автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Техническое обслуживание топливной аппаратуры дизеля при работе на модифицированном топливе

На правах рукописи

АЛУШКИН ТИМОФЕИ ЕВГЕНЬЕВИЧ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ ДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ НА МОДИФИЦИРОВАННОМ ТОПЛИВЕ

05.20.03 — Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве (технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 АВГ 2014

005551461

Новосибирск 2014

005551461

Работа выполнена на кафедре «Автомобили и тракторы» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Амстов Вннур Абдурафисвич

Официальные оппоненты:

Альт Виктор Валентинович,

доктор технических наук, профессор, член-корреспондепт РАН, Государственное научное учреждение «Сибирский физико-технический институт аграрных проблем» Российской академии сельскохозяйственных наук, директор

Федоров Сергеи Павлович,

кандидат технических наук, доцент. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный аграрный университет», кафедра «Эксплуатация машинно-тракторного парка», профессор

Ведущая организация

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»

Защита диссертации состоится 3 октября 2014 года в 12 часов па заседании диссертационного совета ДМ 006.059.01 при Государственном научном учреждении Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 630501, Новосибирская область. Новосибирский район, п. Краснообск - 1, а/я 460. ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии: телефон, факс (383) 348-12-09; e-mail: sibitne'w'ngs.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии, автореферат размещен на сайте www.vak2.ed.gov.ru , автореферат и диссертация размещены на сайте www.sibime-rashn.ru

Автореферат разослан

31 С9-

2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

В.В. Коротких

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в агропромышленном комплексе (АПК) основную работ)' выполняет техника, обладающая малым остаточным ресурсом. Мощностные и топливно-энергетические показатели дизелей у такой техники зачастую не соответствуют требованиям нормативной документации. Так, значительная часть (80...85 %) дизелей тракторов в эксплуатации не развивает установленной мощности и имеет повышенный расход топлива. Это приводит к снижению производительности и сверхнормативному расходу топлива. Восстанавливать указанные эксплуатационные показатели тракторов возможно применением модифицированного топлива. В исследованиях по применению модифицированного топлива рассматривают, в основном, его влияние на экологические показатели двигателей или улучшение характеристик самого топлива по сравнению со стандартными (депрессорные свойства, смазывающая способность и т.п.). Использование модифицированного топлива как средства обеспечения мощностных параметров дизелей до настоящего времени подробно не рассматривалось.

Применение модифицированного топлива, как средства повышения эффективности использования стареющего парка тракторов, вызывает необходимость совершенствования технического обслуживания (ТО) дизелей. Потенциальные возможности обеспечения мощностных и топливно-энергетических показателей дизелей, работающих на модифицированном топливе, зависят от технического состояния топливной аппаратуры (ТА) и качественного уровня ее ТО. Однако существующая нормативно-техническая документация. (НТД) не учитывает возможность применения модифицированного топлива и связанные с этим изменения в технологию ТО ТА. Поэтому необходимо оценить влияние топлива, модифицированное присадкой инициирующей горение на мощностные и топливно-энергетические показатели дизеля и на базе полученной информации разработать технологию ТО ТА.

В связи с изложенным, научные исследования по разработке нового подхода и средств технического обслуживания топливной аппаратуры дизеля, работающего на модифицированном топливе, на что направлена данная работа, является одной из актуальных и практически значимых задач современной инженерной науки.

Целью работы является поддержание мощностных и топливно-энергетических показателей дизеля при его работе на модифицированном топливе за счет совершенствования технического обслуживания топливной аппаратуры.

Объект исследования — процесс изменения мощностных и топливно-энергетических показателей дизеля при его работе на модифицированном топливе.

Предмет исследования — закономерности влияния состояния и регулировочных параметров топливной аппаратуры на мощностные и топливно-энергетические показатели дизеля, работающего на модифицированном топливе.

Научная гипотеза — мощностные и топливно-энергетические показатели работающего на модифицированном топливе дизеля можно обеспечить технологией технического обслуживания топливной аппаратуры, построенной с учетом ее технического состояния.

Научная новизна:

- подход к комплексному обеспечению мощностных и топливно-энергетических показателей дизелей совокупностью средств технического обслу-

живания и модифицированного топлива, для модифицированного топлива обоснован вид присадки и ее рациональная концентрация;

— закономерности влияния состояния и регулировочных параметров топливной аппаратуры на мощностные и топливно-энергетические показатели работающего на модифицированном топливе дизеля;

— закономерности влияния действительной цикловой подачи топлива топливной аппаратурой на величину эффективного крутящего момента двигателя.

На защиту выносятся:

— подход к обеспечению мощностных и топливно-энергетических показателей дизелей комплексным применением модифицированного топлива и измененной технологией технического обслуживания их топливной аппаратуры;

— зависимости изменения эффективной мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива дизелем при применении инициирующей присадки от его наработки, состояния и регулировочных параметров топливной аппаратуры;

— технология технического обслуживания топливной аппаратуры дизелей при работе на модифицированном топливе.

Практическая значимость:

— применение топлива, модифицированного присадкой инициирующей горение, обеспечивает прирост мощностных до 8,5 % и топливно-энергетических показателей дизелей до 10,2 %;

— введение в регламент работ ТО ТА операции проверки величины цикловой подачи ТНВД, как показателя, напрямую влияющего на развиваемый крутящий момент дизеля (коэффициент корреляции между величинами составляет 0,979);

— изменение регулировки центробежного регулятора ТНВД путем уточненной настройки корректора позволит снизить эксплуатационный расход топлива на 12,5 % при использовании модифицированного топлива;

— облуживание топливной аппаратуры дизелей по разработанной технологии позволит поддержать их мощностные и топливно-энергетические показатели на приемлемом уровне. Экономический эффект составил 30175 руб. в первый год на учебно-производственное хозяйство Томского аграрного колледжа.

Реализация работы. Создано оригинальная установка, защищенная патентом на полезную модель, предназначенное для проведения технического обслуживания топливной аппаратуры дизелей и выполнения научно-исследовательских работ. Даны рекомендации по внесению изменений в регулировки топливной аппаратуры дизелей, которые используют топливо модифицированное присадкой инициирующей сгорание. Проведены эксплуатационные испытания, показавшие, что применение топлива, модифицированного присадкой инициирующей сгорание, обеспечивает уменьшение линейных расходов топлива.

В рамках НИР с ООО «БиПиАй» (г. Москва) проведены стендовые испытания, показавшие положительное влияние инициирующей присадки ВР1 на мощностные и топливно-энергетические показатели дизеля Д-240.

Технология ТО ТА дизеля при работе на модифицированном топливе внедрена в учебно-производственном хозяйстве ОГБОУ СПО «Томский аграрный колледж» с. Кузовлево Томской области. Материалы разработанной технологии ТО ТА, при работе дизеля на модифицированном топливе рассмотрены, одобрены и рекомендованы к внедрению секцией механизации и ресурсосбережения в сельско-

хозяйственном производстве научно-технического совета департамента по социально-экономическому развитию села Томской области. Разработанный стенд и технология ТО внедрены в учебный процесс по дисциплине «Ресурсосбережение при проведении технического обслуживания и ремонта» в ФГБОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет» на механико-технологическом факультете.

Проект разработки мобильной установки для испытаний топливной аппаратуры дизелей получил поддержку Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Автор работы признан победителем программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК») в 2013 году.

Проект разработки мобильной установки награжден благодарственным письмом губернатора Томской области на выставке разработок молодых ученых U-NOVUS г. Томск, в 2014 году.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и одобрены на межрегиональной научно-практической конференции «Образование. Наука. Инновации» в 2011 году, областной научно-практической конференции «Образование. Наука. Инновации» в 2013 году, ежегодных научно-технических конференциях студентов и молодых ученых ТГАСУ в 2010-2013 годах, на I, II и III международных научно-практических конференциях «Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса» в 2011-2013 годах, международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию кафедры «Тракторы и автомобили» ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» в 2013 году.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 2 статьи в журналах, относящихся к перечню ВАК министерства образования и науки РФ для опубликования основных научных результатов и патент РФ.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, библиографического списка из 160 наименования, в том числе 2 на иностранном языке и восьми приложений. Объем работы составляет 170 страниц и включает в себя 18 таблиц, 42 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненной работы, дано ее краткое содержание, сформулирована цель работы, объект и предмет исследования, научная гипотеза и новизна, основные положения, выносимые на защиту, практическая ценность.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» проанализирована роль технического обслуживания в эффективном использовании сельскохозяйственной техники, рассмотрены процессы организации и проведения технического обслуживания топливной аппаратуры тракторных дизелей.

Большой вклад в разработку системы технического обслуживания (ТО) внесли ученые ГОСНИТИ, СибИМЭ, НАТИ, ИрГСХА, НГАУ, а также других организаций.

Научные основы диагностики, ТО и ремонта сельскохозяйственной техники освещены в работах Пасечникова Н.С., Селиванова А.И., Терских И.П. Вопросы

организации, технологии, средств ТО и ремонта в АПК освещены в работах Альта В.В., Ананнна А.Д., Зеленина В.А., Михлина В.М., Плаксина A.M., Черепанова С.С., Черноиванова В.И., Ульмана И.Е., Хмелевого Н.М. и др.

В число сотрудников СибИМЭ, вложившим определенный вклад в развитие науки этого направления, входят Воронин Д.М., Голиченко В.И., Добролюбов И.П., Коротких В.В., Крашенинников B.C., Криков А.М, Лившиц В.М., Немцев А.Е., Павлов Б.В., Привалов П.В., Радченко Ю.Г и др.

Вопросы обеспечения и проведения ТО топливной аппаратуры дизелей отражены в работах Ачкасова К.А., Габитова И.И., Кривенко П.М., Попова В.Я., Селиванова А.И., Файнлейба Б.Н. и др.

В работе дан анализ состояния дел в области работоспособности дизельной топливной аппаратуры. Охарактеризовано влияние отклонения технического состояния топливной аппаратуры на эксплуатационные параметры дизелей. Так, по результатам исследований центральной машиноиспытательной станции, установлено, что более трети автотракторных двигателей, достигших наработки 3000 моточасов, имеют техническое состояние, выходящее за пределы допуска. Одной из главных причин ускоренного достижения предельного состояния тракторных и комбайновых дизелей являются нарушения параметров работы ТА.

Из анализа статистики отказов и отклонений параметров ТА в эксплуатации, представленных в работах Ашишина A.A., Турина Т.Ю., Кривенко П.М., Меднико-ва И.М., Мылова A.A., A.B. Шишова и др., выявлено влияние этих отклонений на изменения мощностных и топливно-энергетических характеристик дизелей. Показано, что изменения указанных характеристик приводит к снижению производительности, перерасходу топлива и простоям техники. Исследованиями, проведенными в ГОСНИТИ, также установлено, что решающее влияние на изменение эксплуатационных параметров дизелей оказывает именно техническое состояние ТА. Данные Шарифуллина С.Н. указывают, что 60 % всех отказов ТА приходится на топливные насосы высокого давления (ТНВД). Анализ данных, представленных в работе Филимоновой О.Н. и Варнакова Д.В показал, что основная доля отказов в ТНВД приходится на прецизионные узлы, которые можно отнести к критическим по надежности. Аналогичный вывод дается в исследованиях Перепелицына М.Г., Кривенко П.М., Ждановского Н.С., Николаенко A.B. Так, исследования Ждановского Н.С., Николаенко A.B. подтверждают значительные отклонения основных регулировок топливной аппаратуры от нормальных установочных значений в эксплуатации и их влияние на износ деталей цилиндропоршневой и шатунной групп криво-шипно-шатунного механизма двигателя. Установлено, что даже незначительные отклонения таких параметров, как угол опережения впрыска топлива, величина цикловой подачи и давления впрыска топлива форсункой вызывает форсированный износ деталей двигателя. При этом наблюдается низкая надежность прецизионных деталей ТА, а наработка на отказ отдельных ее элементов в эксплуатации составляет лишь 55,7 ... 68 % от требований НТД.

По данным Шекихачева Х.П. в России 32 % предприятий АПК не имеют материально-технической базы обслуживания и ремонта машин. Обеспеченность ремонтных предприятий и хозяйств средствами ремонтно-технического обслуживания по стендам для испытаний узлов и агрегатов — 38 %. В этой связи существует потребность в технологическом оборудовании для эксплуатирующих организаций.

Согласно данным ГОСНИТИ при достижении предельных износов по ци-линдропоршневой группе снижение мощности тракторного двигателя не превышает 5 %. Учитывая это, произведен анализ перспективных методов и технологий обеспечения мощностных и топливно-энергетических показателей тракторных дизелей. К числу наиболее мало затратных технологий относится применение модифицирующих присадок и добавок в моторное топливо, применение которых позволяет обеспечивать требуемые показатели техники.

Известен опыт совершенствования технологии ТО, путем модифицирования смазочных материалов. Так в работе Володько О.С. предложена технология ТО коробок передач тракторов «Кировец», включающая наряду с регламентируемыми операциями модифицирование масла и его углубленную очистку, что позволило увеличить фактический срок службы масла до 2000 моточасов и снизить износ до 10,5 %.

По данным Вельских В.И. известно мобильное оборудование для ТО ТА с возможностью его применения, в том числе в полевых условиях (стенды КИ-4802, КИ-4818, КИ-4890 и т.д.). Ввиду этого, создание и совершенствование мобильного оборудования, следует считать перспективным направлением.

На основании результатов анализа состояния вопроса для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследований:

1. Обосновать выбор вида присадки и ее концентрации для модифицирования дизельного топлива при обеспечении мощностных и топливно-энергетических показателей дизеля. Выявить параметры работы двигателя, изменение которых происходит под действием модифицированного топлива. Провести теоретическое обоснование механизма действия присадки.

2. Выявить и оценить закономерности влияния модифицированного топлива и состояния топливной аппаратуры на мощностные и топливно-энергетические показатели дизеля.

3. Разработать технологию технического обслуживания топливной аппаратуры дизеля с учетом применения модифицированного топлива и обосновать параметры, режимы работы и требования к установке для реализации технологии.

4. Провести производственную проверку основных результатов исследований и оценить их ожидаемую эффективность.

Во второй главе «Теоретические основы механизма действия присадки инициирующей горение» представлен анализ существующих способов модифицирования топлива, которые укрупненно можно разделить на три: 1. Реагентный (использование присадок и добавок); 2. Безреагентный (воздействия полями, ультразвуком и т.д.); 3. Комбинированное. Для реализации был выбран реагентный способ, поскольку является наиболее легкореализуемым. Согласно классификации профессора Данилова A.M.. для реализации поставленной цели наиболее подходят присадки-модификаторы, а именно улучшающие самовоспламеняемость топлива, инициаторы и катализаторы горения. Для поддержания мощностных и топливно-энергетических показателей дизелей в эксплуатации наиболее подходящими являются два последних вида присадок. Так как катализаторы горения, как правило, содержат металлосодержащие соединения, не рекомендуемые к применению, то было отдано предпочтение присадкам, инициирующим горение. На основании предъявляемых требований к присадке для исследований была выбрана инициирующая

присадка Bio petro improver (BP1). Исследования химического состава присадки методами хроматографии позволили сделать вывод о преобладании в ней соединений нафталина.

На основании данных исследований химического состава присадки BPI, представлено теоретическое обоснование механизма ее действия и обоснование увеличения индикаторного КПД дизеля. Сделан вывод о том, что параметром работы двигателя, который при применении модифицированного топлива, способен повлиять на увеличение мощностных показателей, является среднее индикаторное давление цикла, которое определяется по формуле

где Р\ - среднее индикаторное давление цикла, МПа; Р„ - давление в цилиндре в начале такта сжатия, МПа; е — степень сжатия; пх — показатель политропы при сжатии; Я — степень повышения давления при изохорном подводе теплоты; р - степень предварительного расширения при изобарном подводе теплоты; п2 - показатель политропы при расширении; <5 = с/р - степень последующего расширения.

Поскольку основой инициирующей присадки ВР1 являются соединения нафталина, которые относятся к ароматическим углеводородам, то согласно данным научной школы профессора Орлина A.C. увеличение содержания ароматических углеводородов в дизельном топливе приводит к возрастанию степени повышения давления и жесткости работы. При увеличении в дизельном топливе содержания ароматических углеводородов (до 10... 15 %) наблюдается некоторое увеличение экономичности и индикаторного КПД.

При анализе формулы (1) и данных о характере изменения рабочего процесса дизеля был сделан вывод о том, что применение инициирующей присадки BPI в дизельном топливе приводит к увеличению мощностных и топливно-энергетических показателей из-за увеличения периода задержки воспламенения с увеличением максимальной температуры рабочего цикла по причине возрастания степени повышения давления при изохорном подводе теплоты.

Вначале тепловая энергия такта сжатия затрачивается на разрушение структуры бензольных колец соединений нафталина, что вызывает некоторую задержку периода самовоспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре. Затем процесс сгорания интенсифицируется за счет высокой теплотворной способности нафталина. Это приводит к смещению максимального давления цикла от верхней мертвой точки и, за счет образования большего плеча в кривошипно-шатунном механизме-к увеличению мощностных показателей дизеля.

Известно, что использование топлива, содержащего трудно окисляющиеся парафиновые углеводороды изомерного строения и ароматические углеводороды, определяет жесткую работу двигателя, и соответственно влияет на цетановое число топлива. Лабораторные исследования по влиянию присадки на изменение цетано-вого числа дизельного топлива, выполненные на приборе Shatox SX-100K, выявили его увеличение с 46 до 52 единиц в зависимости от величины концентрации присадки в топливе.

Увеличение индикаторного КПД обосновывается за счет увеличения среднего индикаторного давления цикла

Р, = Р„ Л(р-1)+-^ с — 1 и, -

1-

S-'

(1)

ар

>7,=~--— (2)

н„ 71,-Р.<

где /о - теоретическое количество воздуха для сгорания 1 кг дизельного топлива; //„ - теплотворная способность дизельного топлива МДж/кг; а - коэффициент избытка воздуха; //,• - коэффициент наполнения цилиндра; рв - давление воздуха на такте впуска.

Значения /0, Ни, рв постоянны, а а и ;/г изменений от базовых значений не претерпевают, поскольку зависят от настройки и технического состояния двигателя, следовательно с увеличением среднего индикаторного давления в цилиндре возрастает и индикаторный КПД двигателя.

Система технического обслуживания состоит из совокупности средств, документации по организации и выполнению операций технического обслуживания и исполнителей. В соответствии с этим в работе рассматриваются три подхода к совершенствованию системы ТО ТА:

- совершенствование и разработка информационного обеспечения;

- совершенствование и разработка технологического оборудования;

- управление персоналом и организация производства

Цель, поставленная в настоящей работе, в рамках разработанной классификации, будет решаться комбинированием первого и второго подходов.

Реализация первого подхода будет состоять в разработке технологии ТО ТА, при работе на модифицированном топливе. Изменение технологии необходимо, поскольку при применении присадки ВР] ожидается изменение мощностных и топливно-энергетических показателей необходимо исследовать зависимости их изменения для внесений возможных изменений в регулировочные показатели ТА. Поэтому должны быть сформулированы задачи экспериментальных исследований.

Реализация второго подхода будет состоять в разработке установки для проведения ТО ТА. Проведенный анализ средств и методов технического обслуживания ТА показал, что, несмотря на имеющиеся разработки технологического оборудования для обслуживания и ремонта, оно в большинстве своем рассчитано для организаций с большими производственными программами, достаточно сложно и дорого. Поэтому подобные средства недостаточно подходят для современных предприятий АПК. В таких условиях для предприятий АПК решением проблемы проведения ТО ТА является внедрение оборудования, у которого:

- объектом обслуживания оборудования является ТА тракторных двигателей, узлами обслуживания являются фильтры, топливоподкачивающий и насос высокого давления, форсунки.

- возможность выполнения основных операций ТО и диагностирования указанных узлов, согласно руководства по эксплуатации;

- использование в конструкции средств измерения, позволяющих учитывать число циклов ТА, частоту вращения кулачкового вала ТНВД, величины подачи и давление топлива;

- простота устройства и обслуживания, что обеспечит возможность работы персонала, специализирующегося на эксплуатации машин;

- невысокая стоимость и возможность ремонта установки силами предприятия;

- мобильность — оборудование должно иметь небольшой вес и габариты с воз-

можностью проводить операции ТО в полевых условиях.

Третья глава «Методики экспериментальных исследований» содержит методику исследований, применяемую измерительную аппаратуру и оборудование, исходные данные. Исследования проведены на двигателе Д-240, установленном на обкаточно-тормозном стенде КИ-5543. Общий объем испытаний составил 60 моточасов, что позволило многократно подтвердить полученные данные экспериментов. В качестве измерительной аппаратуры использовались стандартное силоизмери-тельное устройство по ГОСТ 15077-78, электронный тахометр ТЭСА, манометр по ГОСТ 2405-80, весы товарные, секундомер, барометр, психрометр. Весь объем испытаний был разделен на циклы: 1. Цикл прогрева двигателя; 2. Стандартный цикл нагружения; 3. Цикл снятия параметров двигателя. Стандартный цикл нагружения имел следующие параметры: Частота вращения коленчатого вала - 1640±20 мин"'; Показания силоизмерительного устройства - 23±1 кгс; Температура охлаждающей жидкости - 80...90 °С; Давление в системе смазки двигателя - 3±0,2 кгс/см2.

Стендовые испытания ТА выполнены на базе стендов КИ-22210-02МС и КИ-562. Моделирование зависимостей цикловой подачи ТА на стенде КИ-22210-02МС выполнялось на режиме внешней скоростной характеристики ТНВД. Всего испытаниям подверглась серия из 10 отремонтированных комплектов ТА для двигателя Д-240. Для каждого комплекта было произведено не менее 12 точек замеров на регу-ляторной характеристике ТНВД.

Эксплуатационные испытания проводились на агрегате с составом «трактор МТЗ-82 с 2ПТС-4» при его работе в течение 7 дней в 2013 году на перевозке сенажа с полей до сенажной траншеи. В качестве измерительного прибора использовался объемный расходомер топлива модели .

Четвертая глава «Результаты экспериментальных исследований». Испытания проводились на дизеле с накопленным износом, на котором на первом этапе были сняты внешняя скоростная и нагрузочная характеристики на стандартном дизельном топливе. По результатам испытаний установлено, что испытуемый двигатель обладает эффективной мощностью на номинальном режиме в 43,5 кВт и максимальным крутящим моментом 235 Н-м при полностью работоспособной ТА. Снижение показателей по сравнению с нормативными составило до 24,3 % для эффективной мощности и до 21 % для эффективного крутящего момента. Снижение мощностных показателей обусловлено общим износом механизмов двигателя, большим количеством отложений нагара, что подтвердили результаты эндоскопи-рования цилиндров.

Согласно требованиям технического регламента таможенного союза ТР ТС 013/2011 «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту» требования к содержанию в топливе ароматических углеводородов существенно ограничивается. По этой причине было принято решение о добавлении в испытуемое стандартное дизельное топливо минимальных концентраций присадки инициирующей сгорание ВР1.

На втором этапе испытании в топливо была добавлена присадка инициирующая горение ВР1 в концентрации 0,2 г/л. На рис. 1 представлены результаты снятия эффективной мощности двигателя на режиме внешней скоростной характеристике для периода адаптации. Максимально достигнутые величины прироста, достигнутые при

снятии внешней скоростной характеристики для эффективной мощности, составило 8,5 %, для эффективного крутящего момента 8,2 %, достигнуто снижение величины удельного эффективного расхода топлива до 10,2 %.

н„

>: Вт

1 3

1 /Т ^ 1 /

4 ЧУ V

/о»', ' * У кл 1

'''¿Г

у.

■а.

\

Рис. 1. Зависимость эффективной мощности от частоты вращения коленчатого вала дизеля на топливе, модифицированном присадкой в концентрации 0,2 г/л при разных наработках: /- 2 моточаса: 2-4 моточаса; 3-8 моточасов: 4 - 10 моточасов; 5-13 моточасок

После окончания периода адаптации, т.е. после того, как перестал обнаруживаться видимый прирост мощностных параметров, дизель был переведен на топливо с содержанием присадки 0,1 г/л. После указанного перехода с течением наработки наблюдалось плавное снижение и стабилизация регистрируемых показателей. Максимальное снижение было достигнуто после наработки в 57 моточасов. Результаты сравнения конечных величин мощностных и топливно-энергетических параметров достигнутых на модифицированном топливе с базовыми зависимостями представлены на рис. 2 и 3.

Рис. 2. Зависимость эффективной мощности от частоты вращения коленчатого вала в режиме внешней скоростной характеристики: 1 - базовая зависимость; 2 — зависимость, при наработке 57 моточасов на модифицированном топливе с содержанием присадки 0,1 г/л

Для параметров эффективной мощности и крутящего момента на режиме внешней скоростной характеристики увеличение составило до 4,4 % и до 4,5 %, соответственно. Прирост обоих параметров увеличивался по мере нарастания частоты вращения коленчатого вала. Для удельного эффективного расхода топлива снижение составило 1,42.. .3,73 % от исходного (рис. 3).

зев

264

260 258

1

\ ч

__ а

\ /

Л 2 /

|— м < * \ 1

1700 1600 1900 МОП 2100 2200 п, мог1

Рис. 3. Зависимость удельного эффективного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала в режиме внешней скоростной характеристики: / — базовая зависимость; 2 — зависимость, при наработке 57 моточасов на модифицированном топливе с содержанием присадки 0,1 г/л

Испытания инициирующей присадки, проведенные на режиме нагрузочной характеристике, позволили сделать выводы о характере изменения топливной экономичности на частичных нагрузках. Исследования на режиме нагрузочной характеристики проводились во всем временном диапазоне исследований. Усредненные графики испытаний представлены на рис. 4.

г/кВт*ч

250

200

о

1 2

1650 ш пг1

3

У У п ' 1

1 ^ 1 1

кВг

Рис. 4. Зависимость удельного эффективного расхода топлива от мощности двигателя на режиме нагрузочной характеристики: 1 — результаты на стандартном топливе;

2 - зависимость на топливе, модифицированном присадкой в концентрации 0,2 г/л;

3 - зависимость на топливе, модифицированном присадкой в концентрации 0,1 г/л

Результаты на нагрузочной характеристике достаточно неоднозначны. При использовании топлива с концентрацией присадки 0,2 г/л происходило увеличение параметра до 8 % в диапазоне средних нагрузок на дизель. При применении топлива в концентрации присадки 0,1 г/л кривая удельного расхода стабилизируется, изменяется практически линейно. Снижение удельного эффективного расхода топлива для минимальных нагрузок достигает более 11,8 %. В режиме нагрузок, близких к максимальным, разница достигает 15 % и более.

Проведенные исследования позволили получить зависимости действительной цикловой подачи топлива от развиваемого крутящего момента двигателя (рис. 5).

Рис. 5. Зависимость действительной цикловой подачи топлива от развиваемого эффективного крутящего момента двигателя

250 Н-м

По результатам анализа зависимости на рис. 5 предложено ее использование в качестве диагностического параметра при испытаниях дизелей на обкаточно-тормозных стендах.

Полученная на рис. 5 зависимость описывается уравнением вида

Ч'ц = 6,52 +0,2391М„ (3)

где - действительная цикловая подача топлива, мм3/цикл; Ме — эффективный крутящий момент двигателя, Н-м.

По результатам полученных исследований, разработаны рекомендации по внесению изменений в регулировки цикловой подачи топливной аппаратуры с учетом применения модифицированного топлива. Данные рекомендации легли в основу разработанной технологии технического обслуживания.

Разработка технологии ТО строилась на основе разработок ГОСНИТИ, Башкирского ГАУ и данных собственных экспериментов. Для уточнения технологии работ ТО ТА проведены исследования показателей ТА при испытаниях на режиме внешней регуляторной характеристики. Результаты испытаний отремонтированных комплектов ТА, указанные параметры соответствовали НТД, показали недостаточную идентичность кривых внешней регуляторной характеристики ТНВД испытуемых комплектов ТА. Для обеспечения требуемого качества ТО разработана методика графического построения внешней регуляторной характеристики ТНВД, заключающаяся в построении зависимостей цикловой подачи топлива от частоты вращения кулачкового вала ТНВД.

По результатам испытаний выполнено математическое моделирование цикловой подачи ТНВД на режиме внешней скоростной характеристики методом аппроксимации по известным точкам.

Для ТНВД серии УТН двигателя Д-240 зависимость описывается уравнением

вида

= 93,372 + 0,0274пк - 5- 10"5пД (4)

где С1и - цикловая подача ТНВД на стенде, мм3/цикл; пк - частота вращения кулачкового вала ТНВД, мин"'.

Для обоснования рекомендации по выбору оптимальной частоты вращения кулачкового вала при регулировании ТНВД, для достижения наименьшего значе-

ния коэффициента неравномерности подачи топлива по секциям, исследованы закономерности изменения параметра в зависимости от оборотов кулачкового вала ТНВД. Результаты исследований позволили составить практические рекомендации. Регулировка равномерности подачи для ТА серии УТН, по критерию трудоемкости, должна проводиться в диапазоне частоты вращения кулачкового вала ТНВД 600...800 мин"'.

Опираясь на положительный опыт исследований, выполненный научной школой Башкирского ГАУ под руководством профессора Неговоры A.B., технология испытаний ТА, в том числе, включает отказ от использования эталонных трубопроводов высокого давления и форсунок.

Прототипом проектируемой установки для проведения работ по ТО ТА послужил топливомер КИ-4818 ГОСНИТИ. Конструкция топливомера позволяет определять производительность насосных элементов и неравномерность подачи топлива непосредственно на тракторе. Технология проверки предусматривает проверку указанных параметров при номинальной частоте вращения коленчатого вала дизеля. Сама технология испытаний на этом оборудовании этого довольно трудоемка. Вдобавок у описываемой технологии нет возможности замера цикловой подачи топлива, а определение частоты вращения коленчатого вала предполагает использование номограммы.

Поскольку проведенные в работе исследования указывают на недостаточный объем и перечень испытаний по имеющейся технологии для стенда КИ-4818 необходимо обеспечить возможность: 1. Испытаний ТНВД на разных частотах вращения кулачкового вала; 2. Определения величины цикловой подачи топлива; 3. Малотрудоемкого и точного определения частоты вращения кулачкового вала ТНВД; 4. Выполнения всего перечня работ по ТО ТА.

При разработке учитывалось, что конструкции дизеля Д-240 и его модификаций, не позволяет выполнять регулировочные операций ТНВД непосредственно на двигателе, поскольку невозможно провести указанные операции без снятия насоса с двигателя.

На основе этого, разработана конструкция опытной мобильной установки — СМТА-01 (стенд мобильный для испытаний топливной аппаратуры, модель 1). В опытной мобильной установке реализовано применение ступенчатого привода ТНВД и возможность использования ее для ремонта прецизионных узлов ТА при помощи ремонтно-восстановительных составов. Разработано «Руководство по эксплуатации установки СМТА-01 с подробным описанием процесса технического обслуживания ТА.

Разработан комплект технологических карт на проверку работоспособности нагнетательных клапанов и плунжерных пар, проверку и регулировку топливопод-качивающего насоса и перепускного клапана, форсунок и ТНВД для разработанной установки, которые представлены в диссертации.

Разработана принципиальная схема установки (рис. 6). С учетом возможностей ее реализации, разработана конструкция, подобраны параметры узлов привода, произведена компоновка составных частей.

Рис. 6. Установка для испытания и технического обслуживания топливной аппаратуры СМТА-01: /

- члектродвигатель: 2 -коробка передач; 3, 4 -муфты упругие, втулоч-но-пальиевые: 5 - топливный насос высокого давления: б - форсунка: 7

— коническая колба; 8 -топливный бак; 9 — топ-лнвоподкачиваюший насос; 10 - фильтр грубой очистки; 11 — фильтр тонкой очистки; 12, 13 -манометры

Представлены результаты проектирования опытной установки для ТО ТА и ее блока управления с учетом разработанной технологии. На основе требований, предъявляемых к испытательному оборудованию для ТА дизелей уточнен выбор контролируемых параметров, основных технических характеристик установки, определена структурная схема прибора управления и счета оборотов ПУиСО-01 для установки.

Согласно разработанной технологии ТО, зависимость цикловой подачи на режиме внешней скоростной характеристике при проверке ТНВД сравнивается с эталонной, описываемой в уравнении (4). При наличии отклонений величин цикловой подачи, не превышающих 5 % от эталонной, регулировка цикловой подачи считается завершенной.

Применение разработанной технологии ТО ТА реализуется в рамках проведения работ ТО-3, то есть предлагаемая технология не нарушает существующую систему технического обслуживания тракторной техники в сельском хозяйстве, а дополняет ее с учетом современных условий. Произведена успешная проверка и отработка технологии ТО ТА.

В пятой главе «Оценка экономического эффекта» приведен расчет экономического эффекта от внедрения технологии ТО и мобильной установки для проведения испытаний и ТО ТА и использовании инициирующей присадки в дизельное топливо для сельскохозяйственного предприятия. Для получения данных о величинах экономии топлива в эксплуатации приведены результаты испытаний на тракторах МТЗ-82. Испытания проводились в учебно-производственном хозяйстве Томского аграрного колледжа с. Кузовлево Томской области в период заготовки сенажа в 2013 г. Специализация - растениеводческое хозяйство и молочная ферма КРС. Общая посевная площадь 250 га. Состав МТП: 5 МТЗ-82; МТЗ-1025; ДТ-75; Т-150К; 2 зерноуборочных комбайна Енисей-1200МН; кормоуборочный комбайн КСК-600 «Полесье».

Средний расход топлива в период работы на топливе с концентрацией присадки 0,1 г/л составил 4,9 л/моточас (табл. 1). Тогда, экономия дизельного топлива при использовании технологии ТО топливной аппаратуры при работе на модифи-

цированном дизельном топливе составит в среднем 12,5 %.

Таблица I — Результаты испытаний МТЗ-82 с 2ПТС-4

Дата/ концентрация Масса перевезенного груза.т Наработка, моточасы Расход топлива, л Удельный расход, л/моточас

15.07 / без присалк-н 24.1 135 5,6

16.07/0,2 г/л 23,6 105 4,44

17.07/0,1 г/л 22 100 4,55

18.07/0,1 г/л 334 22,9 97 4,24

19.07 / 0.1 г/л 18,3 100 5,46

20.07/0,1 г/л 17,1 89 5.20

21.07/0,1 г/л 19,4 98 5.05

Расчет экономического эффекта от внедрения технологии ТО ТА при работе на модифицированном топливе получен за счет уменьшения объемов потребляемого дизельного топлива и сохранения денежных средств, предназначенных для оплаты услуг по настройке ТА в сторонней организации. Для расчета экономического эффекта рассмотрен парк тракторов МТЗ-82. Расчеты показывают, что годовой эффект от внедрения технологии ТО, с учетом окупаемости мобильной установки в первый год, составляет 6035 руб. на один трактор.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. При переходе дизеля Д-240 на топливо, модифицированное присадкой ВР1, после периода адаптации необходимо произвести перенастройку величины цикловой подачи на номинальном режиме работы ТА, путем увеличения величины затяжки регулировочного винта корректора. После регулировки указанная величина должна составить 67 мм3/цикл.

2. Для устранения склонности выхода работающего дизеля на повышенные частоты вращения коленчатого вала необходимо уменьшить величину цикловой подачи на режиме максимальная частоты вращения холостого хода до величины 20 мм3/цикл или менее.

3. При проведения ТО-3 дополнительно контролировать такой параметр топливной аппаратуры, как величина цикловой подачи. Желательно снимать данный показатель на следующих режимах: пусковом, частоты вращения кулачкового вала соответствующей минимально устойчивой работе двигателя, максимального крутящего момента, номинальном и режиме максимальной частоты вращения холостого хода.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Показано, что для повышения эффективности использования стареющего парка тракторов перспективно применение дизельного топлива, модифицированного присадкой инициирующей сгорание. Это обеспечивает увеличение мощностных и топливно-энергетических показателей дизеля, что объясняется задержкой перио-

да самовоспламенения топлива. Задержка периода самовоспламенения вызывает смещение пика максимального давления цикла от верхней мертвой точки на такте рабочего хода. Прирост указанных показателей обеспечивается за счет реализации большего плеча в кривошипно-шатунном механизме.

2. Выявлены закономерности влияния инициирующей присадки на мощно-стные и топливно-энергетические показатели дизеля. Суть закономерностей состоит в постепенном возрастании мощностных и топливно-энергетических показателей при применении модифицированного топлива. Величины достигаемых показателей зависят от концентрации присадки в топливе, наработки двигателя, величины подачи топлива, частоты вращения коленчатого вала. Максимально величины прироста, достигнутые при снятии внешней скоростной характеристики, для эффективной мощности составило 8,5 %, для эффективного крутящего момента — 8,2 %, достигнуто снижение величины удельного эффективного расхода топлива до 10,2 %. В результате проведенных исследований выявлена необходимость совершенствования технологии технического обслуживания топливной аппаратуры в связи с применением модифицированного дизельного топлива.

3. Выявленная зависимость действительной цикловой подачи топлива от развиваемого крутящего момента дизеля позволила обосновать проверку величины цикловой подачи насоса высокого давления и возможность ее снижения на номинальном режиме работы двигателя. В перспективе данная зависимость может использоваться как диагностический параметр при обкатке дизелей на стендах.

4. Разработана технология технического обслуживания топливной аппаратуры дизелей при работе на модифицированном топливе, позволяющая обеспечивать поддержание мощностных и топливно-энергетических показателей стареющего парка тракторов. Особенность технологии заключается в измерении величины цикловой подачи топлива дополнительно на режиме частоты вращения кулачкового вала соответствующем минимально устойчивой работе двигателя и изменении ее величины на номинальном и режиме максимальной частоты вращения холостого хода. Введена дополнительная операция настройки корректора всережимного регулятора, обеспечивающая дополнительную топливную экономичность до 12,5 % в эксплуатации при работе на модифицированном топливе. Предусматривается отказ от использования эталонных форсунок и трубопроводов в пользу штатных, что повышает качество проводимого технического обслуживания.

5. Разработан опытный образец мобильной установки (прототип — топливо-мер КИ-4818, исключение из конструкции стендового подкачивающего насоса) позволяющий выполнять операции технического обслуживания топливной аппаратуры: регулировка топливной аппаратуры в комплексе; измерение цикловой подачи весовым способом на разных частотах вращения кулачкового вала.

6. Для повышения качества регулировки цикловой подачи на опытной установке разработана математическая модель, описывающая зависимость цикловой подачи топлива от частоты вращения кулачкового вала насоса высокого давления для дизеля Д-240 на участке внешней скоростной характеристики.

7. Экономический эффект от внедрения мобильной установки для проведения технического обслуживания топливной аппаратуры, при работе на дизельном топливе, модифицированном инициирующей присадкой составляет для тракторов типа МТЗ-82 6035 руб/год на одну машину.

Основные публикации по теме диссертации:

Публикации в ведущих изданиях, рецензируемых ВАК:

1. Алушкин, Т.Е. Модельная установка для испытаний дизельной топливо-подающей аппаратуры автотракторных двигателей / В.А. Аметов, М.Н. Брильков, Т.Е. Алушкин // Вестник КузГТУ. - Кемерово. - № 2. - 2012. - С. 101 -104.

2. Алушкин, Т.Е. Технология технического обслуживания топливной аппаратуры при работе на модифицированном топливе / Т.Е. Алушкин, A.B. Зубрицкий, В.А. Аметов // Вестник НГАУ. - Новосибирск. - № 2. - 2014. - С. 132-138.

Патенты и публикации в других журналах и научных изданиях:

1. Установка для испытания, регулировки и ремонта топливной аппаратуры дизелей: пат. 130349 Рос. Федерация № 2012144980/06 / В.А. Аметов, Н.И. Имма-налиев, A.B. Кулаев, Т.Е. Алушкин, A.B. Зубрицкий; заявл. 22.10.212; опубл. 20.07.2013, Бюл. № 20 - 2 с.

2. Алушкин, Т.Е. Проектирование мобильной установки для испытаний и регулировок ТНВД тракторных двигателей / A.B. Ярлыков, Т.Е. Алушкин // Образование. Наука. Инновации: Сб. материалов межрегиональной научно-практической конференции. - Томск, 2011. - С. 76-78.

3. Алушкин, Т.Е. Обеспечение надежности топливоподаюшей аппаратуры дизельных двигателей // Образование. Наука. Инновации: Сб. материалов межрегиональной научно-практической конференции. - Томск, 2011. - С. 50-52.

4. Алушкин, Т.Е Мобильная установка для экспресс-диагностики, ТО и ремонта топливной аппаратуры дизелей / Т.Е. Алушкин, В.А. Аметов // Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса: Материалы I Международной научно-практической конференции. - Новокузнецк, 2011. - С. 46-48.

5. Алушкин, Т.Е. Совершенствование технического обслуживания топливной аппаратуры дизелей на базе мобильной установки / Т.Е. Алушкин, О.В. Вейсгейм, В.А. Аметов // Материалы 57-й научно-технической конференции студентов и молодых ученых. - Томск, 2011. - С. 360-362.

6. Алушкин, Т.Е. Влияние модифицированного топлива на эффективные показатели автотракторного дизеля Д-240 / Т.Е. Алушкин, В.А. Аметов, A.B. Зубрицкий // Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса: Материалы II международной научно-практической конференции. - Новокузнецк, 2012.-С. 296-299.

7. Алушкин, Т.Е. Исследование параметров топливной аппаратуры дизелей при снятии регуляторной характеристики / Т.Е. Алушкин, B.C. Факеев // Материалы 58-й научно-технической конференции студентов и молодых ученых. -Томск, 2013.-С. 111-114.

8. Алушкин, Т.Е. Исследование влияния присадки BPI на технико-экономические показатели двигателя Д-240 / A.B. Ламинский, Т.Е. Алушкин // Образование. Наука. Инновации: Сб. материалов областной студенческой научно-практической конференции. - Томск, 2013. - С. 38-42.

9. Алушкин, Т.Е. Увеличение топливной экономичности дизелей совершенствованием системы технического обслуживания / Т.Е. Алушкин, A.B. Зубрицкий, В.А. Аметов // Перспективы развития и безопасность

автотранспортного комплекса: Материалы III международной научно-практической конференции. — Новокузнецк, 2012. — С. 111-115.

10. Алушкин, Т.Е. Исследование закономерностей изменения параметров дизелей наземных транспортных средств при работе на модифицированном топливе / В.А. Аметов, Т.Е. Алушкин, A.B. Зубрицкий, Г.В. Маслюков // Совершенствование конструкции, эксплуатации и технического сервиса автотракторной и сельскохозяйственной техники: Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию кафедры «Тракторы и автомобили» ФГБОУ ВПО БашГАУ.-Уфа, 2013.-С. 3-7.

Объем 1,0 печ. л. Тираж 100 экз. Копировальный центр ОГБОУ СПО «Томский аграрный колледж». 634040, г. Томск, Иркутский тракт, 181.