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

Важнейшим направлением повышения эффективности машинно-тракторного агрегата является улучшение технико-экономических показателей его двигателя. Наиболее эффективно эта задача может решаться путем совершенствования конструкции, ремонта и технического обслуживания в первую очередь системы топливоподачи. Объясняется это тем, что качество работы топливной аппаратуры в значительной степени определяет рабочий процесс дизеля и, как следствие, его технико-экономические и экологические показатели.

Существенное ухудшение мощностных и топливно-экономических показателей дизелей объясняется, в первую очередь, изменением технического состояния элементов топливоподающих систем и параметров топливоподачи и в меньшей степени зависит от износа двигателя.

Эксплуатационные показатели топливной аппаратуры определяются стабильностью ее конструктивно-регулировочных параметров^ и параметров процесса топливоподачи, в частности, равномерностью цикловой подачи и угла опережения впрыскивания, идентичностью продолжительности впрыскивания и закона подачи, характеристик давлений впрыскивания и др.

На качество работы ТА влияют различные эксплуатационные факторы: характер и объем выполняемых работ, почвенно-климатические условия работы машины, эксплуатационные показатели топлива, принятая система технического обслуживания и ремонта, качество и наличие нормативно-технической документации и технических средств обслуживания машин, качество выполнения правил эксплуатации и ТО машин.

К настоящему времени созданы определенные научные и технические основы оценки качества работы топливной аппаратуры и обеспечения ее надежности в процессе эксплуатации. Однако существующие технологические процессы, методы и средства диагностирования не учитывают в достаточной мере особенностей функционирования ТПС. Практически не используются 5 возможности математического моделирования для получения детерминированных функциональных связей между структурными параметрами, параметрами технологической неустойчивости, параметрами работы ТПА и диагностическими параметрами. В итоге это сказывается* на ухудшении качества работы ТА, неполном использовании заложенного в конструкции ресурса и преждевременных отказах. Все это приводит к мысли о необходимости перехода к планово-предупредительной стратегии ТОР по состоянию, т. е. по результатам диагностирования.

В этой связи весьма актуальным становится повышение эффективности диагностирования за счет обеспечения высокой точности, оперативности и приемлемой трудоемкости диагностирования ТА.

Решение этой проблемы связано в первую очередь с разработкой новых и совершенствованием существующих методов диагностирования с последующей компьютеризацией процесса диагностирования и математической обработкой результатов диагностирования, обеспечивающих выдачу рекомендаций по проведению ТОР.

При этом необходимо отметить, что применение электронных диагностических комплексов и сканеров для безразборной оценки состояния прецизионных элементов ТА не обеспечивает достаточной глубины и достоверности постановки диагноза, позволяющего с высокой доверительной вероятностью назначить вид и объем ТОР и определить остаточный ресурс объекта (прецизионного элемента).

В свою очередь, актуальность диагностики СТВД обусловлена высоким уровнем вредных выбросов ОГ из-за низкого уровня технического состояния дизелей. Другой предпосылкой соответствующая для безразборных методов контроля состояния ТПС является значительная частота ее отказов в рядовой эксплуатации. Планово-предупредительная стратегия ТОР по результатам диагностирования позволяет более оперативно реагировать на снижение мощностных показателей дизеля, снижать расход топлива и токсичность ОГ, а также уменьшать затраты на дорогостоящий ремонт за счет оперативного и 6 точного определения состояния элементов ТПС, вышедших из строя или работающих вне нормативных пределов.

Проведенный анализ показывает, что улучшение эксплуатационных показателей топливной аппаратуры сельскохозяйственных дизелей путем ' научного обоснования совершенствования методов, средств технологий диагностирования ТА представляет актуальную задачу, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Цель работы: совершенствование методов и средств диагностирования прецизионных элементовТНВД в части повышения информативности и точности путем учета факторов противодавления, активного хода и вязкости топлива.

Методы исследований и достоверность результатов.

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 Lab VIEW 7.1 компании N1.

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 ЬаЬ?1Е1?7А;

— 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 ГУЛ ДСУ-3 Владимирской обл. «Александровское ДРСУ» при техническом обслуживании и ремонте ТНВД автомобилей с дизельными двигателями (приложение 1, 2).

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 2007 г. г. Москва;

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

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

— Международная научно-практическая конференция, посвященная 80-летию ФГОУ ВПО МГАУ «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии» 7−8 окт. 2010 г. 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 (ИГП-М), обеспечивающий регистрацию параметров давления, как с помощь механического манометра, так и с помощью измерительного преобразователя в программной среде Lab VIEW 7.1.

5. Технология диагностирования.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем -167 стр., основного текста — 135 стр., приложений — 32 стр., имеется 51 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 85 наименований.

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 а. 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%.

2. 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.

3. 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.

125 регистрировать > процесс нагнетания? на. линейном участке кривой нарастаниядавления. .

4- Доказано-, что цикловая подачана пусковом режиме малочувствительна к. повышенным шероховатостям прецизионных поверхностей* (более 0,5- мкм)< при удовлетворительных значениях среднего радиального, зазора, тогда: каш 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 «С).

5. Обоснованы нормативы комплексного показателя ртж, составляющие: номинальное значение — 160:. 175 кгс/смциклдопускаемое -130. 140 кгс/см2-циклпредельное — 110 кгс/см2-цикл.

6. Разработан прибор ИГП-М, позволяющий благодаря наличию съемного — нагнетательного г модуля проводить дифференциальное диагностирование^ плунжерных пар и нагнетательных клапанов^ независимо от, конструкции ТНВД.

7. В основу технологических принципов диагностирования положено: измерение геометрической цикловой подачи специальным мензурочным блоком без форсунки с использованием технологического топливопроводавычисление коэффициента активного хода* как. отношение эталонной геометрической цикловой подачи и фактической, измеренной— с, помощью: мензурочного блокаопределение по экспериментальной зависимости (график) достаточного количества циклов в функции коэффициента активного ходаизмерение температуры топлива на входе и г вычисление или. определение по номограмме термокоэффициентарегистрация на режиме пусковых оборотов максимального давления нагнетания топлива в ИК за установленное количество-цикловвычисление комплексного показателя ртъх и сравнение его значения с нормативными.

8. Величина прогрессирующих издержек топлива при внедрении предлагаемой технологии диагностирования составила 110.130кгна один двигатель в год.