WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Совершенствование метода и разработка средств диагностирования плунжерных пар при техническом сервисе топливной аппаратуры дизелей

На правах рукописи

Алиев Арсен Магомедович

Совершенствование метода и разработка средств диагностирования плунжерных пар при техническом сервисе топливной аппаратуры дизелей

05.20.03 «Технологии и средства технического обслуживания

в сельском хозяйстве»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

(ФГОУ ВПО МГАУ)

Научный руководитель:

Кандидат технических наук, профессор Чечет Виктор Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Девянин Сергей Николаевич;

кандидат технических наук, доцент Жосан Артур Александрович.

Ведущая организация – ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»

Защита состоится 11 апреля 2011г. в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 220.044.01 при ФГОУ ВПО МГАУ

по адресу: 127550, г. Москва, ул. Лиственничная аллея, д. 16-а, корпус 3, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГАУ.

Автореферат разослан « 09 » марта 2011г. и размещен на сайте

www.msau.ru « 09 » марта 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Левшин А.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В условиях рядовой эксплуатации машинно-тракторных агрегатов (МТА) возникают различные неисправности и отказы составных частей. При этом наибольшее количество отказов приходится на дизель. Если учесть общеизвестный факт, что существенный процент отказов (до 45%) приходится на топливную аппаратуру (ТА), то становится очевидным, что в общем объеме прогрессирующих издержек (потерь) основную часть составляют топливные потери.

Многочисленными исследованиями установлено, что ТА в ряде случаев не обеспечивает требуемую надежность в условиях рядовой эксплуатации. В первую очередь это относится к потере работоспособности пре­цизионных элементов топливного насоса высокого давления (ТНВД).

Несмотря на совершенствование конструкций элементов топливоподающей системы (ТПС) актуальность своевременного диагностирования и устранения неисправностей на сегодняшний день сохраняется и даже увеличивается, что связано, в частности, с неудовлетворительным качеством топлива.

Однако, несмотря на отмеченную актуальность и наличие большого количества исследований по данной тематике, в том числе, связанных с разработкой автоматизированных информационно-измерительных устройств и комплексов на основе применения микропроцессорных средств и систем, на сегодняшний день в массовой практике технического сервиса (ТС) мы не располагаем методами и средствами диагностирования прецизионных элементов ТНВД, отвечающими современным требованиям информативности, достоверности и оперативности постановки диагноза в условиях рядовой эксплуатации.

Таким образом, разработка и совершенствование методов и средств оценки состояния прецизионных пар ТНВД, отвечающих современным требованиям, представляет весьма актуальную задачу.

Целью работы является совершенствование методов и средств диагностирования прецизионных элементов ТНВД в части повышения информативности и точности путем учета факторов противодавления, активного хода и вязкости топлива.

Объектом исследования является процесс нагнетания топлива в изолированную камеру постоянного объема (ИК) и регистрация параметров подачи и давления с использованием классических средств измерения и компьютерных технологий.

Предметом исследования является связь между характеристиками макро- и микро- геометрии соединения плунжер – втулка, а также активным ходом плунжера со скоростью нарастания давления в ИК на пусковом режиме в функции числа циклов.

Методы исследования. Методологической основой исследований служат теоретические положения закона подачи ТА дизелей, общие и частные уравнения гидродинамики, методы обработки результатов лабораторных и производственных экспериментов и методы цифровой обработки параметров давления топлива на основе программной среды LabVIEW 7.1 компании NI.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов работы подтверждаются применением точных средств измерения параметров системы топливоподачи высокого давления, использованием аттестованных средств испытаний ТА и хорошим совпадением полученных экспериментальных данных и зависимостей с результатами прямого измерения эталонными методами и средствами.

Научную новизну составляет метод оценки гидроплотности прецизионных элементов топливной аппаратуры по скорости нарастания давления за определенное количество циклов нагнетания топлива в изолированную камеру постоянного объема с учетом активного хода плунжера, вязкости топлива и конструктивных характеристик.

Практическую ценность работы представляют:

  • полученные зависимости влияния на повышение информативности и точности диагностирования фактора противодавления при нагнетании топлива в изолированную камеру постоянного объема;
  • обоснование диагностического параметра (комплексного критерия) оценки степени износа сопряжения плунжер - втулка, учитывающего активный ход плунжера, вязкость топлива и количество циклов нагнетания до достижения максимального или порогового давления сжатия топлива;
  • разработка цифрового виртуального прибора для регистрации параметров топливоподачи ТНВД в программной среде LabVIEW 7.1;
  • обоснование нормативов нового диагностического параметра;

- разработка технологии диагностирования.

Реализация результатов исследований. Результаты диссертационной работы используются в научно-исследовательском и учебном процессах ФГОУ ВПО МГАУ.

Внедрение представленного метода осуществляется ООО «Авто Дом» при эксплуатации и ремонте дизельной топливной аппаратуры и ГУП ДСУ-3 Владимирской обл. «Александровское ДРСУ» при техническом обслуживании и ремонте ТНВД автомобилей с дизельными двигателями.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО МГАУ:

- Международная научная конференция «Инновационные технологии в сельском хозяйстве», посвященная 140-летию В.П. Горячкина 20-22 ноября 2007г. г. Москва;

- Семинар заведующих кафедрами ремонта и надежности машин на тему: «Инновационные технологии в подготовке высококвалифицированных кадров для технического сервиса в АПК» 5-11окт. 2009г. г. Москва;

- Международная научно-практическая конференция «Трибология и экология (наука, образование, практика)» 22-23 апреля 2010г. г. Москва;

- Международная научно-практическая конференция, посвященная 80-летию ФГОУ ВПО МГАУ «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии» 7-8 окт. 2010г. г. Москва.

Публикации. Результаты исследования опубликованы в четырех научных статьях и одном методическом указании, из них три в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ.

На защиту выносятся:

  1. Математическая модель процесса нагнетания топлива в изолированную камеру постоянного объема.
  2. Теоретические и экспериментальные зависимости влияния на цикловую подачу и скорость нарастания давления технического состояния прецизионных элементов топливного насоса высокого давления, активного хода плунжера и вязкости топлива.
  3. Метод диагностирования плунжерных пар по комплексному показателю, включающему скорость нарастания давления в функции числа циклов, коэффициент активного хода и термокоэффициент.
  4. Модернизированный диагностический прибор-измеритель гидроплотности плунжерных пар и нагнетательных клапанов, обеспечивающий регистрацию параметров давления как с помощь механического манометра, так и с помощью измерительного преобразователя в программной среде LabVIEW 7.1.
  5. Технология диагностирования.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и списка литературы. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, включая 25 таблиц, 51 рисунок и 25 приложений. Список литературы включает 99 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию актуальности темы диссертации, ее цели исследования, научной новизны и практической ценности. Представлены положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» дан анализ особенностей конструкций современных ТНВД в части их приспособленности к диагностированию прецизионных элементов. Рассмотрен характер износов плунжерных пар и отмечены основные причины износов. Представлен подробный обзор известных методов и средств диагностирования ТА высокого давления. Состояние вопроса основано на работах ученых ГОСНИТИ (Бельских В.И., Михлин В.М.,Федосов И.М., Беляев В.И., Соловьев В.И., Павлов Б.В.), МГАУ (Девянин С.Н., Чечет В.А., Пучин Е.А., Драчев Д.И.), ФГОУ ВПО Башкирского аграрного университета (Габитов И.И., Неговора А.В., Ильин В.А., Нигматулин Ш.Ф.), МГТУ (Грехов Л.В.), ЦНИТА (Файнлейб Б.Н., Колупаев В.Я.), Архангельского лесотехнического института (Попов В.Ф., Макарьин Р.И.) и др.

Проведенный анализ позволил выделить несколько факторов, определивших цель и задачи исследований. Показано, что на гидроплотность плунжерной пары влияет не только величина зазора соединения плунжер – втулка, но и микрогеометрия поверхностей трения, главным образом, у верхнего торца головки плунжера, например, продольные риски или бороздки со средней глубиной 0,004…0,006 мм. Ряд исследователей отмечают обязательную необходимость учета влияния активного хода при оценке гидроплотности плунжерных пар любым диагностическим методом. Также отмечено, что большинство известных диагностических методов, в том числе обеспеченных электронными средствами регистрации, методологически имеют предел совершенствования, так как оценивают гидроплотности прецизионных элементов только на штатных режимах, соответствующих рабочим давлениям форсунок, и в целом имеют интегральный характер полученной диагностической информации.

Основные задачи исследований:

1. Разработка математической модели закона подачи топлива при нагнетании в ИК.

2. Выявление зависимостей изменения гидроплотности соединения плунжер – втулка от факторов противодавления, активного хода и вязкости топлива.

3. Разработка метода и средства оценки гидроплотности прецизионных элементов ТНВД.

4. Разработка технологических принципов и технологии диагностирования прецизионных элементов ТНВД.

Вторая глава «Теоретическое обоснование метода диагностирования прецизионных элементов ТНВД по показателю скорости нарастания давления в изолированную камеру постоянного объема» посвящена теоретическому обоснованию метода оценки гидроплотности прецизионных элементов ТНВД и разработке математической модели процессов нагнетания и истечения топлива в ИК.

На рисунке 1 представлена упрощенная схема ИК, имеющая постоянный (суммарный) объем V0, складывающийся из объема надклапанного пространства (внутренней полости штуцера насоса) Vн, объема проходного канала топливопровода Vтп и совокупного объема внутренней полости измерительного устройства Vизм:

V0=Vн+ Vтп+ Vизм,

Vтп=Lfтп,

где L – длина топливопровода; fтп – площадь проходного сечения топливопровода.

 Схема ИК (V0 – суммарный (постоянный) объем ИК; Vн – объем-0

Рисунок 1 – Схема ИК (V0 – суммарный (постоянный) объем ИК; Vн – объем надклапанного пространства (внутренней полости штуцера насоса); Vтп – объем проходного канала топливопровода; Vизм – совокупный объем внутренней полости измерительного устройства; L – длина топливопровода; – средний радиальный зазор в плунжерной паре; – средний радиальный зазор в соединении клапан – седло)

В отличие от классических схем нагнетания и впрыскивания топлива данная схема отличается тем, что истечение топлива происходит только через зазоры (неплотности) плунжерной пары и нагнетательного клапана. При этом общее дифференциальное уравнение процесса меняется несущественно:

, (1)

где fп – площадь поперечного сечения плунжера; Vi – коэффициент сжимаемости топлива;V0 – постоянный (суммарный) объем ИК; – утечки через уплотняющую часть плунжера; – утечки через запорный конус соединения седло – клапан; – скорость движения плунжера, соответствующая времени t.

На рисунке 2 дана схема процесса нагнетания топлива в ИК.

Рисунок 2 – Схема процесса нагнетания топлива в ИК:

нагн.0 – момент геометрического начала нагнетания; нагн.i – фактический момент начала нагнетания (подачи) топлива с учетом противодавления в ИК pост(i-1); pост i – величина давления в ИК к моменту начала фактического нагнетания нагн(i+1); pmax i – давление топлива, развиваемое секцией ТНВД по прошествии i-го цикла в фазовом диапазоне нагн.i – отс.; отс – момент окончания нагнетания (отсечки); pост.i – величина потери давления за фазу поворота кулачкового вала в диапазоне отс - нагн(i+1) из-за утечки топлива через зазор соединения клапан – седло; pmax.i – приращение давления топлива, нагнетаемого в ИК за цикл i+1 в фазовом диапазоне нагн(i+1) ­­- отс..

Рассматриваем три фазы общего цикла:

1 – от начала геометрической подачи нагн.0 до фактического момента начала нагнетания нагн.i при противодавлении pост >0. При этом за период первой фазы происходит утечка топлива через зазор соединения плунжер – втулка, равная:

, (2)

2 – находится в фазовом диапазоне нагн.i - отс., где происходит накачка (диффундирование) порции топлива в ИК. В момент нагнетания нагн.i ожидаемый объем нагнетаемого топлива равен:

V1 Цi = qа.х – V1 ут.i, (3)

в конце нагнетания величина диффундируемого объема топлива уменьшается на значение величины V2 ут.i, т.е. на величину утечки топлива через зазор соединения плунжер – втулка за период нагн.i – отс.:

, (4)

тогда

VЦi =qа.х – V1 утi – V2 утi, (5)

где VЦi – объем топлива, нагнетаемого в ИК за цикл i+1 в фазовом диапазоне нагн(i+1) ­­- отс; qа.х – цикловая подача на пусковом режиме без противодавления (форсунки), величина которой определяерся только активным ходом; V1 ут.i – утечка топлива через зазор соединения плунжер – втулка в фазовом диапазоне нагн.0 ­­- нагн.i; V2 ут.i – утечка топлива в фазовом диапазоне нагн.i - отс..

При значениях pост., близких к 0, величина V1 ут.i стремится к 0 и наоборот, при значениях pост., близких к критическому, когда давления нагнетания не хватает для преодоления противодавления pост. крит., соответственно, величина V2 ут.i также приближается к 0;

3 – находится в фазовом диапазоне отс - нагн(i+1) и характеризуется процессом утечки топлива через зазор соединения клапан – седло:

. (6)

С учетом (1, 3, 5) функция нагнетания примет вид:

. (7)

Тогда с учетом (7) общее выражение процесса нагнетания будет выглядеть как сумма:

, (8)

где nц – количество циклов нагнетания.

В конечном итоге нас интересует определение среднего радиального зазора соединения плунжер – втулка, как основного критерия степени износа плунжерной пары. В соответствии с (5, 7):

Vут.i= qа.х – V0 Vi pmaxi, (9)

где

Vут.i = V1ут.i + V2ут.i.

Тогда средняя скорость утечки топлива в фазовом диапазоне нагн.0 ­­- отс с учетом (9) составит:

, (10)

где nкул – частота вращения кулачкового вала насоса.

Опуская промежуточные выкладки, представим аналитическое выражение среднего радиального зазора соединения плунжер – втулка:

, (11)

где C – постоянный коэффициент, зависящий от физических свойств дизельного топлива (C=1,0025); – диаметр плунжера; – длина уплотняющей части плунжера; т – коэффициент истечения; 1 – коэффициент, учитывающий изменение формы уплотняющего зазора в результате эксцентриситета плунжера:

.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» представлены методики исследований с описанием приборов и оборудования.

Применялось следующее оборудование:

– ТНВД 4УТНМ дизеля Д-144;

– прибор КП-1640А конструкции ГОСНИТИ для оценки гидроплотности плунжерных пар статическим методом;

– гидроплотномер (опытный образец) – прибор для испытания плунжерных пар на гидравлическую плотность статическим методом;

– механотестер топливной аппаратуры КИ-5918 (МТА-2) – прибор для оценки технического состояния форсунок, нагнетательных клапанов и плунжерных пар ТНВД;

– эталонный манометр (манометр образцовый). Допустимая погрешность показаний от верхнего предела измерений 0.35%, верхний предел измерений 1600 кг/см2, класс точности 0.35;

– профиллограф-профиломер (модель 130 завода «Калибр») - прибор для измерения неровностей поверхности и представления результатов в виде кривой линии (профилограммы), характеризующей волнистость и шероховатость поверхности и снятия круглограмм, (определение высот неравномерностей от 0,03 – 80 мкм);

– индикатор гидроплотности плунжерных пар и нагнетательных клапанов модернизированный (ИГП-М – опытный образец) – прибор для испытания плунжерых пар и нагнетательных клапанов на гидравлическую плотность динамическим методом;

– датчик давления фирмы «Карат» - предназначен для непрерывного преобразования избыточного давления в нормированный выходной электрический сигнал. Диапазон измерения 0…100МПа. Соответствует ТУ – 4212-001-59602533-003;

– ПК «DELL», со встроенным программным обеспечением LabVIEW 7.1;

– оборудование фирмы National Instruments;

– индикатор цикловой подачи (ИЦП – опытный образец) – прибор для оценки цикловой подачи на пусковых оборотах;

– эталонная мензурка со шкалой деления до 50 см3, с ценой деления 0,1см3;

– экспериментальный мини-стенд, предназначенный для испытаний ТНВД на пусковых оборотах (150 об/мин);

– стенд «СДТ/18,5км» для испытания дизельной топливной аппаратуры;

– стенд СДФ-1 для испытания и регулировки дизельных форсунок;

– комплект оснастки КИ-15713-ГОСНИТИ для эталонирования дизельной топливной аппаратуры Красноуфимского опытно-экспериментального завода (паспорт 15713 ПС);

– термометр электронный Optris Minisight - прибор для точечного измерения температуры.

Экспериментальные исследования проводились в два этапа: лабораторный и производственный эксперимент.

Для проведения лабораторного эксперимента были первично подобраны плунжерные пары НЗТА в количестве 150 штук.

На приборах КП-1640А и гидроплотномере проводился селективный отбор по группам плотности. В результате было выбрано 84 плунжерные пары.

Затем проводились испытания на гидроплотность динамическим методом на экспериментальном мини-стенде с использованием прибора ИГП-М (рисунок 3), которые позволили отобрать для последующего многофакторного эксперимента 21 плунжерную пару, из них 5 штук были подвергнуты процедуре искусственного износа с последующей выборочной доводкой пастой Гои.

 Экспериментальный мини-стенд, с подключенным диагностическим-18

Рисунок 3 – Экспериментальный мини-стенд, с подключенным диагностическим оборудованием: 1 – экспериментальный мини-стенд; 2 – ТНВД; 3 – ИЦП; 4 – ИГП-М; 5 – датчик давления; 6 – переходное устройство (ПУ) для подключения датчика; 7 – универсальный шасси DAQ с набором модулей фирмы National Instruments; 8 – ПК, со встроенным программным обеспечением LabVIEW версии 7.1

Далее снимались характеристики макро- и микро- геометрий отобранных плунжерных пар на приборе профиллограф-профиломер.

Затем на стенде «СДТ/18,5км» для испытания дизельной топливной аппаратуры проводился многофакторный эксперимент, где в качестве переменных факторов были использованы: активный ход плунжера, гидроплотность плунжерной пары и нагнетательного клапана, температура топлива и частота вращения кулачкового вала насоса. Все процессы выводились и фиксировались на монитор ПК при помощи датчика давления «Карат» и оборудования NI.

В качестве выходных характеристик регистрировались: цикловая подача на номинальном и пусковом режимах, цикловая подача без противодавления (без форсунки), давление топлива при его нагнетании в ИК и количество циклов нагнетания.

Производственный эксперимент включал испытания рядовых ТНВД марки УТН-5 дизеля Д-240 тракторов МТЗ-80, МТЗ-82 в количестве пяти штук и ТНВД дизелей ЯМЗ автомобилей Камаз в количестве двух штук.

В качестве выходных характеристик регистрировались: цикловая подача на пусковом режиме, измеренная с помощью эталонных форсунки и мензурки, давление нагнетания в ИК и количество циклов нагнетания.

Затем по стандартной методике оценивалась погрешность диагностирования.

Четвертая глава «Результаты экспериментальных исследований». На рисунке 4 показана осциллограмма процесса нагнетания давления в ИК.

 Осциллограмма процесса нагнетания давления в ИК Максимальная-19

Рисунок 4 – Осциллограмма процесса нагнетания давления в ИК

Максимальная амплитуда показывает момент наступления динамического равновесия между величиной объема нагнетаемого топлива VЦi и величиной утечки Vут.i.

На рисунке 5 показаны зависимости давления топлива, развиваемого плунжерной парой в ИК, от числа циклов нагнетания при различных величинах степени износа плунжерных пар, температуры топлива и активного хода.

 Зависимость давления топлива, нагнетаемого в ИК от количества-20

Рисунок 5 – Зависимость давления топлива, нагнетаемого в ИК от количества циклов

Кривые 1, 2 характеризуют давления, развиваемые одной и той же изношенной плунжерной парой при номинальной величине активного хода плунжера и температуре топлива 25 и 35С соответственно. Кривые 3, 4 характеризуют давления, развиваемые одной и той же новой (неизношенной) плунжерной парой с номинальным и уменьшенным активным ходом соответственно при одинаковой температуре топлива, равной 25С. Как видно из рисунка 5, все плунжерные пары преодолевают известное нормативное значение давления 300 кгс/см2. Однако только лишь по факту достижения этого значения давления какой-либо плунжерной парой невозможно достоверно судить о степени ее износа, так как в зависимости от величины активного хода плунжера, температуры топлива и степени износа плунжерной пары какое-либо заданное давление будет достигаться за разное число циклов работы дизеля. Так, кривые 1 и 2 показывают, что при более высокой температуре топлива и при прочих равных условиях (одна и та же изношенная плунжерная пара с одинаковым активным ходом в обоих случаях) достижение одного и того же давления происходит в течение большего числа циклов работы дизеля. При этом может оказаться, что в случае сильно изношенной плунжерной пары для достижения ею заданного давления 300 кг/см2 требуется слишком большое число циклов работы двигателя. Кривые 3 и 4 показывают, что при меньшем активном ходе для достижения давления 700 кг/см2 требуется вдвое большее число циклов. Сравнение кривых 1 и 3 показывает, что при прочих равных условиях (номинальный активный ход плунжера и одинаковая температура топлива) изношенная плунжерная пара развивает давление в 300 кг/см2 за значительно большее число циклов, чем новая. Сравнение кривых 1…4 на рисунке 5 подтверждает, что определение лишь факта достижения или недостижения диагностируемой плунжерной парой заданного давления обеспечивает весьма субъективную оценку состояния плунжерных пар со средней (промежуточной) степенью износа, т.е. с помощью известного способа с приемлемой достоверностью можно определить только крайние состояния плунжерных пар, а именно новых (с минимальным износом) или предельно изношенных.

На рисунке 6 представлен процесс нагнетания топлива в ИК, где показаны осциллограммы процессов 84 плунжерных пар разной степени и вида износа поверхностей, где кроме факторов влияния на давление нагнетания количества циклов, активного хода и температуры топлива присутствует эффект резкого уменьшения тангенса угла наклона при достижении определенной величины давления, что свидетельствует о влиянии на скорость нарастания давления не только величины среднего радиального зазора соединения плунжер – втулка, но и степени шероховатости (микрогеометрии) и величины активного хода.

 Зависимость давления топлива, нагнетаемого в ИК от количества-21

Рисунок 6 – Зависимость давления топлива, нагнетаемого в ИК от количества циклов

Действительно, кривые, имеющие ярко выраженный перегиб, относятся к таким плунжерным парам, у которых наблюдается не только увеличенный зазор соединения, но и повышенная шероховатость (более 0,15 мкм).

Наоборот, группы кривых в левой области рисунка имеет очевидный, близкий к линейному характер изменения, а также удовлетворительную шероховатость и степень износа.

Соответственно, при оценке величин нагнетания в зоне резкого уменьшения нарастания давления мы имеем повышенную погрешность диагностирования. В целях снижения ее была выведена зависимость достаточного количества циклов нагнетания в функции активного хода.

Учет изменения активного хода (поправочный коэффициент активного хода) плунжера принимается в виде отношения:

, (12)

где – цикловая подача эталонной секции ТНВД, определяемая на пусковых оборотах коленчатого вала дизеля при отсутствии противодавления, создаваемого форсункой и штатным топливопроводом высокого давления, и характеризующая номинальный условный активный ход плунжера; – цикловая подача проверяемой секции ТНВД, определяемая на пусковых оборотах коленчатого вала дизеля при отсутствии противодавления, создаваемого форсункой и штатным топливопроводом высокого давления, и характеризующая фактический условный активный ход плунжера.

Специальным экспериментом было установлено, что на величину практически не влияет степень износа плунжерной пары. Например, при увеличении среднего радиального зазора в 3 раза величина уменьшается всего на 7…8 %.

Сама зависимость достаточного числа циклов от показателя дана на рисунке 7.

 Зависимость nц от Расчет и построение данной аппроксимирующей-28

Рисунок 7 – Зависимость nц от

Расчет и построение данной аппроксимирующей зависимости осуществлялись на основе анализа экспериментальных кривых нарастания давления для случаев с различным активным ходом плунжера и разной степенью износа плунжерных пар. Для построения представленной зависимости всего было рассмотрено 32 различных случая.

Общее выражение комплексного (диагностического) показателя оценки гидроплотности плунжерной пары имеет вид:

, (13)

где – коэффициент, характеризующий степень износа и микрогеометрию поверхностей трения в соединении плунжер – втулка; – температурный коэффициент, учитывающий изменение вязкостных характеристик топлива от его температуры (ГОСТ 18509-80).

Введение степенного коэффициента обусловлено необходимостью учета изменения коэффициента истечения топлива через соединение "плунжер-втулка" по мере возрастания износа поверхностей данного соединения (увеличения зазора) и, соответственно, их микрогеометрии (шероховатости), которая существенно влияет на температуру топлива из-за увеличения силы трения. Таким образом, чисто линейная компенсация уменьшения активного хода посредством коэффициента в первой степени (когда = 1) для изношенных плунжерных пар не обеспечивает достаточной достоверности оценки их гидроплотности, то есть требуется введение непропорциональной зависимости вида , где > 1.

Анализ результатов эксперимента с моделированием активного хода показал, что для реальных экспериментальных значений в диапазоне 0,8…1,3 с учетом погрешности диагностирования снижаются на 30…40 % и в абсолютном выражении составляют в среднем 5…7 %. Также установлено, что при больших шероховатостях прецизионных поверхностей (более 0,5 мкм) показатель резко уменьшается, тогда как цикловая подача на пусковых оборотах при том же среднем радиальном зазоре изменяется незначительно. Например, при шероховатости 0,6 мкм и среднем радиальном зазоре 1,2 мкм величина цикловой подачи на пусковом режиме составила 17,0 см3 за 100 циклов при предельном значении 14,5 см3 за 100 циклов. При этом величина показателя составила 80 кгс/см2·цикл при придельном значении 110 кгс/см2·цикл. Выявлено, что при возрастании шероховатости прецизионных поверхностей увеличивается разность температур топлива на входе в полость питания ТНВД и на выходе из сопел распылителя форсунки. При удовлетворительной шероховатости (не более 0,15 мкм) разность температур составляет 3…5 C, при шероховатости более 0,5 мкм разность температур топлива увеличивается до 20…25 C при прочих равных условиях.

В пятой главе «Технология диагностирования прецизионных элементов топливной аппаратуры дизелей» представлены технологические принципы диагностирования прецизионных элементов ТНВД, а также предложена технология диагностирования.

Обоснованы нормативы комплексного показателя , в численном выражении составляющие: номинальное значение – 170…180 кгс/см2·цикл; допускаемое – 130…140 кгс/см2·цикл; предельное – 110 кгс/см2·цикл.

Технология разработана на базе модернизированного прибора ИГП-М, представленного на рисунке 8.

Рисунок 8 – Устройство ИГП-М: индикатор состоит из корпуса 1, манометра и (или) электрического датчика давления 2, дроссельного крана 3, регулируемого клапана сброса давления 4 и мантируемого нагнетательного модуля 9. В свою очередь клапан сброса давления 4 состоит из силовой пружины 5, запорного элемента 6 и крышки корпуса 7, технологические штуцеры 8. Нагнетательный модуль 9 состоит из штуцера 10, нагнетательного клапана 12 и его корпуса 11, силовой пружены 13 и соединительной гайки 14

В качестве одного из главных элементов новизны предложенной конструкции служит наличие съемного нагнетательного модуля 9, позволяющего исключить влияние негерметичности нагнетательного клапана, т. е. осуществить принцип дифференциального диагностирования и обеспечить возможность оценки гидроплотности плунжерных пар насосов, не имеющих штатного нагнетательного клапана (например, VE и CR).

Основу экономического эффекта составило уменьшение вероятностей ошибок первого и второго рода, и как следствие, снижение прогрессирующих топливных потерь в результате своевременного обнаружения и устранения неисправностей ТНВД.

С учетом применения разработанной технологии диагностирования расчетная величина снижения прогрессирующих издержек топлива составила 110…130 кг на один двигатель в год.

Основные выводы

  1. Разработан метод оценки гидроплотности плунжерных пар, в основу которого положена скорость нарастания давления в функции числа циклов и обоснован комплексный показатель, выступающий диагностическим параметром:

Подтверждено, что учет активного хода путем введения в алгоритм поправочного коэффициента активного хода в степени. позволяет на 30…40 % снизить погрешность оценки гидроплотности плунжерной пары и выявить неудовлетворительное состояние микрогеометрии поверхности трения (шероховатость) при удовлетворительном среднем радиальном зазоре соединения. При этом абсолютная погрешность метода диагностирования составляет 5…7 %.

  1. Разработана математическая модель процесса нагнетания топлива в изолированную камеру постоянного объема, где в качестве основных аргументов служат коэффициент сжимаемости, объем нагнетаемого топлива как разность геометрической подачи и величины утечек через зазор соединения плунжер – втулка, коэффициент активного хода и коэффициент вязкости топлива. Модель рассматривает 3 фазы протекания процесса за цикл.
  2. Выявлено, что увеличение информативности и точности оценки гидроплотности плунжерной пары увеличивается по мере роста противодавления в изолированной камере постоянного объема (более 45…50 МПа). Также установлено, что кривая нагнетания топлива в изолированную камеру имеет линеаризованный участок приращения давления, заканчивающийся точкой перегиба. При этом дальнейшая регистрация величины давления приводит к резкому увеличению погрешности.

Экспериментально рассчитана зависимость достаточного количества циклов (от 5 до 12) в функции коэффициента активного хода, позволяющая регистрировать процесс нагнетания на линейном участке кривой нарастания давления.

  1. Доказано, что цикловая подача на пусковом режиме мало чувствительна к повышенным шероховатостям прецизионных поверхностей (более 0,5 мкм) при удовлетворительных значениях среднего радиального зазора, тогда как комплексный показатель скорости нарастания давления отображает рассматриваемый вид износа. Также выявлено, что при возрастании шероховатости увеличивается разность температур топлива на входе в полость питания и на выходе из сопел распылителей форсунки (до 20…25 C)
  2. Обоснованы нормативы комплексного показателя , составляющие: номинальное значение – 170…180 кгс/см2·цикл; допускаемое – 130…140 кгс/см2·цикл; предельное – 110 кгс/см2·цикл.
  3. Разработан прибор ИГП-М, позволяющий благодаря наличию съемного нагнетательного модуля проводить дифференциальное диагностирование плунжерных пар и нагнетательных клапанов, независимо от конструкции ТНВД.
  4. В основу технологических принципов диагностирования положено:
  • измерение геометрической цикловой подачи специальным мензурочным блоком без форсунки с использованием технологического топливопровода;
  • вычисление коэффициента активного хода как отношение эталонной геометрической цикловой подачи и фактической, измеренной с помощью мензурочного блока;
  • определение по экспериментальной зависимости (график) достаточного количества циклов в функции коэффициента активного хода;
  • измерение температуры топлива на входе и вычисление или определение по номограмме термокоэффициента;
  • регистрация на режиме пусковых оборотов максимального давления нагнетания топлива в ИК за установленное количество циклов;
  • вычисление комплексного показателя и сравнение его значения с нормативными.
  1. Величина прогрессирующих издержек топлива при внедрении предлагаемой технологии диагностирования составила 110…130 кг на один двигатель в год.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

(работы, выделенные курсивом, опубликованы в изданиях рекомендованных ВАК РФ):

  1. Алиев, А. М. Анализ средств и технологий диагностирования топливных систем дизеля [Текст] / А. М. Алиев // Вестник МГАУ. – 2009. – №2. – С. 16-18.
  2. Алиев, А. М. Оценка характеристик топливоподачи высокого давления [Текст] / А. М. Алиев // Вестник МГАУ. – 2009. – №4. – С. 68-69.
  3. Алиев, А. М. «Скорая помощь» для сельхозтехники (Опыт применения современных мобильных средств диагностики автотракторных и комбайновых дизелей) [Текст] / Виктор Чечет, Алексей Бойков, Арсен Алиев // Агромаш. – 2010. – №2. – С. 31-33.
  4. Алиев, А. М. Резервы ресурсосбережения при эксплуатации ДВС [Текст] / В. А. Чечет, А. М. Алиев // Сельский механизатор. – 2010. – №10. – С. 29.
  5. Алиев, А. М. Диагностирование системы топливоподачи высокого давления автотракторных дизелей: методические указания [Текст] / В. А. Чечет, А. М. Алиев. – М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2010. – 16 с.

Подписано к печати 03.03.2011. Формат 6084/16. Гарнитура Таймс.

Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл.-печ. л.. Тираж 100 экз. Заказ №.

Отпечатано в издательском центре ФГОУ ВПО МГАУ.

Адрес: 127550, Москва, Тимирязевская, 58. Тел. 976-02-64.



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.