в режиме свободного разгона при переходном процессе с газотурбинным наддувом (ГТН);

2. Разработать методику и средства диагностирования двигателей с газотурбинным наддувом по ускорению коленчатого вала и давлению наддува;

3. Разработать способ определения момента инерции двигателя в производственных условиях;

4. Обосновать экономическую целесообразность применения предлагаемой методики и средств измерения.

В первой главе диссертации «Анализ существующих методов и средств диагностирования основных показателей дизельных двигателей» изложены результаты анализа известных технических решений в данной области, дан анализ методов диагностирования основных показателей дизельных двигателей. Анализ показал, что диагностирование двигателей тормозными методами являются более точными, но требуют дорогостоящего оборудования, существенных затрат и усилий на их подготовку и проведения. Бестормозные методы, уступая по точности тормозным, не требуют сложного и дорогого оборудования, отличаются простотой и доступностью применения в условиях рядовых хозяйств.

Во второй главе «Теоретическое обоснование методики и средств диагностирования основных показателей дизельных двигателей с турбонаддувом» обоснована необходимость, совершенствования методики диагностирования энергетических показателей двигателей по ускорению коленчатого вала. Получены зависимости для определения действительного момента инерции двигателя, определения мощности двигателя с турбонаддувом, определения топливо-экономических показателей дизельного двигателя.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены программа, общие и частные методики диагностирования основных показателей дизельных двигателей с турбонаддувом. В соответствии с программой исследований проводилось диагностирование двух двигателей с ГТН по стандартной (ГОСТ 18509-88) и предлагаемой методикам.

Четвертая глава содержит результаты экспериментальных исследований. Установлено, что применение разработанной методики и измерительно-вычислительного комплекса с достаточной достоверностью позволяет определить энергетические и топливо-экономические показателей двигателя с турбонаддувом. Проверена адекватность закономерностей изменения давления наддува, эффективной мощности и удельного расхода топлива диагностируемого двигателя, полученных по стандартной и предлагаемой методикам.

В пятой главе «Определение технико-экономической эффективности применения разработанной методики и измерительно-вычислительного комплекса» приведен расчет эксплуатационных затрат при использовании базовой и новой методики. За базовый вариант принята стандартная методика, используемая на базе Кубанской МИС. Результаты экономической эффективности показали что использование предлагаемой методики и измерительно-вычислительного комплекса обеспечивает снижение эксплуатационных затрат на 69,1 %, а годовая экономия эксплуатационных затрат составляет 374008,86 рублей.

В представленной к защите диссертации разработана методика и скомплектован измерительно-вычислительный комплекс, позволяющие диагностировать двигатели с ГТН по угловому ускорению коленчатого вала и давлению наддува и выполнить построение полной регуляторной характеристики.

Разработанные методика и измерительно-вычислительный комплекс позволяют повысить точность определения основных показателей двигателя с газотурбинным наддувом.

Научная новизна состоит в усовершенствовании методики и средств диагностирования двигателей с турбонаддувом основанной на оценке динамических характеристик двигателя при переходном процессе и при статических режимах работы, в результате которых получены:

- аналитическая зависимость действительного момента инерции двигателя с турбонаддувом от номинального ускорения коленчатого вала при разгоне двигателя без маховика и с маховиком с известным моментом инерции;

- зависимость давления наддува от частоты вращения коленчатого вала двигателя при разгоне трактора на всем диапазоне угловых скоростей;

- зависимость эффективной мощности двигателя с турбонаддувом от давления наддува (определены частные коэффициенты уравнения регрессии для двигателей СМД-62, с помощью которых корректируется значение мощности, полученное в режиме свободного разгона двигателя);

- зависимости для определения топливо-экономических показателей, на всем диапазоне угловых скоростей.

На защиту выносятся следующие научные результаты:

1. Теоретические предпосылки определения основных показателей двигателя с ГТН по ускорению коленчатого вала и давлению наддува.

2. Модели технических средств, позволяющие диагностировать двигатели с ГТН.

3. Методика и алгоритм диагностирования двигателя с ГТН на основании закона изменения угловой скорости коленчатого вала при его разгоне и давления наддува в режиме полной загрузки двигателя.

4. Результаты сравнительного диагностирования нескольких двигателей по предлагаемой и стандартной (тормозной) методикам.

Методы исследования включали теоретические исследования с использованием законов теоретической механики, методы математической статистики, применение стандартных гостированных методик, а также частных методик, разработанных для диагностирования двигателей с газотурбинным наддувом. Расчеты и обработка результатов экспериментальных исследований выполнялись с использованием ЭВМ и пакета прикладных программ.

Достоверность основных положений и полученных функциональных зависимостей подтверждена лабораторными и полевыми экспериментальными исследованиями.

Практическая значимость. Применение разработанной методики и измерительно-вычислительного комплекса позволяют определить основные показатели технического состояния двигателя с турбонаддувом без применения тормозного оборудования, а также осуществлять постоянный контроль технического состояния двигателя на протяжении всего периода эксплуатации, что позволит:

- оценивать общее техническое состояние двигателя с ГТН в производственных условиях и принимать решения о целесообразности дальнейшей эксплуатации;

- снизить трудоемкость диагностирования основных показателей двигателя с ГТН на 25%;

- получить экономический эффект, сократив эксплуатационные затраты при диагностике одного двигателя с ГТН на 15583,7 рублей.

Реализация работы. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГОУ ВПО АЧГАА на кафедре «Механизация растениеводства» при проведении лабораторных работ по дисциплине «Эксплуатация машинно-тракторного парка».

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на научно-практических конференциях ВНИПТИМЭСХ, ФГОУ ВПО ДГТУ, ФГОУ ДПО РИПКК АПК и ФГОУ ВПО АЧГАА в 2007-2010 г.г.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 7 работах, в том числе 3 патента РФ и две работы в изданиях из перечня ВАК Министерства образования и науки РФ.

Данная работа выполнена на кафедре «Механизации растениеводства» Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии в соответствии с научно-технической программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению АПК Российской Федерации и планом НИР ФГОУ ВПО АЧГАА на 2007-2010 гг.

Структура и объём работы. Работа содержит введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 116 наименований и приложения. Диссертация изложена на 153 страницах, включает 51 рисунок и 21 таблицу.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Существующая методика определения одномоментных номинальных показателей работы двигателя при неустановившихся режимах не соответствует динамическому процессу выполняемому им. В условиях переходных неустановившихся режимов, метод не точен и возникает необходимость разработки на его основе качественно новой методики диагностирования энергетических и топливо-экономических показателей двигателей с ГТН на всем диапазоне угловых скоростей, что позволит сократить затраты времени и трудоёмкость.

2. Методика диагностирования тракторных двигателей с турбонаддувом должна быть основана на оценке динамических характеристик по ускорению его коленчатого вала в режиме свободного разгона и давлению наддува при полной загрузке. Для реализации этой методики скомплектован измерительно-вычислительный комплекс, состоящий из персонального компьютера с разработанным программным обеспечением, платы аналого-цифрового преобразования, платы сопряжений, индукционных датчиков импульсов, датчика давления и инвертора напряжения, что позволяет определять энергетические и топливо-экономические показатели двигателя с ГТН на всем диапазоне угловых скоростей.

3. Усовершенствованная методика и предложенный измерительно-вычислительный комплекс позволяют определить значения действительных моментов инерции диагностируемых двигателей с ГТН в широких пределах от 2 кг • м2 до 8 кг • м2 и получить полную регуляторную характеристику их в производственных условиях.

4. Установлено, что эффективная мощность двигателя с турбонаддувом зависит от давления наддува на всем диапазоне угловых скоростей и описывается полиномом 2ой степени Ые = а • Л/|н + /? • Л^БН • рн + С, частные коэффициенты которого определяются экспериментально для каждой марки двигателя. Например, для двигателей марки СМД-62 эти коэффициенты составляют: а = 0,006441; /? = 0,00003135; С = 55,761.

5. При использовании усовершенствованной методики диагностирования тракторного двигателя с турбонаддувом в производственных условиях затраты времени и труда снижаются в среднем на 25%, а трудоемкость диагностирования одного двигателя с ГТН с 8 чел-ч./шт. до 6 чел-ч./шт.

6. Экономия средств при использовании разработанной методики и измерительно-вычислительного комплекса может составить более 374 тысяч рублей в год.

1. А 1 575524 СССР 2 в 01 Ь 23/08. Устройство для измерения мощности двигателей внутреннего сгорания Текст. /О.Д. Басецкий, В.В. Куликов, В.В. Петров . № 2116504/10; Заявл. 26.03.75 // Открытия. Изобретения. - 1977. -№37. - С.117.

2. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента Текст./ Ю.П. Адлер. М.: Металлургия, 1969. - 157 с.

3. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий Текст.: / Ю.П. Адлер, Е.В. Марков, Ю.В. Грановский. М.: Наука, 1976.-278 с.

4. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий Текст. / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.Б. Грановский. М.: Наука, 1976.-280 с.

5. Ю.Аллилуев В.А. К определению износа сопряжения поршень-гильза на основе вибрационных характеристик и бестормозных режимов Текст.: / В.А. Аллилуев // Записки Ленингр.с.-х. ин-та. 1967. - Т. 108, вып. 2. — С. 208-211.

6. П.Ананьин А.Д. Диагностика и техническое обслуживание машин Текст. / А.Д. Ананьин, В.М. Михлин, И.И. Габитов и др.// М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 432 е., 8 ил.

7. Арженовский, А.Г. Совершенствование методики и средств определения энергетических параметров двигателей тракторов в эксплуатационных условиях Текст.: дис. канд. техн. наук /Арженовский Алексей Григорьевич. -Зерноград, 2004. 118 с.

8. Артеменко H.A. Экономическая эффективность использования сельскохозяйственной техники Текст. / H.A. Артеменко. — М.: Агропромиздат, 1985.- 208 с.

9. Бельских В.И. Диагностика технического состояния и регулировка тракторов Текст. / В.И. Бельских // М.: «Колос». 1973. - 495 с.

10. Бельских В.И. Диагностирование и обслуживание сельскохозяйственной техники Текст. / В.И. Бельских // М.: «Колос». 1980. - 575 с.

11. Бельских В.И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов Текст. / В.И. Бельских. М.: Россельхозиздат, 1986. -399 с.

12. Болтинский В.Н. Мощность тракторного двигателя при работе с неустановившейся нагрузкой и ее определение /Текст. В.Н. Болтинский // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. -1959.-№2.-С. 3-8.

13. Болтинский В.Н. Мощность тракторного двигателя при работе с неустановившейся нагрузкой и ее определение Текст. / В.Н. Болтинский // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. 1959. -№ 4. - С. 13-16.

14. Болтинский В.Н. Работа тракторного двигателя при неустановившей ся нагрузке Текст. / В.Н. Болтинский. М.: Сельхозгиз, 1949. - 54 с.

15. Болтинский В.Н. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей Текст. / В.Н. Болтинский . М.: Сельхозгиздат, 1962. -391 с.

16. Болынев J1.H. Таблицы математической статистики Текст./ J1.H. Большее, Н.В. Смирнов. М.: Наука, 1983. - 416 с.

17. Бухгольц H.H. Основной курс теоретической механики. Ч. 2 Динамика системы материальных точек / H.H. Бухгольц. — М.: Наука, 1969. — 332 с.

18. Веденяпин Г.В. Безразборная проверка технического состояния тракторов Текст. / Г.В. Веденяпин. Волгоград: Нижне-Волжское кн. изд-во, 1967.

19. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных Текст. / Г.В. Веденяпин // М.: Колос, 1973. -195с.

20. Веденяпин Г.В. Эксплуатация машинно-тракторного парка Текст. / Г.В. Веденяпин, Ю.К. Киртбая, М.П. Сергеев. М.: Колос, 1968. - 341с.

21. Великанов K.M. Расчеты экономической эффективности новой техники: СправочникТекст./ K.M. Великанов. — JL: Машиностроение, 1975. 430 с.

22. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учебник для втузов /Е.С. Вентцель.- 2- е изд., перераб. и доп.- М.: Физматгиз, 1962.- 564 с.

23. Вентцель А. Д. Курс теории случайных процессов / А. Д. Вентцель. — М.: Наука, 1975.-320 с.

24. Вольф В.Г. Статистическая обработка опытных данных Текст. / В.Г. Вольф. М.: Колос, 1966,- 254 с.

25. Гурский Е.И. Теория вероятностей с элементами математической статистики Текст. / Е.И. Гурский. М.: Высш. школа, - 1971. - 328 с.

26. Джонсон Н. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы планирования эксперимента Текст. / Н. Джонсон, Ф. Лион. -М.: Мир, 1981.-516 с.

27. Длин A.M. Математическая статистика в технике Текст. / A.M. Длин. -М.: Советская наука, 1958.- 466 с.

28. Ждановский Н.С. Бестормозные испытания и система бестормозных характеристик автотракторных карбюраторных двигателей Текст. / Н.С. Жда-новский // Сб. науч. работ Ленингр. с.-х. ин-та. — 1953. — Т. 9. С. 127-147.

29. Ждановский Н.С. Бестормозные испытания тракторных двигателей / Н.С. Ждановский. — Л.: Машиностроеие, 1966. 177 с.

30. Ждановский Н.С. Диагностика автотракторных двигателей Текст. / Н.С. Ждановский, В.А. Аллилуев. A.B. Николаенко, Б.А. Улитовский. Л.: Колос, 1977.-264 с.

31. Ждановский Н.С. Диагностика дизелей автотракторного типа Текст. / Н.С. Ждановский, Б.А. Улитовский , В.А. Аллилуев. — Л.: Колос, 1970. 191 с.

32. Ждановский Н.С. К определению механических потерь автотракторных двигателей способом выключения цилиндров Текст. / Н.С. Ждановский // Автомобильная и тракторная промышленность. — 1952. — № 6. — С. 5-6.

33. Змановский В.А. Исследование переходных процессов ДВС Текст. /

34. B.А. Змановский, В.М. Лившиц, В.А. Змановский // Вопросы диагностики и обслуживания машин. Новосибирск, 1968. - С. 216-227.

35. Змановский В.А. Метод оценки мощности двигателя при работе трактора Текст. / В.А. Змановский // Тракторы и сельхозмашины. 1970. — № 3.1. C. 25-27.

36. Иофинов С.А. Определение эксплуатационных параметров и показателей работы агрегатов при вероятностном характере исследуемых величин

37. Текст. / С.А. Иофинов, Б.Л. Минцберг // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1971. - № 12. - С. 42-46.

38. Иофинов С.А. Система автоматизированного контроля работы трактора Текст. / С.А. Иофинов, H.H. Гевейлер, Ю.С. Смирнов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1978. - № 7. -С. 14-16.

39. Иофинов С.А. Эксплуатация машинно-тракторного парка Текст. / С.А. Иофинов. М.: Колос, 1974,- 480 с.

40. К определению основных показателей тракторных двигателей в условиях неустановившихся бестормозных режимов Текст. / М.М. Арановский, Б.А. Улитовский, И.Т. Агапов, Л.И. Карпов //Записки Ленингр. с.-х. ин-та. -1970.-Т. З.-С. 3-14.

41. К определению основных показателей тракторных двигателей в условиях неустановившихся бестормозных режимов Текст. / Н.С. Ждановский, Б.А. Улитовский, И.Т. Агапов, Л.И. Карпов // Записки Ленингр. с.-х. ин-та. Л.: 1970. - Т. 149, вып.З. - С.3-14.

42. Киртбая Ю.К. Организация использования машинно-тракторного парка Текст. / Ю.К. Киртбая. М.: Колос, 1974. - 288 с.

43. Киртбая Ю.К. Резервы в использовании машинно-тракторного парка Текст. / Ю.К. Киртбая. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1982. - 319с.

44. Козлов В.Ю. Исследование работы тракторов с форсированными двигателями на неустановившихся режимах: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -Зерноград, 1972. 22 с.

45. Красовский Г.И. Планирование эксперимента Текст. / Г.И. Красов-ский, Г.Ф. Филаретов. Минск: Изд-во БГУ, 1982. - 302 с.

46. Курочкин В.Н. Технико-экономический анализ инженерных решений: Учебное пособие Текст. / В.Н. Курочкин. — Зерноград: АЧГАА, 2003. 86 с.

47. Лебедев А.Н. Моделирование в научно-технических исследованиях / А.Н. Лебедев. -М.: Радио и связь, 1989. 224 с.

48. Лившиц В.М. Экспериментальное определение приведенного момента инерции тракторных двигателей Текст. / В.М. Лившиц, В.А. Змановский // Вопросы диагностики и обслуживания машин. Новосибирск, — 1968.

49. Лихачев B.C. Испытания тракторов: Учебное пособие для вузов Текст. / B.C. Лихачев. М.: Машиностроение, 1974. - 288 с.

50. Магнитский Ю.А. Метод непосредственного среднего индикаторного давления в цилиндре поршневого двигателя Текст. / Ю.А. Магнитский, В.Д. Карминский // Автомобильная промышленность. 1963. - № 10. — С. 6-8.

51. Мелешик H.H. Повышение эффективности функционирования машинно-тракторных агрегатов путем оптимизации инерционных вращающихся масс двигателя: Дис. . канд. техн. наук. Зерноград, 1995. - 221 с.

52. Мельников C.B. Методика испытаний машин с применением математической теории планирования экспериментов Текст. / C.B. Мельников, П.М. Рощип // Новое в методах испытаний тракторов и сельскохозяйственных машин. -М., 1970.-Вып. 6, разд. 2.-С. 196-204.

53. Мельников C.B. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов Текст. / C.B. Мельников Л.: Колос, 1980. - 168 с.

54. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Ч. 2. Нормативно справочный материал Текст. /Минсельхозпрод РФ.-М.:ВНИИЭСХ, 1998.-253 с.

55. Методика статистической обработки информации о надежности технических изделий на ЭЦВМ. — М.: Изд-во стандартов, 1974. — 56 с.

56. Методика энергетического анализа технологических процессов в сельском хозяйстве. — М: ВИМД995.71 .Методические рекомендации по испытанию тракторных агрегатов в эксплуатационных условиях. Киев: УНИИМЭСХ, 1974. - 98 с.

57. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. М.: Информэлектро, 1994. -114 с.

58. Методические указания по разработке технологии и средств диагностирования машин. М.: ГОСНИТИ, 1975. - 45 с.

59. Михлин В.М. Направление исследований в области диагностики и прогнозирования технического состояния машин Текст. / В.М. Михлин // Труды Всесоюз. н.-и. технол. ин-та ремонта и эксплуатации машинно тракторного парка. - М., 1970. - Т.24. - С. 88-106.

60. Михлин В.М. Прогнозирование технического состояния машин Текст. / В.М. Михлин. М.: Колос, 1976. - 288с.

61. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль Текст. / А.Е. Мудров. Томск: МП «РАСКО», 1991. - 272с.

62. Немировский A.C. Вероятностные методы в измерительной технике (Измерение стационарных случайных процессов) / A.C. Немировский. М.: Изд-во стандартов, 1964-216с.

63. Николаенко A.B. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей Текст. / A.B. Николаенко. М.: Колос, 1984. - 335 с.

64. Нормативно справочный материал для экономической оценки сельскохозяйственной техники-М.: ЦНИИТЭИ, 1980.-296 с.

65. Свирщевский А.Б. Влияние протекания характеристики крутящего момента на работу двигателя при не установившейся нагрузке / А.Б. Свирщев-ский Текст. // Тракторы и сельхозмашины. 1959. - № 6. - С. 13-15.

66. Скибневский К.Ю. Технологические рекомендации по организации диагностирования тракторов Текст. / К.Ю. Скибневский, В.И. Савельев, Ю.Ю. Титов, Г.Я. Тельнова, Н.М. Хмелева // М.: ГОСТНИТИ, 1980 - 135с.

67. Смирнов Н.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений / Н.В. Смирнов, И.В. Дунин-Барковский. М.: Наука, 1965.-511 с.

68. Старик Д.Э. Как рассчитать эффективность инвестиций / Д.Э. Старик. М.: Финстатинформ, 1996 - 93 с.

69. Статистические методы в инженерных исследования : Лабораторный практикум Текст. / В.П. Бородюк, А.П. Вощинин, А.З. Иванов и др. М.: Высш. школа, 1983. — 216 с.

70. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник Текст. / М.Н. Степнов. М.: Машиностроение, 1985.-232 с.

71. Терских И.П. Испытание мощных двигателей на маломощных тормозных установках Текст. / И.П. Терских // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1966. - № 11. — С. 28-29.

72. Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний: ГОСТ 705781. М.: Изд-во стандартов, 1985. — 25 с.

73. Тракторы сельскохозяйственные. Определение показателей при испытаниях через вал отбора мощности: ГОСТ 30747-2001. М.: Изд-во стандартов, 2002. - 8 с.

74. Устройство измерительное ИМД-ЦМ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации: Инструкции по техническому диагностированию дизелей 2.781.802 Д. -М, 1989. 82 с.

75. Учет основных средств. Методические рекомендации. Амортизация. Нормы,- М.: Изд-во "Ось-89", 1999. 208 с.

76. Хан Г. Статистические модели в инженерных задачах Текст. / Г. Хан, С. Шапиро; Пер. с англ. М.: Мир, 1969. - 395с.

77. Цеддиес Ю. Экономика сельскохозяйственных предприятий: Учебное пособие Текст. / Ю. Цеддиес, Э. Райш, A.A. Угаров. — М.: Издательство МСХ, 2000.-400 с.

78. Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля Текст. / Д.А. Чудаков. -М.: Колос, 1972. 384с.

79. Шеффе Г. Дисперсионный анализ Текст. / Г. Шефе; Пер. с англ. -М.: Физматгиз, 1963-625с.

80. Шешин А.И. Теоретическое и экспериментальное исследование работы тракторного двигателя СМД-18Б при неустановившейся нагрузке: Авто-реф. дис. . канд. техн. наук. Челябинск, 1974. -25с.

81. Шпилько A.B. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники Текст. / A.B. Шпилько. М., 1998.-219 с.

82. Шпилько A.B. Методика определения экономической эффективности технологий сельскохозяйственной техники. Часть 1 Текст. /A.B. Шпилько, В.И. Драгайцев, Н.М. Морозов. М.: М-во сел. хоз-ва и продов. РФ, 1998.

83. Шпилько A.B. Методика определения экономической эффективности технологий сельскохозяйственной техники. Часть 2 Текст. /A.B. Шпилько, В.И. Драгайцев, Н.М. Морозов. М.: М-во сел. хоз-ва и продов. РФ, 1998.

84. Шубин В.М. Исследование способов выключения цилиндров и измерения расхода топлива в условиях бестормозных режимов тракторных двигателей Текст. / В.М. Шубин // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1959.-С. 112-118.

85. Шхвацабая Г .Я. Приборы и методы их применения при испытаниях и исследованиях тракторов и сельскохозяйственных машин Текст. / Г.Я. Шхва-цабая. — Тбилиси: Изд-во Мецниереба, 1967 238с.

86. Щетинин Н.В. Методика и результаты определения углового ускорения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания Текст. / Н.В. Щетинин, А.Г. Арженовский // Технологии и средства механизации полеводства. Зерно-град, 2002.-С. 168-172.

87. Щетинин Н.В. Методика определения энергетических параметров двигателя по угловому ускорению коленчатого вала на переходном режиме Текст. / Н.В. Щетинин, А.Г. Арженовский / АЧГАА. Зерноград, 2004. - 6 с. Деп. в ВИНИТИ 09.03.04 №402-В2004.

88. Ш.Щетинин H.B. Особенности измерения углового ускорения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания Текст. / Н.В. Щетинин, А.Г. Арже-новский // Материалы науч. конф. АЧГАА — Зерноград, 2001— Вып. 2. С. 81— 82.

89. Экономическая оценка конструкторской части дипломных проектов, выполняемых на кафедрах сельскохозяйственных машин и эксплуатации машинно-тракторного парка: Методические указания. Зерноград, 2001

90. Экономическая эффективность механизации сельскохозяйственного производства Текст. / A.B. Шпилько, В.И. Драгайцев, Н.М. Морозов и др. М, 2001.-346 с.

91. Юдин М.И. Планирование эксперимента и обработка его результатов Текст. / М.Ю. Юдин // Краснодар: КГАУ, 2004. - 239с.

92. Пб.Юлдашев А.К. Изменение индикаторных показателей тракторного двигателя при неустановившейся нагрузке Текст. / А.К. Юлдашев // Тр. Мос-ков. ин-т механизации и электрификации сел. хоз-ва. -1960. С.42-45.