Диагностирование прецизионных узлов топливной аппаратуры тракторного дизеля по изменению давления в линии нагнетания топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Диагностирование прецизионных узлов топливной аппаратуры тракторного дизеля по изменению давления в линии нагнетания топлива

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Крашенинников Семён Валерьевич

Новосибирск 2011

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ Лившиц Владимир Моисеевич (ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Воронин Дмитрий Максимович (ФГБОУ ВПО НГАУ)

кандидат технических наук Савченко Олег Фёдорович (ГНУ СибФТИ Россельхозакадемии)

Ведущая организация: Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (ФГБОУ ВПО АГТУ им. И.И. Ползунова)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. К основным показателям дизельного двигателя относятся мощность, крутящий момент и расход топлива. При эксплуатации со временем происходит изменение регулировочных параметров, возникают неисправности, которые сопровождаются уменьшением мощности на 10 - 20%, увеличением расхода топлива на 10-25%. Как следствие, растут эксплуатационные затраты. В литературе отмечается, что в большинстве случаев изменение характеристик дизеля вызывается неисправностями топливной системы, на которую приходится 45-60% всех отказов, возникающих в дизельном двигателе, основной причиной которых является неудовлетворительное состояние прецизионных узлов.

Анализ существующих методов и технических средств диагностирования прецизионных узлов показал, что большинство из них требуют предварительной разборки топливной аппаратуры (ТА) перед диагностированием, а трудоемкость операций возрастает при диагностировании многоцилиндровых тракторных дизелей.

Поэтому исследования, направленные на разработку методов и средств технического диагностирования прецизионных узлов ТА, которые позволяют быстро и эффективно оценивать их состояние, являются актуальными.

Цель исследования. Сокращение материальных и трудовых затрат при диагностировании прецизионных узлов топливной аппаратуры тракторных дизелей с рядными топливными насосами высокого давления (ТНВД) за счёт совершенствования метода и технологии технического диагностирования.

Объект исследования. Процессы изменения давления топлива в линии нагнетания при изнашивании прецизионных узлов топливной аппаратуры.

Предмет исследования. Закономерности изменения давления топлива в линии нагнетания в зависимости от технического состояния прецизионных узлов.

Научная гипотеза. Для определения диагностических параметров, характеризующих техническое состояние прецизионных узлов топливной аппаратуры, могут быть использованы зависимости изменения давления в линии нагнетания топлива, полученные в процессе свободного разгона от минимальных до максимальных оборотов коленчатого вала тракторного дизельного двигателя, осуществляемого при полной подаче топлива.

Научную новизну представляют:

- зависимости изменения давления в линии нагнетания топлива от технического состояния прецизионных узлов ТА в режиме свободного разгона тракторного дизеля;

- взаимосвязи между диагностическими и структурными параметрами технического состояния плунжерных пар, нагнетательных клапанов и распылителей.

- метод безразборного диагностирования прецизионных узлов ТА тракторных дизелей с рядными ТНВД.

Практическая значимость. Разработаны информационно-измерительная система (ИИС) и технология диагностирования, позволяющие проводить техническое диагностирование прецизионных узлов ТА тракторных дизелей с рядными ТНВД, которые упрощают процесс оценки технического состояния, сокращают время и трудоемкость постановки диагноза, снижают затраты на техническое диагностирование. Техническая новизна ИИС для диагностирования ТА дизельного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), реализующая разработанный метод, подтверждена патентом РФ.

Реализация результатов исследования. Работа выполнена в соответствии с планом НИР ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии «Разработать технологии и технические средства для обеспечения работоспособности сельскохозяйственной техники нового поколения в производственно-климатических условиях Сибири на основе комплексного использования информационных ресурсов при технической эксплуатации машин», номер государственной регистрации 09.06.01.17.Н5.

Разработанная информационно-измерительная система и технология диагностирования топливной аппаратуры тракторных дизелей с рядными ТНВД прошли производственную проверку в условиях муниципального унитарного предприятия (МУП) Болотнинского района «Болотнинское автотранспортное предприятие (АТП)» и рекомендованы для диагностирования ТА дизельных ДВС в условиях эксплуатации и стационарных условиях.

Материалы исследования рассмотрены и одобрены, а исходные требования на устройство для диагностирования ТА дизельных ДВС утверждены НТС департамента АПК Новосибирской области.

Технология диагностирования ТА дизельного ДВС внедрена в учебный процесс для обучения студентов по дисциплине «Контроль технического состояния и техническое обслуживание автомобилей» в ФГОУ ВПО НГПУ на факультете «Технологии и предпринимательства».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на международных научно-практических конференциях: «Информационные технологии, системы и приборы в АПК» (г. Новосибирск 2009г.); «Новейшие направления развития аграрной науки», (р.п. Краснообск, 2010г.); «Актуальные вопросы научного обеспечения производства сельскохозяйственной продукции в Сибири» (р.п. Краснообск, 2011г.); «Актуальные проблемы сельского хозяйства горных территорий» (г. Горно-Алтайск, 2011г.); «Инновационные технологии сервиса транспортных средств» (г. Новосибирск, 2011г.); на международном молодёжном инновационном форуме в Сибири «Интерра» (г. Новосибирск, 2010г.); на Ученом Совете ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии (р.п. Краснообск, 2008-2011 гг.). Работа удостоена гранта мэрии г. Новосибирска как победитель конкурса научных работ молодых учёных (г. Новосибирск 2010-2011 гг.)

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертационной работы, опубликованы в 10 печатных работах, в том числе в одном патенте РФ на полезную модель и двух работах в изданиях, указанных в «Перечне ведущих рецензируемых научных журналов и изданий», рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Объём работы составляет 125 страниц основного текста, 43 рисунка, 14 таблиц и приложения. Библиографический список состоит из 118 источников, из них три на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненной работы, дано её краткое содержание, сформулирована цель исследования, научная новизна и основные характеристики работы.

В первой главе проведён анализ фактического состояния ТА тракторных дизелей в условиях эксплуатации техники. Рассмотрены методы и средства её диагностирования, выявлены их преимущества и недостатки. Сформулированы задачи исследования.

Анализ состояния ТА показал, что состояние прецизионных узлов рядных ТНВД и форсунок является неудовлетворительным, а часть новых элементов ТА, поступающих в ремонтные мастерские, имеет значительные отклонения от нормативных значений.

Исследованием проблемы повышения надёжности ТА дизелей занимались: Астахов И.В., Ачкасов К.А., Баширов Р.М., Бельских В.И., Бугаёв В.Н., Васильев Ю.А., Власов П.А., Габитов И.И., Ждановский Н.С., Кривенко П.М., Лышевский И.М., Михлин В.М., Николаенко А.В., Селиванов А.И., Терских И.П., Файнлейб Б.Н., Хаширов Ю.М. и др.

Исследования, проведённые Ворониниым Д.М., Добролюбовым И.П., Змановским В.А., Змановским Вл.А., Зуевым В.А., Лившицем В.М., Натарзаном В.М., Николаенко А.В., Павловым Б.В., Плаксиным А.М., Савченко О.Ф., Хабардиным В.Н. и другими, показывают, что неисправности, возникающие в ТА, приводят к снижению мощности ДВС на 14-17% и увеличению расхода топлива на 15-25%.

Для контроля технического состояния ТА дизеля применяются методы и средства, которые позволяют проводить контрольно-диагностические операции как с частичной разборкой ТА, так и безразборно. Безразборные методы зарекомендовали себя как универсальные и оперативные, позволяющие комплексно оценить состояние прецизионных узлов ТА. Для их реализации применяется сложное электронное оборудование, которое требует высокой квалификации мастера-диагноста. Недостатками таких методов являются низкая точность постановки диагноза при неисправности нескольких прецизионных узлов и высокая стоимость средств технического диагностирования, реализующих данные методы. Разборные методы достаточно просты, но требуют обязательной разборки элементов ТА дизеля, что увеличивает время постановки диагноза и снижает надёжность ТА в целом. При разборочно-сборочных работах элементы питания подвергаются загрязнению, из-за износа уплотнительных элементов образуются неплотности, а затяжка штуцеров с увеличенным моментом приводит к форсированному износу плунжерных пар.

На основе анализа методов диагностирования показано, что до настоящего времени остаётся не до конца решенной проблема комплексного диагностирования прецизионных узлов ТА. Использование автоматизированных средств диагностирования ТА позволит оценивать одновременно состояние плунжерных пар, нагнетательных клапанов и распылителей без снижения точности постановки диагноза при возникновении неисправностей сразу в нескольких прецизионных узлах.

Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:

1. Оценить влияние состояния прецизионных узлов ТА тракторных дизелей с рядными ТНВД на изменение давления в линии нагнетания топлива в режиме свободного разгона тракторного дизеля при полной подаче топлива и установить взаимосвязь между структурными и диагностическими параметрами.

2. Разработать информационно-измерительную систему для проведения исследований прецизионных узлов топливной аппаратуры с рядными ТНВД в режиме свободного разгона дизеля.

3. Разработать метод и технологию диагностирования прецизионных узлов ТА с использованием информационно-измерительной системы и оценить экономическую эффективность результатов исследований.

Во второй главе рассмотрены методы моделирования процесса топливоподачи в линии высокого давления. Произведёно моделирование процесса подачи топлива с учётом износов прецизионных узлов. Определены диагностические параметры, позволяющие оценить техническое состояние плунжерных пар, распылителей и нагнетательных клапанов.

В результате анализа работ, посвящённых моделированию процесса подачи топлива с учётом различных факторов, оказывающих на него влияние, установлено, что при моделировании процесса топливоподачи необходимо учитывать вязкость, сжимаемость топлива и износ элементов ТА. Исходя из этого, была предложена математическая модель расчёта процесса впрыскивания топлива насосами плунжерного типа:

, (1)

где Р_ОСТ(ц_Т) - величина остаточного давления топлива в трубопроводе к моменту начала подачи (Па);

ц_1Т - угол поворота кулачкового вала ТНВД, соответствующий моменту начала впрыскивания (рад.);

ц_2Т - угол поворота кулачкового вала ТНВД, соответствующий моменту максимального давления впрыскивания (рад.);

ц_Т - угол поворота кулачкового вала ТНВД, соответствующий концу основного процесса впрыскивания (рад.);

А_1Т, А_2Т, b_1Т, b_2Т - коэффициенты согласования аппроксимирующей функции с физическими закономерностями впрыскивания.

Моделирование процесса впрыскивания топлива по уравнению (1) осуществлялось с учётом следующих условий: экспоненциальная функция теоретически равна нулю только при ц_Т > ? или b_1Т > ?, значения ц_Т и b_1Т определяются из конструктивных особенностей рядных ТНВД, погрешность аппроксимации в начальной и конечной фазах импульса давления топлива не должна превышать 2%.

Для упрощения расчётов с учётом предложенной модели весь интервал процесса впрыскивания разделён на три последовательных участка: первый участок - (0 - ц_1Т) - от момента перекрытия плунжером всасывающих окон до момента начала впрыскивания; второй участок - (ц_1Т - ц_Т) - от момента начала впрыскивания до конца основного процесса впрыскивания; третий участок - (ц_Т - ц_КТ) - от конца основного процесса впрыскивания до момента, когда прекратится впрыскивание топлива через распылитель.

На первом участке производился расчёт первой экспоненциальной составляющей модели и определялись коэффициенты А_1Т, b_1Т и ц_1Т по следующим формулам.

, (2)

где Р_НВ - величина давления в момент начала впрыскивания (Па);

0,98 - коэффициент, полученный эмпирическим путём.

, (3)

где 87,5; 10,7; 0,1; 0,003 - коэффициенты, полученные эмпирическим путём.

, (4)

где - скорость плунжера на первом участке процесса впрыскивания (м/рад);

щ_1П - ускорение плунжера на первом участке процесса впрыскивания (м/рад²);

L_ТР - длина топливопровода (м);

а_Т - скорость звука в дизельном топливе (м/сек);

n_Т - частота вращения кулачкового вала ТНВД (об/сек);

А_1ц - слагаемое уравнения, учитывающее площадь плунжера ТНВД, средний объём сжимаемого топлива, коэффициент сжимаемости дизельного топлива, и ускорение движения плунжера на первом участке процесса впрыскивания;

А_1S - слагаемое уравнения, учитывающее утечки топлива через плунжерную пару, коэффициент динамической вязкости и сжимаемости дизельного топлива, частоту вращения кулачкового вала ТНВД.

На втором и третьем участке произведён расчёт второй экспоненциальной составляющей модели, определены коэффициенты А_2Т, b_2Т и угол ц_КТ для частот вращения кулачкового вала ТНВД от 5,67 (об/сек) до 14,67 (об/сек) по следующим формулам:

, (5)

, (6)

, (7)

где s_ПП - предельно-допустимый зазор в плунжерной паре (м);

s_ОП - исходный зазор в плунжерной паре (м);

Y_SП - предельная величина зазора в плунжерной паре (м);

Д_РТ - слагаемое уравнения, учитывающее пропускную способность распылителя, сжимаемость дизельного топлива, частоту вращения кулачкового вала ТНВД, неплотности в распылителе и средний объём сжимаемого топлива;

Д_СТ - слагаемое уравнения, учитывающее геометрические размеры плунжера, сжимаемость дизельного топлива, частоту вращения кулачкового вала ТНВД, неплотности в плунжерной паре, средний объём сжимаемого топлива, пропускную способность распылителя и скорость плунжера в момент начала впрыскивания топлива;

Д_цТ - слагаемое уравнения, учитывающее геометрические размеры плунжера, сжимаемость дизельного топлива, частоту вращения кулачкового вала ТНВД, неплотности в плунжерной паре, средний объём сжимаемого топлива, и ускорение движения плунжера в момент начала впрыскивания топлива;

С_ИТ - постоянная интегрирования.

По математической модели (1) с учётом гидродинамических процессов, возникающих при движении дизельного топлива от ТНВД к форсунке по топливопроводу высокого давления, и с учётом износов плунжерной пары, распылителя и нагнетательного клапана, построены кривые изменения давления, представленные на рис. 1.

диагностирование прецизионный топливный дизель



Рис. 1. Изменение давления от угла поворота кулачкового вала ТНВД при частоте его вращения n=14,67 (об/сек):

-*- - прецизионные узлы изношены,

- - прецизионные узлы имеют допустимые зазоры в сопряжениях

Установлено, что существенное влияние на характеристику давления впрыскивания оказывают зазоры в прецизионных парах и величина давления начала впрыскивания топлива.

В ходе моделирования процесса подачи топлива были определены утечки топлива, которые возникают при износах прецизионных узлов (рис. 2).

Рис. 2. Утечки топлива в зависимости от зазора в сопряжениях прецизионных узлов:

-¦- - плунжерная пара,

-¦- - распылитель,

-^- - нагнетательный клапан

В результате моделирования процесса подачи топлива установлено, что основным параметром контроля состояния прецизионных узлов ТА может служить регистрация изменения давления в линии нагнетания топлива, в зависимости от угла поворота кулачкового вала ТНВД или коленчатого вала ДВС. При этом должна обеспечиваться максимальная подача топлива в цилиндры ДВС. В условиях эксплуатации максимальная подача топлива осуществляется при полной загрузке дизеля или в режиме его свободного разгона от минимальной до максимальной частоты вращения коленчатого вала, когда двигатель полностью загружается силами инерции. Поэтому в качестве тестового режима может использоваться режим свободного разгона дизеля. В качестве диагностических параметров предлагается использовать изменение максимального давления топлива, изменение давления начала подачи топлива, максимальное давление топлива, полученное в области номинальных частот вращения коленчатого вала дизельного двигателя в процессе его свободного разгона.

В третьей главе приведена методика экспериментальных исследований по обоснованию диагностических параметров оценки технического состояния прецизионных узлов ТА тракторных дизелей в режиме свободного разгона.

Исходя из поставленной цели, программа исследований предусматривала:

1) исследование влияния параметров технического состояния прецизионных узлов (плунжерная пара, нагнетательный клапан, распылитель) на процессы изменения давления топлива в топливопроводах высокого давления в режиме свободного разгона ДВС;

2) анализ экспериментальных данных с целью определения возможности использования предлагаемых диагностических параметров для оценки технического состояния нагнетательных клапанов, распылителей и плунжерных пар;

Исследования проводились в лабораторных условиях с использованием необходимого контрольно-измерительного оборудования. В качестве физического объекта для проверки выводов теоретических исследований был выбран дизельный двигатель А-41 с топливным насосом высокого давления марки 4ТН 9х10. ДВС установлен на нагрузочном стенде, что позволяло производить регистрацию изменения давления топлива в топливопроводах высокого давления как в стационарном режиме с установившейся частотой вращения коленчатого вала (с нагрузкой и без), так и в режиме свободного разгона с неустановившейся частотой вращения коленчатого вала (переходной режим). Структурная схема экспериментальной установки представлена на рис. 3.

Рис. 3. Структурная схема экспериментальной установки

Для измерения изменения давления в линии нагнетания топлива в режиме свободного разгона дизеля использовался в качестве первичного преобразователя тензопреобразователь серии МД-10-150-V. Установка преобразователей давления осуществлялась на штуцеры ТНВД (рис. 4).



Рис. 4. Место установки датчиков МД

В качестве преобразователя частоты вращения использовался датчик прибора ИМД-Ц, установленный в картере маховика двигателя. Использование такого типа датчика обусловлено получением наиболее достоверных результатов измерения частоты вращения при проведении экспериментальных исследований, хотя частоту вращения можно определять по пульсациям давления, при этом использование дополнительного датчика частоты не обязательно, но такое решение приводит к усложнению алгоритмов обработки получаемой информации. Для перевода данных, получаемых с датчиков в виде аналоговых величин, в цифровой код использовался аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), выбор которого осуществлялся с учётом таких параметров, как время преобразования АЦП и разрешающая способность. Расчёт производился для использования АЦП с целью обработки сигналов давления в линии нагнетания топлива тракторного четырехцилиндрового дизеля. В результате установлено, что разрешающая способность АЦП должна быть не менее 10 бит, а время преобразования не более 2,78 мкс (100 КГц) на один канал преобразования.

При проведении экспериментальных исследований регистрировалось изменение давления в линии нагнетания топлива при перемещении рычага управления топливоподачей в сторону максимальной подачи топлива. Одновременно включалась запись на персональном компьютере (ПК) участка разгона коленчатого вала двигателя от минимальной частоты вращения до максимальной частоты вращения холостого хода. При этом производилось моделирование таких неисправностей, как низкая гидроплотность плунжерных пар, распылителей форсунок, нагнетательных клапанов и изменялась частота вращения коленчатого вала ДВС. Эксперименты проводились как при единичных моделируемых неисправностях, так и при их типичных сочетаниях в соответствии с планом эксперимента типа 2³. Все измерения проводились с пятикратной повторностью при температуре охлаждающей жидкости и масла не менее 75⁰С.

Для обработки результатов измерений, разработана информационно-измерительная система, которая состоит из блоков, представленных на схеме экспериментальной установки (рис. 3).

В системе реализованы алгоритмы обработки получаемой информации в виде программного обеспечения, которое позволяет регистрировать кривые изменения давления топлива в процессе свободного разгона дизеля (рис. 5) и определять такие числовые параметры, как давление начала и конца подачи топлива, максимальное давление импульса подачи топлива, длительность импульса подачи топлива, частота вращения и ускорение разгона коленчатого вала ДВС.

Рис. 5. Кривые изменения давления топлива, полученные в топливопроводах высокого давления в режиме свободного разгона дизеля от минимальных до максимальных оборотов коленчатого вала

Полученные в ходе эксперимента данные использовались для расчёта коэффициентов регрессионных уравнений и подтверждения теоретических расчётов влияния неплотностей, возникающих в прецизионных узлах в результате их износа, на процессы изменения давления в топливопроводах высокого давления.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований оценки технического состояния прецизионных узлов ТА в режиме свободного разгона дизеля, их анализ, а также технология диагностирования ТА тракторных дизелей по изменению давления в линии нагнетания топлива.

В результате проведённых экспериментов получены зависимости, которые подтверждают предположение о возможности диагностирования прецизионных узлов ТА дизельных ДВС с рядными ТНВД по изменению давления топлива в линии нагнетания в режиме свободного разгона, высказанное в рабочей гипотезе. В теоретических исследованиях были получены диагностические параметры, которые устанавливают связь между параметрами технического состояния прецизионных узлов и изменением давления в линии нагнетания топлива. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментально (рис. 6, 7).

а б

Рис. 6. Зависимость изменения максимального давления впрыскивания от гидроплотности плунжерной пары (гидроплотность распылителя 35 с) (а), зависимость изменения максимального давления впрыскивания от гидроплотности распылителя (гидроплотность плунжерной пары 30 с) (б)

Рис. 7. Комплексное влияние частоты вращения коленчатого вала ДВС и гидроплотности нагнетательного клапана на давление начала подачи топлива

Из рис. 6а видно, что значения изменения максимального развиваемого давления в процессе разгона дизеля можно принять в качестве диагностического параметра, так как давление зависит от гидроплотности. Значения диагностических параметров для плунжерной пары, полученные в процессе разгона дизеля, лежат в диапазоне 30-41МПа при гидроплотности 15-30 сек. Из рис. 6б видно, что значение изменения максимального давления, полученного в процессе разгона дизеля в области номинальных частот вращения коленчатого вала, зависит от гидроплотности распылителя и при его исправном состоянии должно находиться в пределах 36-42 МПа, которые соответствуют гидроплотности от 20 до 35 сек. Из рис. 7 видно, что давление начала подачи топлива в процессе разгона при хорошем состоянии нагнетательного клапана остаётся стабильным, но при уменьшении гидроплотности и с ростом чистоты вращения коленчатого вала ДВС давление начала подачи растёт вплоть до предельных значений. В результате установлено, что давление начала подачи в диапазоне от 0,5 до 3 МПа соответствует значениям гидроплотности нагнетательного клапана от 30 до 45 сек, а наибольшее значение давления начала подачи при предельном состоянии нагнетательного клапана определяется в области номинальных частот вращения коленчатого вала ДВС в процессе его разгона.

Целью обработки экспериментальных данных являлось получение математической модели с использованием регрессионного анализа. В качестве исходной функции выбрана модель вида

Y=b₀+b₁x₁+b₂x₂+b₃x₁²+b₄x₂²+b₅x₁x₂,

где х₁, х₂ - факторы модели, b₀, b₁, b₂, b₃, b₄, b₅ - коэффициенты модели. Для математической модели оценки технического состояния плунжерной пары и распылителя Y_пр (x), в качестве факторов используются х₁ - гидроплотность плунжерной пары, х₂ - гидроплотность распылителя; для математической модели оценки технического состояния нагнетательного клапана Y_к (x), в качестве факторов используются х₁ - гидроплотность нагнетательного клапана, х₂ - частота вращения коленчатого вала ДВС.

Значимость коэффициентов b проверяли по t-критерию Стьюдента. Адекватность полученных моделей оценивалась по критерию Фишера. После исключения незначимых коэффициентов получена регрессионная зависимость, отражающая связь функции отклика с исследуемыми факторами, которая для плунжерной пары и распылителя имеет вид:

Y_пр(x) = 14,217+0,372x₁+0,705x₂, (8)

а для нагнетательного клапана:

Y_к(x) = 12,34-0,725x₁+0,004887x₂+0,012x₁² +0,0000006858x₂^2. (9)

Регрессионный анализ экспериментальных данных подтвердил предположение о возможности оценивать плунжерные пары по изменению максимального давления в линии нагнетания топлива в процессе свободного разгона дизеля; распылители - по изменению максимального давления импульса подачи топлива, полученного в области номинальной частоты вращения коленчатого вала ДВС; а нагнетательные клапаны - по давлению начала подачи, полученному в процессе свободного разгона дизеля в области номинальной частоты вращения коленчатого вала ДВС.

По результатам экспериментальных исследований была подтверждена возможность диагностирования прецизионных узлов ТА по изменению давления в линии нагнетания топлива в процессе разгона дизеля от минимальных до максимальных оборотов коленчатого вала. Определены диагностические параметры и их значения для прецизионных узлов ТА с рядными ТНВД. На основании полученных результатов были разработаны алгоритмы извлечения диагностической информации и разработана технология диагностирования прецизионных узлов.

В основе предлагаемой технологии лежит метод диагностирования, основанный на анализе процессов изменения давления в линии нагнетания топлива, возникающих при свободном разгоне дизеля и полной подаче топлива. В ходе испытаний двигатель работает в переходном режиме. Положение рейки топливного насоса соответствует корректорной ветви внешней скоростной характеристики до момента уменьшения подачи топлива за счет работы регулятора частоты вращения. Таким образом, в условиях разгона двигатель полностью загружается силами инерции и внутреннего сопротивления и обеспечивается полная цикловая подача топлива. Разработанная технология диагностирования реализована в виде шести диагностических карт, в которых представлен весь комплекс действий, которые необходимо выполнить для оценки технического состояния прецизионных узлов системы топливоподачи. Общая схема алгоритма диагностирования прецизионных узлов ТА дизельного ДВС представлена на рис. 8.

По полученным в процессе диагностирования данным производится построение графиков и определяются численные значения диагностических параметров, характеризующих техническое состояние плунжерных пар, нагнетательных клапанов и распылителей (рис. 9, 10, 11).

Рис. 8. Общая схема алгоритма диагностирования прецизионных узлов ТА дизельного ДВС

Рис. 9. График зависимости изменения максимального давления импульса подачи топлива от частоты вращения коленчатого вала ДВС в тестовом режиме свободного разгона



Рис. 10. Графики зависимости давления начала и конца подачи топлива от частоты вращения коленчатого вала ДВС в тестовом режиме свободного разгона

Рис. 11. График импульса подачи топлива, полученный в области номинальной частоты вращения коленчатого вала ДВС в тестовом режиме свободного разгона

В работе представлены следующие технологические карты:

карта №1 - «Подготовка дизеля к измерениям» включает указания по установке датчиков, подключение датчиков к ИИС, запуск дизеля, его прогрев и визуальный осмотр на наличие неплотностей в соединениях;

карта №2 - «Установка программного обеспечения и подготовка ИИС» включает указания по установке программного обеспечения и рекомендации по его настройке для проведения диагностических испытаний;

карта №3 - «Измерение параметров топливной аппаратуры тракторного дизеля» включает описание последовательности действий, необходимых для получения диагностической информации»;

карта №4 - «Диагностирование плунжерной пары по характеристике давления впрыскивания в режиме свободного разгона дизеля» включает последовательность действий, необходимых для оценки полученных диагностических параметров;

карта №5 - «Диагностирование нагнетательного клапана по характеристике давления впрыскивания в режиме свободного разгона дизеля» включает последовательность действий, необходимых для оценки полученных диагностических параметров;

карта №6 - «Диагностирование распылителя по характеристике давления впрыскивания в режиме свободного разгона дизеля» включает последовательность действий, необходимых для оценки полученных диагностических параметров.

Предложенная технология прошла производственную проверку в составе ИИС в условиях МУП «Болотнинское АТП» и рекомендована для диагностирования прецизионных узлов ТА тракторных дизелей с рядными ТНВД в эксплуатационных и стационарных условиях.

В пятой главе дана оценка экономического эффекта от использования в процессе диагностирования ТА предлагаемой технологии и ИИС. Экономический эффект от предложенной технологии достигается за счет сокращения продолжительности постановки диагноза и составляет 260 рублей на одно диагностирование.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Установлено, что до 45-60% отказов в тракторном дизеле приходится на топливную систему. Состояние ТА в условиях эксплуатации тракторов является неудовлетворительным, а существующие средства и технологии диагностирования прецизионных узлов ТА тракторных дизелей имеют недостатки, выраженные в высокой трудоёмкости диагностирования, низкой достоверности диагноза, частичной разборке элементов топливной системы.

2. Показано, что дизель при проведении диагностирования должен работать в переходном режиме свободного разгона, при котором обеспечивается полная цикловая подача топлива и его загрузка.

3. Моделированием процесса подачи топлива установлено, что при предельном состоянии распылителя и плунжерной пары давление топлива в линии нагнетания уменьшается на 40%, а износ нагнетательного клапана приводит к увеличению давления начала подачи топлива в линии нагнетания на 20%. Такое существенное изменение давления отражает тесную взаимосвязь между техническим состоянием распылителя, плунжерной пары, нагнетательного клапана с изменением давления в линии нагнетания топлива, которая подтверждается увеличением утечек топлива на 84% через образовавшиеся неплотности в прецизионных узлах в результате их износа до предельного состояния.

4. Разработана ИИС диагностирования прецизионных узлов ТА тракторных дизелей с рядными ТНВД, которая состоит из аналогово-цифрового преобразователя, персонального компьютера, датчиков, монтируемых на ДВС и ТА, коммутационных элементов и программного обеспечения. ИИС позволяет проводить исследования процесса изменения давления топлива в режиме свободного разгона дизеля и определять такие числовые параметры, как давление начала подачи топлива, давление конца подачи топлива, максимальное давления импульса подачи топлива, длительность импульса подачи топлива, частота вращения и ускорение коленчатого вала тракторного дизеля.

5. Теоретическими и экспериментальными исследованиями определены перечень и значения диагностических параметров. Для диагностирования плунжерных пар используется значение изменения максимального давления в линии нагнетания топлива, которое не должно опускаться ниже 30 МПа. Для диагностирования распылителей используется значение максимального давления, полученное в области номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя, значения параметра лежат в диапазоне от 36 до 42 МПа. Диагностирование нагнетательных клапанов осуществляется по параметру изменения давления начала подачи топлива в линии нагнетания, значения параметра должно лежать в диапазоне от 0,5 МПа до 3 МПа. Значения диагностических параметров получают в режиме свободного разгона тракторного дизеля.

6. Разработанные регрессионные модели, характеризующие зависимость изменения давления топлива в линии нагнетания от состояния прецизионных узлов, в режиме свободного разгона дизеля, позволяют оценивать состояние плунжерной пары, распылителя, нагнетательного клапана с погрешностью, не превышающей 5%.

7. Разработана технология и метод диагностирования прецизионных узлов ТА тракторных дизелей с рядными ТНВД с использованием ИИС, которые позволяют снизить трудоёмкость диагностирования в 3 раза за счёт сокращения времени на проведение операций по техническому диагностированию и постановки диагноза.

8. В результате расчёта экономической эффективности применения технологии и ИИС для технического диагностирования прецизионных узлов ТА получена экономия от снижения затрат при диагностировании четырехцилиндрового дизеля в размере 260 рублей на одно диагностирование.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Лившиц В.М. Перспективные разработки в области диагностики автотракторных дизелей / В.М. Лившиц, С.В. Крашенинников, С.П. Пятин // Научно-практический журнал «Вестник ИрГСХА», раздел «Механизация. Электрификация» посвящён итогам семинара «Чтения И.П. Терских». Иркутск: ФГОУ ВПО «ИрГСХА», 2010. - С. 77-81.

2. Крашенинников С.В. Диагностика топливной аппаратуры дизельного двигателя / С.В. Крашенинников, С.П. Пятин // Сельский механизатор. - 2010. - №7. - С. 30-31.

3. Лившиц В.М. Современные подходы к созданию диагностических систем / В.М. Лившиц, С.В. Крашенинников, С.П. Пятин // Проблемы диагностики и эксплуатации автомобильного транспорта: сб. матер. II междунар. научн.-практ. конф. - Иркутск: ИГТУ, 2009. - С. 4-6.

4. Лившиц В.М. Система для диагностики состояния топливной аппаратуры автотракторного дизельного двигателя в условиях эксплуатации / В.М. Лившиц, С.В. Крашенинников, С.П. Пятин // Информационные технологии, системы и приборы в АПК: сб. матер. 4-ой междунар. научн.-практ. конф. - Новосибирск: СибФТИ, 2009. - С. 360-364.

5. Лившиц В.М. Диагностирование топливной аппаратуры дизельного двигателя / В.М. Лившиц, С.В. Крашенинников // Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых учёных: сб. матер. III междунар. научн.-практ. конф. мол. учёных. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2008. - С. 285-287.

6. Крашенинников С.В. Диагностика нагнетательного клапана и распылителя при помощи современного оборудования / С.В. Крашенинников // Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых учёных: сб. трудов ч.2. междунар. научн. конф. мол. учёных посвящ. 40-летию СО Россельхозакадемии. - Новосибирск: р-п. Краснообск, 2010. - С. 357-361.

7. Крашенинников С.В. Метод диагностирования прецизионных деталей топливной аппаратуры автотракторных двигателей / С.В. Крашенинников // Аграрная наука - сельскому хозяйству / V международная науч.-практ. конф.: сб.ст. кн.2. - Барнаул, ФГОУ ВПО АГАУ, 2010. - С. 492-495.

8. Крашенинников С.В Использование динамического метода для диагностирования топливной аппаратуры дизельного двигателя / С.В. Крашенинников // Актуальные вопросы научного обеспечения производства сельскохозяйственной продукции в Сибири: сб.ст. междунар. науч.-практ. конф. Новосибирск, ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии, 2011. - С. 285-290.

9. Крашенинников С.В. Технология диагностирования топливной аппаратуры дизельного двигателя с использованием автоматизированной информационно-измерительной системы / С.В. Крашенинников // Инновационные технологии сервиса транспортных средств: матер. I междунар. научн.-практ. конф. - Новосибирск, изд-во. ФГОУ ВПО НГПУ, 2011. - С. 68-78.

10. Пат. 103916 Российская Федерация, МПК G01M15/04. Автоматизированная система диагностики топливной аппаратуры дизельных автотракторных двигателей / С.В. Крашенинников, В.М. Лившиц, С.П. Пятин, А.А. Моносзон, В.Г. Кошевой; заявитель и патентообладатель Российская академия сельскохозяйственных наук научное учреждение Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства; заявл. 29.09.10; опубл. 27.04.11, Бюл. №12 - 6с.

Размещено на Allbest.ru

...