автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Совершенствование технологии испытания и улучшение топливно-экономических показателей тракторных дизелей

Введение

1. Состояние вопроса, цель, задачи и структура исследований

1.1. Методы испытаний дизелей

1.1.1. Нагарообразование в распыливающих отверстиях распылителей форсунок дизелей

2.1.2. Анализ методов ускоренных испытаний на нагарообразование в распылителях форсунок

1.2. Анализ технологии комплектования топливной аппаратуры тракторных дизелей

1.3. Цель, задачи и структура исследований

2. Обоснование режима испытаний дизеля СМД-62 на нагарообразование в распыливающих отверстиях распылителей форсунок

2.1. Модель нагарообразования в распыливающих отверстиях распылителей форсунок дизелей

2.2. Расчет условий нагарообразования

2.3. Обоснование режимов ускоренных испытаний

3. Методика экспериментальных исследований

3.1. Методика безмоторных исследований

3.1.1. Анализ размерных цепей качающего узла

3.1.2. Средства и методика статистических исследований деталей качающего узла топливного насоса НД-22/

3.1.3. Точность проводимых измерений

3.1.4. Методика безмоторных испытаний

3.2 Методика стендовых испытаний дизеля СМД

4. Результаты экспериментальных исследований

4.1. Результаты статистических исследований размеров деталей качающего узла и гидравлической плотности секций высокого давления топливного насоса НД-22/

4.2. Результаты безмоторных исследований топливного насоса НД-22/

4.3. Результаты стендовых испытаний дизеля СМД-62 на интенсивность нагарообразования в распылителях форсунок и дымность отработавших газов

5. Совершенствование технологии испытаний дизелей на нагарообразование в распылителях форсунок и разработка рекомендаций по комплектованию качающих узлов топливных насосов НД-22/

5.1. Усовершенствованная технология испытаний дизелей 85 на нагарообразование в распылителях форсунок

5.2. Рекомендации по комплектованию качающих узлов топливных насосов высокого давления НД-22/

6. Экономическая эффективность, предлагаемых мероприятий 91 Общие выводы 94 Список литературы 97 Приложения

Используемые сокращения

ВМТ - верхняя «мертвая» точка.

КУ - качающий узел.

НМТ - нижняя «мертвая» точка.

ОГ - отработавшие газы.

ПКВ - поворот коленчатого вала.

ПКН - поворот кулачкового вала топливного насоса

РО - распиливающие отверстия.

РФД - распылители форсунок дизелей.

СВД - секция высокого давления.

ТНВД - топливный насос высокого давления.

ЦТ - цилиндровые газы.

В двигателестроении при создании новых моделей и совершенствовании выпускаемых серийно дизелей большая часть времени приходится на испытания дизеля и его систем.

При форсировании современных дизелей часто встает проблема интенсификации нагарообразования в распылителях форсунок вследствие увеличения их тепловой напряженности. Рядом исследователей установлено влияние топливной аппаратуры на нагарообразование в распылителях, но эти исследования распространяются в основном на рядные топливные насосы высокого давления. Влияние комплектования топливных насосов на нагарообразование в распылителях форсунок дизелей до конца не раскрыто из-за отсутствия технологии испытания дизелей на нагарообразование, позволяющей проводить испытания без искажения параметров топливоподачи и рабочего процесса дизеля.

Целью данной работы является совершенствование технологии испытаний и улучшение топливно-экономических показателей тракторных дизелей.

Научная новизна представлена моделью, оценивающей нагарообразование в распылителях форсунок дизелей по количеству теплоты, подведенному к нагарообразующему материалу за цикл, алгоритмом и программой расчета нагарообразования в распылителях форсунок, результатами моделирования нагарообразования в ускоренных испытаниях с обоснованием скоростного и теплового режимов испытаний, количественно-оценочными характеристиками влияния комплектования качающего узла топливного насоса высокого давления дизеля СМД-62 на нагарообразование в распылителях форсунок.

Практическая значимость представлена усовершенствованной технологией испытаний дизелей на нагарообразование в распылителях форсунок, разработанной и внедренной в АО «Мотор» Калининского района Тверской области, оснасткой для комплектования качающих узлов топливных насосов НД-22/6, рекомендациями и программным обеспечением для комплектования качающих узлов топливных насосов НД-22/6.

Общие выводы

1. Разработанная модель нагарообразования в распылителях форсунок дизелей, в которой нагарообразование оценивается по количеству теплоты, подведенному к нагарообразующему материалу за цикл, позволила обосновать скоростной и тепловой режимы испытаний дизеля, усовершенствовать технологию испытания дизелей на нагарообразование, провести исследование влияния комплектования качающих узлов топливного насоса НД-22/6 на нагарообразование в распылителях форсунок.

2. Моделированием нагарообразования в распылителях форсунок дизеля СМД-62 обоснованы скоростной и тепловой режимы испытаний на нагарообразование при частоте вращения коленчатого вала 1700 ± 50 мин"1 на внешней регуляторной характеристике, установочном угле опережения впрыскивания топлива 0==-26° поворота коленчатого вала при изменении температуры распылителя от температуры штатного установочного узла форсунки до 265 ±5 °С. При этом на основании анализа балансов теплоты, подведенной к нагарообразующему материалу, установлено, что коэффициент коксования распыливающих отверстий составит 2,7% в час, что обеспечивает проведение ускоренных испытаний. Полученный при испытаниях коэффициент коксования в интервале 0.6,2% в час подтверждает адекватность разработанной модели нагарообразования.

3. На основании анализа составленных размерных цепей и измерения их звеньев установлено, что величина перекрытия наполнительных отверстий секций высокого давления топливного насоса НД-22/6 изменяется от -1,36 до 1,21 мм, высота полости сжатия - от 1,5 до 4,2 мм. Исследования гидроплотности секций высокого давления показывают, что она может изменяться от 0 до 207с. Учитывая значительный диапазон изменения этих величин, необходима оценка их влияния на нагарообразование.

4. В результате проведения безмоторных испытаний установлено, что величина перекрытия наполнительных отверстий и гидроплотность секций высокого давления оказывает значительное влияние на параметры топливо-подачи. Так максимальное давление топлива перед форсункой на номинальном режиме при изменении величины перекрытия наполнительных отверстий от -0,45 до 0,37 мм возросло с 19 до 36 МПа, а при дальнейшем изменении этой величины до 0,85 мм снизилось до 23 МПа. При изменении гидроплотности от 0 до 35 с максимальное давление топлива перед форсункой на номинальном режиме возросло с 21 до 34 МПа, а при дальнейшем ее увеличении - до 42 МПа.

5. В результате проведения безмоторных испытаний установлено, что высота полости сжатия не оказывает влияния на параметры топливоподачи. Так при ее изменении от 1,5 до 4,2 мм изменения максимального давления топлива перед форсункой не установлено.

6. На основании стендовых моторных испытаний установлено, что изменение величины перекрытия наполнительных отверстий плунжером и гидроплотность секций высокого давления топливного насоса НД-22/6 дизеля СМД-62 оказывают влияние на интенсивность нагарообразования, эффективную мощность, удельный эффективный расход топлива и дымность отработавших газов. Рекомендуется при комплектовании качающих узлов топливных насосов НД-22/6 использовать секции высокого давления с гидроплотностью более 35 с. при величине перекрытия наполнительных отверстий 0+0,1 мм. При таком комплектовании обеспечивается снижение интенсивности нагарообразования в распылителях форсунок на 10%, номинальная эффективная мощность в пределах 121. 124 кВт, минимальный удельный эффективный расход топлива 242.248 —-—, дымность ОГ не превышает кВт*ч предельно допустимой по ГОСТ 17.2.2.01-84.

7. Экономический эффект от усовершенствованной технологии испытаний распылителей форсунок на нагарообразование при годовой программе 10 испытаний в год составляет 679 руб. на 1 испытание. Экономический эф

96 фект от внедрения рекомендаций по комплектованию качающих узлов топливных насосов НД-22/6 при капитальном ремонте одного насоса составляет 42 руб. 38 коп.

1. А.С. 501189 СССР, МКИ F02 М 65/00. Способ испытания форсунки на за-коксовывание. / Ждановский Н.С., Николаенко А.В. и др. (СССР). № 2014804/24-6; заявлено 11.04.74, опубликовано 30.01.76. Бюл. № 4.

2. А.С. 979672 СССР. Установка для безразборного раскоксовывания форсунок двигателя внутреннего сгорания./ Н.С. Ждановский, А.В. Николаенко, В.П. Зуев и др. Опубл. В Б.И., 1982 №45.

3. Автомобильные и тракторные двигатели., под ред. Ленина И.М.-М.: Высшая школа, 1969. 656 с.

4. Аллилуев В.А., Ждановский Н.С., Николаенко А.В. и др. Техническая диагностика тракторов и зерноуборочных комбайнов. М.: Колос, 1978. 287 с.

5. Антипов В.В. Ремонт и регулирование топливной аппаратуры дизельных тракторов. Саратов, 1965. 180 с.

6. Астахов И.В. Учет опасности перегрева распылителя при расчете и выборе параметров топливной системы дизеля. // Двигателестроение. №12, 1983. с. 11 -13.

7. Ачкасов К.А., Вегера В.П. Ремонт приборов системы питания и гидравлической системы тракторов, автомобилей и комбайнов. М.: Высшая школа, 1981.-287 с.

8. Барковский А.И., Моисеев А.И. Влияние конструктивных параметров форсунки на закоксовывание распылителей. // Записки Воронежского СХИ. т. 62,1974. с. 234-239.

9. Барсуков С.И. Восстановление характеристик топливной аппаратуры тракторных дизелей. Омск, 1977. 87 с.

10. Ю.Бахтиаров Н.И., Логинов В.Е. Производство и эксплуатация прецизионных пар. -М.: Машиностроение, 1979. -205 с.

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

12. Баширов P.M. Основные показатели работы топливных систем автотракторных дизелей. Ульяновск, 1978. 85 с.

13. Безуглый А.П. Максимально допустимая температура распылителей. // Автомобилестроение. № 1, 1971. с. 78 81.

14. Белявцев А.В. Влияние топливоподачи на работу дизеля.// Техника в сельском хозяйстве, №1, 1987. с. 30-33.

15. Берденников Е.А. Повышение эффективности использования тракторного парка на основе учета индивидуальных показателей надежности.: автореферат дисс. канд. техн. наук, СПб.: СГ1ГАУ, 2001 20 с.

16. Брозе Д.Д. Сгорание в поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1969. 248 с.

17. П.Бурдыкин В.Д. Закоксовывание многоструйных распылителей. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1983. № 12, с. 13-14.

18. Бурдыкин В.Д., Журавец И.Б., Кухарев М.Н., Кольцов М.В. Распылитель форсунки с повышенным теплоотводом иглы. //Пути улучшения технико-эксплуатационных качеств с.-х. тракторов: Сб. науч. тр. Воронеж, 1984, с. 19-25.

19. Васильев Ю.А., Куков С.С. Диагностирование плунжерных пар топливного насоса дизельного двигателя по осциллограмме давления топлива.// Материалы всесоюзной конференции Л.: 1986. с. 136-142.

20. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: «Колос» 1973 196 с.

21. Величкин И.Н., Зубиетова М.П., Антонников А.А., Морозов А.В. Эксплуатационные режимы основа ускоренных испытаний тракторных дизелей. // Тракторы и сельхозмашины. №11, 1987. с. 34-37.

22. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. М.: 1962. 271 с.

23. Волков В.В., Алысин Ж.И. Метод измерения геометрического активного хода плунжера. // Материалы Межгосударственного научно-технического семинара. Вып.7, Саратов 1996. с. 66-68.

24. Вукалович М.П., Новиков И.И. Техническая термодинамика. М-Л.: 1962. 304 с.

25. Глаголев Н.М. Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания. Новый метод расчета. Киев - Москва.: Машгиз, 1950. 479 с.

26. Голубков JI.H. Гидродинамические процессы в топливных системах дизелей при двух фазном состоянии топлива.// Двигателестроение, №1, 1987. с. 32-35.

27. Гольман Е.З., Злотников В.М, Окань Н.П., Петров П.П. О технических требованиях стандартов на плунжерные пары и распылители. // сб. научн. тр. ЦНИТА, 1977. с. 68-73.

28. Горелик Г.Б., Соколов В.В., Зайчатников В.Ф. Использование математического планирования эксперимента для выбора основных размеров топливной аппаратуры высокофорсированного дизеля. // Двигателестроение. №4, 1986. с 27-28.

29. ГОСТ 10578-96 Насосы топливные дизелей. Общие технические условия.// М.:Издательство стандартов, 1996.

30. ГОСТ 17.2.2.01-84 Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений.//М.: Издательство стандартов, 1984. 9 с.

31. ГОСТ 18509-88 Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний.//М.: Издательство стандартов, 1988. 16 с.

32. Гункин Г.Ф., Полишук В.И. О повышении эффективности ремонта топливных насосов и форсунок тракторных и комбайновых дизелей. // сб. научн. тр. ЩИТА, 1983.-с. 15-20.

33. Давыдов Г.А., Овсянников М.К. Температурные напряжения в деталях судовых дизелей. Л.: Судостроение, 1969. с. 238.

34. Данилов A.M. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. М.: Химия, 1996. с. 23-24.

35. Двигатели армейских машин. Часть вторая. Конструкция и расчет. М.: «Воениздат», 1972. 568 с.

36. Двухсекционные топливные насосы распределительного типа 221.1111004, 221.1111004-10, 221.1111004-20, 221.1111004-40. Паспорт изд.-2-е. Вильнюс,1976.

37. Дзотцев Б.А. Исследование способа безразборного раскоксовывания многосопловых распылителей. // Сб. тр. ЛСХИ. т. 368. с. 78.

38. Диджюлис А.А., Журбенко В.И. Ремонт топливной аппаратуры на промышленную основу. // сб. научн. тр. ЦНИТА, 1983. с. 3-4.

39. Дизели. Справочник. Д.: Машиностроение, 1964. 600 с.

40. Дизели. Справочник. Д.: Машиностроение, 1977. 480 с.

41. Дизель СМД-60 и его модификации. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 60-0000l.OOTO. Харьков: 1987. 208 с.

42. Итинская Н.И., Кузнецов Н.А. Справочник по топливу, маслам и техническим жидкостям. М.: Колос, 1982. 205 с.

43. Кислов В.Г., Баширов P.M., Попов В.Я. Топливные насосы распределительного типа. М.: Машиностроение, 1975. 149 с.

44. Коваль И.А., Бутара В.А., Вахтель В.Ю. и др. Дизель СМД-60. М.: Колос, 1979. 272 с.

45. Козырев Д.М. Влияние нагрузочных режимов работы дизеля СМД-62 на характеристику впрыскивания. // Тезисы докладов науч.-практ. конф. Тверь: ТГСХА, 1996. с. 180-181.

46. Козырев Д.М. Разработка усовершенствованной технологии ускоренных испытаний распылителей форсунок дизелей на закоксовывание.: дисс. канд. техн. наук. / СПб.: СПГАУ, 1998. 147 с.

47. Кокорев Ю.А. Универсальный метод ускоренных испытаний и оценки работоспособности распылителей форсунок дизелей на закоксовывание.: дисс. канд. техн. наук. Л.: ЛСХИ, 1989.

48. Кокорев Ю.А., Козырев Д.М. Моделирование рабочей температуры распылителей форсунок дизелей на безмоторном стенде. // Тезисы докладов науч.-практ. конф. Тверь: ТГСХА, 1996. с. 179 180.

49. Кокорев Ю.А., Учайкин Ю.С. Изменение показателей работоспособности форсунок дизелей СМД-62 в эксплуатации. //Тезисы докладов X научно-практической конференции. Калинин, 1987, с. 232-233.

50. Котиков Ю.Г., Горев А.Э., Варшавский Ю.М., Мамин Б.В. Стабилизация параметров топливной аппаратуры, как фактор экономии эксплуатационных затрат. //Двигателестроение. №3, 1987. с. 42-45.

51. Крейс Л.И., Карташевич А.Н., Занько В.М. Исследование надежности топливной аппаратуры дизелей в условиях рядовой эксплуатации // Материалы всесоюзной конференции Л.: 1986. с. 193-201.

52. Кривенко П.М., Федосов И.М., Аверьянов В.Н. Ремонт дизелей сельскохозяйственного назначения. М.: Агропромиздат, 1990. -271 с.

53. Кривов В.В. Повышение качества распределительных топливных насосов посредством стабилизации процесса впрыскивания.: автореферат дисс . канд. техн. наук /Л.: 1990. 24 с.

54. Кузовлев В.А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. М.: «Высшая школа», 1983. 335 с.

55. Кузютин Е.Ф. Разработка и исследование метода ускоренного определения отказов штифтовых форсунок на основе раздельного впрыска топлива.: автореферат дисс. канд. техн. наук. /Л.: ЛСХИ, 1975. 18 с.

56. Ленский А.В., Хаширов Ю.М., Бацежев Х.Х. Обоснование режима технического обслуживания форсунок дизелей комбайнов. // Тезисы докладов научно-технического семинара ЛСХИ, 1989. с. 11-12.

57. Лошаков В.И., Сушкевич М.В. Опыт ремонта дизельной топливной аппаратуры. М.: Колос, 1969. 87 с.

58. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. - 599 с.

59. Максимов А.Т. Исследование теплового состояния распылителей форсунок дизеля с теплоизолирующими покрытиями. // сб. научн. тр. ЛСХИ, 1979. с. 39-42.

60. Максимов А.Т. Метод ускоренных испытаний на закоксовывание распылителей бесштифтовых и клапанных форсунок автотракторных дизелей сельскохозяйственного назначения.: автореферат дисс. канд. техн. наук. /Л.: ЛСХИ, 1979. 18 с.

61. Марков В.А, Кислов В.Г., Хватов В.А. Характеристики топливоподачи транспортных дизелей. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 160 с.

62. Математическое моделирование и исследование процессов в двигателях внутреннего сгорания. / под ред. Вагнера В.А., Иващенко Н.А., Русакова В.Ю. Барнаул, 1997. 198 с.

63. Мельников С.В., Алешкин В.Р, Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: «Колос», 1980. 168 с.

64. Мичкин И. А. К вопросу закоксовывания много дырчатых распылителей. // Тракторы и сельхозмашины. 1969, № 1. с. 11-13.

65. Мичкин И.А. О проектировании сопловых отверстий многодырчатых распылителей. // Тракторы и сельхозмашины. 1965, № 7. с. 12-13.

66. Мичкин И.А. О проектировании сопловых отверстий многодырчатых распылителей. // Тракторы и сельхозмашины. 1966, № 6. с. 4-5.

67. Моисеев А.И., Бурдыкин В.Д. Влияние закоксовывания распылителей форсунок на эффективные показатели дизеля. // Труды Воронежского СХИ. т. 109. с. 71-74.

68. Моторные топлива и масла и жидкости, т.2./ под ред. Папок К.К. и Семенидо Е.Г. М.: Гостоптехиздат, 1953. 343 с.

69. Мылов А. А. Оценка технического состояния плунжерных пар. // Тезисы докладов научно-технического семинара ЛСХИ, 1989. с. 12-13.

70. Николаенко А.В. Научные основы путей повышения эксплуатационной надежности энергетических установок мобильных сельхозагрегатов в связи с характером протекания рабочего процесса.: дисс.докт. техн. наук. /Л.: 1973.

71. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. М.: Колос, 1992. 414 с.

72. Николаенко А.В., Ложкин В.Н., Долгушин В.А., Фомичев А.И. Комплексное влияние регулировочных параметров топливной аппаратуры на основные показатели работы тракторных дизелей. // Двигателестроение. № 4, 1990. с. 28 30.

73. Николаенко А.В., Хватов В.Н. Повышение эффективности использования тракторных дизелей в сельском хозяйстве. Л.: Агропромиздат, 1986. 191 с.

74. Одноплунжерные топливные насосы распределительного типа НД-21. Паспорт изд.-2-е. Вильнюс, 1976.

75. Папок К.К., Випер А.Б. Нагары, лаковые отложения и осадки в автомобильных двигателях. М.: Машгиз, 1956. 156 с.

76. Парфенов Н.В. К оценке процесса сгорания топлива утяжеленного фракционного состава в тракторном двигателе Д-240. // Материалы всесоюзной конференции Л.: 1986. с. 257- 260.

77. Петриченко М.Р. Блокирующее действие вращательного движения газа на теплопередачу в камере сжатия (сгорания) // Двигателестроение. № 4, 1990. с. 57 58.

78. Петриченко P.M., Русинов Р.В. Теплоообмен в топливном факеле. // Двигателестроение. № 1, 1983. с. 9-12.

79. Петров В.П., Вотинцев В.Г., Логинов Н.В. Совершенствование процесса сгорания в быстроходных дизелях, форсированных наддувом. // Материалы всесоюзной конференции Л.: 1986. с. 214-217.

80. Покрашенко С.М. Обеспечение работоспособности топливных насосов высокого давления дизельных двигателей путем совершенствования технологии ремонтно-профилактических работ.: автореферат дисс.канд. техн. наук./ СПб.: СПГАУ, 1998. 18 с.

81. Прокопов Н.В. Колебание давление топлива в форсунке и проникновение газов в распылитель.// сб. научн. тр. Воронежский СХИ, 1987. с. 31-37.

82. Прокопов Н.В., Бурдыкин В.Д. Влияние температуры многосоплового распылителя на его закоксовывание. // Известие высших учебных заведений. № 11, 1979. с. 154- 156.

83. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: «Высшая школа», 1975. 256 с.

84. Расчет рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания. Справочное пособие / под ред. Орлина А.С. М.: Машгиз, 1958. 159 с.

85. Режимы работы двигателей энергонасыщенных тракторов./Ждановский Н.С., Николаенко А.В., Шкрабак B.C. и др. / JI.: Машиностроение, 1981. 240 с.

86. Ремонт дизельной топливной аппаратуры. Система эталонирования РТ 700 001.044-79 М.: 1979. 13 с.

87. Самохвалов А.Е. Исследование характера распределения отклонений размеров секций высокого давления топливного насоса НД-22/6. // сб. научн. тр. ЦНИТА, 1975. с. 47-53.

88. Свиридов Ю.Б. Топливные насосы распределительного типа для тракторных и комбайновых дизелей.// Двигателестроение, №1, 1987. с. 8-14.

89. Селиванов А.И., Артемьев Ю.Н. Теоретические основы ремонта и надежности сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1978. 248 с.

90. Смирнов В.Г. Исследование и разработка комплексного метода ускоренных испытаний и оценки работоспособности форсунок дизелей с воздушным охлаждением.: диес. канд. техн. наук. /Л.: ЛСХИ, 1982. 154 с.

91. Смирнов В.Г., Кокорев Ю.А., Татаринцев В.А. Влияние закоксованности распылителей форсунок на параметры топливоподачи дизелей.// Материалы всесоюзной конференции Л.: ЛСХИ, 1986. с.201-204.