автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Восстановление работоспособности форсунок тракторных дизелей путем совершенствования технического обслуживания и ремонта

Введение

1 Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Факторы, определяющие работоспособность форсунок

1.2 Анализ существующих методов восстановления работоспособности 20 форсунок при техническом обслуживании и ремонте

1.3 Цель и задачи исследования

2 Теоретическое обоснование восстановления работоспособности фор- 27 сунок дизеля

2.1 Аналитическое представление движения иглы распылителя

2.2 Влияние конструктивных параметров распылителя на показатели ра- 31 ботоспособности форсунок

2.2.1 Внецентренное сжатие иглы распылителя

2.2.2 Создание турбулентного процесса в камере сгорания цилиндра 34 двигателя

2.2.3 Создание режима автоколебаний иглы распылителя

3. Методика исследования

3.1 Общая методика

3.2 Исследование форсунок и распылителей, поступающих на ТО

3.3 Методика определения спектра звуковых частот впрыскивания топ- 66 лива

3.4 Методика статистической обработки полученных результатов

3.5 Стендовые испытания

3.6 Эксплутационные испытания 75 4 Совершенствование технологии технического обслуживания и ремон- 77 та форсунок

4.1 Исследование влияния технического состояния форсунок на их час- 77 тотные характеристики

4.2 Разработка способов восстановления работоспособности форсунок

4.2.1 Влияние эффекта внецентренного нагружения иглы на параметры 93 <« впрыскивания

4.2.2 Разработка и исследование форсунки, с проточкой лыски над кону- 96 сом иглы распылителя

4.2.3 Влияние двухпружинной форсунки на параметры впрыска

4.3 Совершенствование технологии технического обслуживания и ре- 107 монта форсунок

4.3.1 Производственная проверка технологии обслуживания форсунок

4.4 Результаты эксплуатационных испытаний форсунок

4.5 Выводы

5 Экономическая оценка результатов исследования

Актуальность темы: топливная аппаратура является одной из основных систем тракторных и комбайновых дизелей, техническое состояние которой предопределяет их мощностные и экономические показатели, надежность и стабильность работы.

В настоящее время значительная часть находящихся в эксплуатации тракторов имеют пониженную на 12.20 % мощность и повышенный на 15.25 % расход топлива. Это объясняется как несовершенством методов и средств технического обслуживания, так и "возрастом" машин (10-15 и более лет).

До 50 % отказов тракторных и комбайновых дизелей приходится на топливную аппаратуру, при этом снижение мощности сказывается на производительности сельскохозяйственных агрегатов, а простои, вызванные отказами, и перерасходом топлива обуславливают значительные убытки хозяйств. При этом уровень технической эксплуатации остается очень низким, не соблюдается периодичность технического обслуживания, не обеспечивается качественное регулирование с/х машин.

Одним из основных направлений повышения эффективности топливной аппаратуры является научно-обоснованные технические решения по совершенствованию традиционных топливных систем.

В связи с этим разработка новых способов восстановления работоспособности форсунок и повышение надежности путем совершенствования их технического обслуживания является актуальной задачей сегодняшнего времени.

Работа входит в тему "Повышение стабилизации регулировочных показателей дизельной топливной аппаратуры в процессе ремонта и эксплуатации", которая включена в раздел 12 - Развитие научного направления "механика и процессы агроинженерных систем, создание техники и энергетики нового поколения и формирование эффективной инженерно-технической инфраструктуры агропромышленного комплекса", выполняемый в соответствии с федеральной программой 'Техника для продовольствия России на 2000-2006 годы"; а также в комплексную программу № 5 НИР СГАУ им. Н. И. Вавилова "Повышение надежности, эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве".

Цель работы: восстановление работоспособности и повышение безотказности форсунок дизелей путем совершенствования конструкции, технического обслуживания и ремонта.

Объект исследования: форсунки дизелей ЯМЗ.

Научная новизна. Уточнен расчет колебательного процесса иглы распылителя, позволяющий определять частоты колебаний иглы.

Получена математическая модель, устанавливающая зависимость частот колебаний иглы от массы подвижных деталей форсунки (иглы, пружины).

Выведены аналитические зависимости, оценивающие работоспособность форсунки при изменении конструктивно-регулировочных параметров.

Практическая ценность. Предложен способ восстановления работоспособности форсунок путем выполнения сегментной площадки на конической поверхности иглы, между ее прецизионной частью и зоной перехода конуса в цилиндр, осуществляемого при техническом обслуживании или ремонте. (Патент № 2161264). Дополнена технология технического обслуживания форсунок, заключающаяся в использовании двух пружин и их стыковки промежуточной шайбой, что приводит к изменению частоты колебательного процесса иглы, улучшению качества распыла топлива и повышению ресурса форсунок на 40-50%.

Научные положения и результаты работы, выносимые на защиту:

1. Теоретико-экспериментальное обоснование повышения частоты колебаний иглы распылителя и улучшения качества распыливания топлива форсункой при проведении технического обслуживания и ремонта.

2. Математическая модель расчета частоты колебаний иглы в зависимости от ее массы и изменения жесткости пружины за счет ее разрезания на две части.

3. Конструкторско-технологические разработки, обеспечивающие восстановление работоспособности форсунок при техническом обслуживании и ремонте, и повышение их надежности в эксплуатации.

Реализация результатов работы.

Форсунки дизеля ЯМЗ-240 с измененной конструкцией (сегментная площадка на игле распылителя и разрезка пружины с установкой стыковочной шайбы) прошли производственную проверку на тракторах К-701 в ЗАО «АФ Николаевская» Саратовского района.

Апробация. Основные материалы диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях СГАУ в 1999-2001гг, на межгосударственных научно-технических семинарах "Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ" (1999-2000гг) и расширенном заседании кафедры "Надежность и ремонт машин" СГАУ в 2001г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей, получены один патент на изобретение и одно свидетельство на полезную модель. Общий объем публикаций составляет 2 печатных листа, из которых 0,9 принадлежит лично автору.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 105 наименований, и приложений. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, включая 40 рисунков и 10 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании анализа литературных источников и выполненных исследований установлено, что наименьшей надежностью элементов топливной аппаратуры обладают форсунки автотракторных дизелей. Основной причиной такого положения является несовершенство существующих технологий технического обслуживания и ремонта форсунок.

2. Разработана математическая модель колебательного процесса иглы форсунки. Получены аналитические выражения, позволяющие определять влияние конструктивно-регулировочных параметров и технического состояния форсунок на ее склонность к дробящей работе.

3. Экспериментальные исследования, выполненные с помощью специально созданной установки, позволили рассчитать уравнения регрессии частоты первой гармоники спектра частот звучности впрыскивания топлива в зависимости от технического состояния форсунок:

- величины хода иглы - у = - 65,23 + 2515х,

- гидроплотности - у = 576,82 + 27,92х,

- биение конуса иглы - 571,9 + 51,15х,

- биение конуса корпуса распылителя - у = 859,81 - 15,12х,

- эффективного проходного сечения (jxf) распылителя - у = 571,9 + +51Д5х.

4. Разработан способ восстановления работоспособности форсунок путем выполнения сегментной площадки на конической поверхности иглы между ее прецизионной частью и зоной перехода конуса в цилиндр, что позволяет увеличить качество распыливания топлива и уменьшить расход топлива на 6 %. (Патент на изобретение № 2161264).

5. Предложено конструктивное изменение форсунок, заключающееся в разрезании пружины форсунки на две части и стыковки их промежуточной шайбой, что обеспечивает поддержание частоты первой гармоники в пределах 1250. .1260 Гц.

6. На основании разработанных и обоснованных технологических решений усовершенствована технология технического обслуживания форсунок, доступная для использования как в ремонтных мастерских общего назначения, так и в специализированных цехах ремонтного комплекса. Форсунки, прошедшие техническое обслуживание улучшают частотную характеристику, что позволяет восстановить их работоспособность до 85%, а ресурс повышается на 50-65%.

7. Годовой экономический эффект при внедрении разработок составляет для одной форсунки - 117 руб., а на один трактор К-701 - 1400 руб.

1. Антипов В.В. Износ прецизионных деталей и нарушение характеристик топливной аппаратуры дизелей. -М.: Машиностроение, - 1965. - 131с.

2. Вельских В.И. Диагностирование и обслуживание сельскохозяйственной техники. М.: Колос - 1980. - 575 с.

3. Кривенко П.М., Федосов И.М. Ремонт и техническое обслуживание системы питания тракторных двигателей. М.: Колос. 1980. - 288 с.

4. Михлин В.Н. Управление надежностью сельскохозяйственной техники. -М.: Колос. 1978.-247с.

5. Топливная аппаратура тракторных и комбайновых дизелей: Справочник /В.Г. Кислов, В.А. Павлов, Трусов А.П. и др. М.: Машиностроение, -1980. - 208 с.

6. Бахтиаров Н.И., Логинов В.Е. Производство и эксплуатация прецизионных пар. М.: Машиностроение, -1979. - 209 с.

7. Баширов P.M., Кислов В.Г., Павлов В.А. и др. Надежность топливной аппаратуры тракторных и комбайновых дизелей. М: Машиностроение, -1978.-184 с.

8. Ждановский Н.С., Николаенко А.В. Надежность и долговечность автотракторных двигателей. Л.: Колос, - 1981. - 295 с.

9. Бугаев В.П. Эксплуатация и ремонт форсированных тракторных двигателей. М.: Колос, 1981. - 209 с.

10. И.Чугунов В.А., Власов П.А. Влияние температуры топлива на износ распылителей бесштивтовых форсунок. Механизация и электрофикация сельского хозяйства, 1989, №1 с. 47 - 48.

11. Иванов Е.Н., Фурман В.В. Перспективные системы автоматического управления дизелями ОАО "Саратовдизельаппарат" И Двигателестроение №3,1997, с. 37-36.

12. Хаширов Ю.М., Фельдман Л.Б. и др. Обоснование параметров, определяющих предельное состояние распылителей форсунок типа ФД // Труды ГОСНИТИ, Т86 М.: 1989 - с. 94 - 101.

13. Моисеев А.И., Бурдикин В.Д. Влияние режимов работы двигателя на за-коксовыванйе многодырчатых распылителей. Двигателестроение, 1981, №7, с. 38 39.

14. Смирнов В.Г. Разработка и исследование комплексного метода ускоренных методов испытаний форсунок на коксование. Записки Ленингр. СХИ, 1980, том 386, с. 74 78.

15. Николаенко А.В„ Хватов В.Н. Расчет и экспериментальноя оценка надежности автотракторных дизелей. Л.: Агропромиздат, 1985. - 136 с.

16. П.Астахов И.В., Трусов В.И. и др. Подача и распыливание топлива в дизелях. М.: Машиностроение, 1971. - 359 с.

17. Астахов И.В., Голубков Л.Н., Трусов В.И. Топливные системы и экономичность дизелей. М.: Машиностроение, 1990. - 238 с.

18. Астахов М.А. Физические основы процесса впрыска топлива в дизелях. Автотракторные двигатели внутреннего сгорания. / Тр. МАДИ, 1979. с. 37 52.

19. Кислов В.Г., Попов В.Я., Павлов В.А. Надежность рядных топливных насосов высокого давления // Тракторы и с.-х. машины. 1993, - №10 с. 26 -32.

20. Югас П.И., Лабецкас Г.С. Надежность топливных насосов распределительного типа // Тракторы и с.-х. машины. 1994. - №12 - с. 27 - 28.

21. Смирнов В.Г., Татаринцев В.А. Прогнозирование остаточного ресурса форсунок форсированных дизелей в эксплуатации по нагарообразованию в распылителях // Энерготехнология средства с.-х. назначения и их технические системы. -М, 1989. с. 55 - 61.

22. Голев В.И., Русаков А.С., Махов А.Г. Изнашивание запирающих конусов и прогнозирование ресурса работы распылителя автотракторных дизелей // Двигателестроение. 1989, - №12 - с. 20 - 23.

23. Трусов В.И., Дмитриченко В.П. Масляный ГД форсунки автотракторных дизелей. М.: Машиностроение, - 1977. - 167 с.

24. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. М.: Колос, 1984. - 335 с.

25. Свостула А.Е., Матоевский Д.Д., Туляев П.Ю., Еськов А.В. Экспериментальное исследование характеристик топливных струй дизельных форсунок //Двигателестроение. 1999 -№ 1-е. 29-38.

26. Пат. 5199647 США, МКИ5 F 02 М 61/18 Форсунка для дизелей с камерами в поршне.

27. А.С. 1710814 СССР, МКИ5 F 02 М 61/10 Распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания / Евсеев Н.М./ №47 10543/06. Опуб. 07.02.92 // Бюл №5.

28. Форсунка усовершенствованной конструкции для обеспечения повышенной полноты сгорания // Поршневые и газотурбинные двигатели/ 1992. -№16-с. 18-20.

29. Разлейцев И.Ф. и др. Выбор рациональных параметров топливной аппаратуры форсированного транспортного дизеля // Двигатели внутреннего сгорания. Выпуск 41. Харьков, Ив-во университет. 1985 с. 29 - 33.

30. Файнлебб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. JL: Машиностроение, - 1990. - 345 с.

31. Фомин Ю.А. и др. Топливная аппаратура дизелей: Справочник. М.: Машиностроение, 1982 - 168 с.33 .ГОСТ 8669-82 Форсунки автотракторных дизелей. Правила приемки и методы испытаний.

32. ГОСТ 8770-82 Насосы топливные высокого давления. Правила приемки и методы испытаний.

33. ГОСТ СТ СЭВ 2406-80 Распылители форсунок дизельных автотракторных двигателей. Технические требования и методы испытаний.

34. ГОСТ 10579-82 Форсунки дизелей. Общие технические условия.

35. ГОСТ 25708-83 Прецизионные пары топливной аппаратуры дизелей. Общие технические условия.

36. ОСТ 23.1.450-84 Прецизионные пары топливной аппаратуры тракторных и комбайновых дизелей. Распылители. Плунжерные пары. Технические требования. Методы контроля.

37. ОСТ 24.161.01-82 Распылители форсунок дизелей. Технические требования. Правила приемки и методы испытания.

38. РТМ 70.0001.029-80 Техническое обслуживание форсунок дизельных двигателей. М -1980.

39. Кузнецов Т.Ф. Автоколебания иглы форсунки. Труды ХИИЖТ. Вып. 63, 1963, с. 53-58.

40. Никонов Г.В., Савенко Н.И., Тру снов В.Г. и др. Исследование динамики иглы распылителя форсунки В кн.: Развитие комбинированных двигателей внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1974, с. 200 - 216.

41. Лышевский А.С., Пяшков В.И. Дифференциальные уравнения колебаний подвижных деталей форсунок. В кн.: Процессы в топливных системах дизельных двигателей. Тр НПИ, №188, Новочеркасск, 1968, с. 8 19.

42. Федорович В.И. Совершенствование оценки технического состояния распылителей тракторных дизелей по дробящему впрыскиванию при ремонте. / Автореферат диссерт. Саратов 1988 г.

43. Качановский И.А. Повышение долговечности распылителя форсунки // Науч. тр/ Дальневост. техн. ин-т. рыб. пром-сти 1995 №6, с. 109 - 111.

44. Листовский В.Н., Петров В.Л., Федотова Т.М. Повышение надежности работы распылителя форсунки // Соверш. мощностных и экономических показателей ДВС: мат.7 междунар. науч.-практ. семинара, Владимир, 1999, с. 160-162.

45. А.С. 1671940 СССР, МКИ5 F 02 М 61/00 Распылитель форсунки / Голев В.И., Русаков А.С. №403627/06; Заявл. 14.03.86; Опуб. 23.08.91 // Бюл №31.

46. Пат. 397129 Австралия МКИ5 F 02 М 57/02 Насос-форсунка; Опуб. 25.02.94; Бюл №

47. Кривенко П.М., Федосов И.М. Ремонт и техническое обслуживание системы питания тракторных двигателей. М.: Колос. 1980. - 288 с.

48. Кривенко П.М., Федосов И.М., Аверьянов В.Н. Ремонт дизелей сельхоз назначения. М.: Агропромиздат. 1990 - 270 с.

49. Бахтиаров Н.И. Восстановление прецизионных поверхностей у деталей топливной аппаратуры // Техника в сельском хозяйстве. 1980. - №8. -с .45-47.

50. Топливная аппаратура автотракторных и комбайновых дизелей. Технические требования на капитальный ремонт. М.: ГОСНИТИ. - 1989. - 286 с.

51. Лышевский А.С. Системы питания дизелей. М.: Машиностроение, 1981, с. 124.

52. Кутовой В.А. Впрыск топлива в дизелях. М., Машиностроение, 1981, с. - 124.

53. Федорович В.И., Полухин Е.Д. Погнозирование режима работы дизельных форсунок. М. "Известия ВУЗов, Машиностроение", МВТУ, им. Н.Э. Баумана, №2, 1984, с.108-112.

54. Фельдман П.Б., Хаширов Ю.М. и др. Сравнительная оценка коксуемости опытных и серийных распылителей форсунок дизелей СМД-62 по результатам эксплуатационных и ускоренных испытаний // Труды ГОСНИТИ, T.81, М.: 1989. с.97-105.

55. Федосов И.М. и др. Форсунка калибр // Труды ГОСНИТИ - т.95. - М.: 1995, - с.61-64.

56. Агеев Б.С., Чурсин В.В. Физическая картина упругих деформаций прецизионных пар топливовпрыскивающей аппаратуры // Двигателестроение. -1982. №5. - с.57-59.

57. Григорьев В.Д. Результаты контроля технического состояния насосов УТН-5 при капитальном ремонте // Труды ЧИМЭСХ. 1980. Вып. 157. -с.57-60.

58. Ермолов Л.С., Кряжков В.М., Черкун В.Е. Основы надежности сельскохозяйственной техники. М.: Колос. 1982. - 271 с.

59. Ждановский Н.С., Николаенко А.В. и др. // Тракторы и сельхозмашины. -1975. №9. с.79.

60. Топливная аппаратура тракторных и кмбайновых дизелей. Справочник. М., Машиностроение, 1991,208 с.

61. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М., Наука, 1980, 976 с.

62. Бендриков Г.А., Конев Ф.Б. Применение метода траекторных корней к исследованию линейных систем с запаздыванием. Вестник МГУ. 1967, №4, с.96-103.

63. Шов Б.Н. Истечение жидкостей через насадки в среды с противодавлением. М., Машиностроение, 1968, 140 с.77. Новофастовский Д .В.

64. Бидерман B.JI. Прикладная теория механических колебаний. М., Высшая школа, 1972,416 е., илл.

65. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М., Физматгиз, 1959.

66. Кузнецов Т.Ф. Автоколебания иглы форсунки. Труды ХИИЖТ. Вып.68., -Харьков, 1963, с.53-58.

67. Лышевский А.С., Ляшкрв В.И. Критерии процесса колебаний иглы дизельной форсунки. В кн.: Процессы топливных систем дизельных двигателей. Труды НПИ. Том 200, Новочеркасск, 1970, с.55-60.

68. Тру сов В.И., Масляный Г. Д., Мальчук В.И. К выводу характеристического уравнения колебаний запорного органа закрытой форсунки с учетом волновых явлений в системе топливоподачи. Известия ВУЗов. Машиностроение. М., 1972, №6, с.99-103.

69. Hofken W., Ostermann F. Die Bestimming der Schnarrfrequensen von Ein-sprizventilen.-MTZ, 1967, №3, S.307-317/

70. Паповко Я.Г. Внутреннее трение при упругих колебаниях. М., Физматгиз, 1960.

71. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработка опытных данных. М.: Колос, 1973, - 199 с.

72. Гмуршан В.Е. Теория вероятности и математическая статистика М.: Высшая школа, 1977. -490с.

73. ГОСТ 27503-81. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Методы оценки показателей надежности. Введен 01.07.82.

74. ОСТ 70.2.8.-82 Испытания сельскохозяйственной техники. Надежность. Сбор и обработка информации.

75. Федосеев И.М. Техническое обслуживание дизельной топливной аппаратуры // Механизация и электрофикация сельского хозяйства, 1991 №7 -с.39-42.

76. Файинлебб Б.Н. Исследование и развитие конструкции топливной аппаратуры тракторных дизелей. / Тракторы и сельхозмашины. 1981 №8 -с.17-19.

77. Лозовский В.Н. Надежность гидравлических агрегатов. М: Машиностроение, 1974. - 320 с.

78. Методика и. критерии оценки надежности топливной аппаратуры дизеля / Кислов В.Г., Павлов В.А., Баширов В.И. // Тракторы и с.-х. машины., 1993 №7. с.24-28.

79. Конструирование и производство топливной апаратуры тракторных дизелей / Кислов В.Г., Кошман Э.И. М.: Машиностроение, 1971. - 302 с.

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

81. Новофастивский Д.В., Козлов А.В., Загородских Б.П. Патент на изобретение №2161264 Топливная форсунка двигателя внутреннего сгорания.

82. Козлов А.В. Восстановление работоспособности форсунок дизелей.

83. Загородских Б.П., Козлов А.В. Совершенствование технологии технического обслуживания.

84. Загородских Б.П., Козлов А.В. Пути повышения работоспособности форсунок дизеля.

85. Козлов А.В. Совершенствование конструкции форсунок тракторных дизелей.

86. ЮО.Методика определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и опытных конструкторских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Колос, 1980. - 112 с.

87. Diesel direkt / Jerzembek Manfred // KFZ-Betr. Automarkt. 2000. - №1. -C. 42-44. - Нем.

88. Einspritzduse mit piezoelektrischem Aktuator: Заявка 19744235 Германия, МПК6 F 02 M 51/06 / Giirich Gunter, Diisterhoft Martin, Laumen Hermann; Motorentechnik GmbH & Co. KG. № 19744235.8; Заявл. 7.10.97