Обеспечение работоспособности нагнетательных клапанов топливной аппаратуры дизелей при эксплуатации лесных машин

Лесной комплекс страны — сложная многоотраслевая система, включающая в себя лесозаготовительную, деревообрабатывающую, целлюлозно-бумажную, лесохимическую, плитную, фанерную и мебельную и др. подотрасли. В экономике России на долю лесного сектора экономики приходится около 4,5% промышленного производства, 8% численности промышленно-производственного персонала, 3,7% стоимости основных фондов, 4,1% экспортной валютной выручки. Однако, как отмечалось на международном лесном форуме «Лес и человек», который проходил в Москве 13−15 сентября 2006 года, огромный лесной потенциал страны используется неэффективно. По состоянию на конец 2005 года доля убыточных предприятий в лесозаготовительной промышленности составляла более 60%. Во многом такая ситуация связана с тем, что в последние годы лесной комплекс в общем и лесозаготовительные предприятия в частности функционируют в условиях низкой технической оснащенности [1, 2, 3]. Только за период 1990;2000 гг. по лесопромышленному комплексу России более чем в два раза уменьшился коэффициент обновления основных промышленно-производственных фондов и одновременно в 1,5 раза возрос коэффициент выбытия. В связи с ограниченностью платежеспособного спроса предприятий значительно сократился уровень производства техники. Особенно велика изношенность основных фондов в лесозаготовительной промышленности — 59, 4% [4, 5]. Анализ структуры материальных затрат в лесозаготовительной промышленности показал, что в последние годы значительно увеличились затраты на топливо, работы и услуги по поддержанию транспортных и технологических машин в работоспособном состоянии. Затраты на поддержание в работоспособном состоянии основных транспортных и технологических машин и оборудования в составе общих затрат составляли 3,3% в 1996 г. и 10,2% в 2002 г.- в составе материальных затрат возросли с 8,6% в 1996 г. до 20,9% в 2002 г. или 2,4 раза [2, 3].

Анализ состояния парка лесозаготовительной и лесохозяйственной техники показывает, что он сильно изношен. В настоящее время свыше 70% лесных машин эксплуатируется за сроками эксплуатации [1, 6]. В структуре тракторного парка нашей страны около половины моделей устарело, но они еще выпускаются. Поэтому существенный объем лесохо-зяйственных работ производится физически и морально устаревшей техникой. Более 71% тракторов и другой лесозаготовительной техники проработали свыше десяти лет и требуют увеличенных расходов на поддержание их в работоспособном состоянии. Большая часть техники, эксплуатируемой в лесном комплексе, поставлена па производство в 70-е годы XX столетия, в результате износ ее превышает 75%, а в работоспособном состоянии удается поддерживать лишь 60−80% машин от их наличия. Эта тенденция свойственна, как для отдельных лесхозов, так и для всех регионов России. На протяжении всего срока службы тракторов происходит значительное ухудшение годности деталей и узлов, обусловленное непрерывным суммированием их износов. По мере увеличения продолжительности работы машины повышаются скорости изнашивания деталей, сокращаются ресурсы сменяемых деталей и сроки достижения предельных величин износа.

Обследования технического состояния эксплуатируемой техники показали, что 85−90% из них работает с отклонениями параметров от технических условий по топливной аппаратуре, ходовым системам, рабочим органам. Коэффициент готовности ниже нормативного наблюдается у 27%. Только всего 5−10% машин полностью отвечает требованиям нормативно-технической документации.

В целом для лесного комплекса России характерным является то, что для условий рядовой эксплуатации дизельных двигателей расход топлива превышает свои нормативные значения в среднем на 16%, а в некоторых случаях — на 25%. Установлено, что удельный расход топлива тракторов ТТ-4 и ТДТ-55А к пятому году эксплуатации возрастает на 20−25%, к десятому — на 40% [7, 8, 9].

Из-за ограниченных экономических возможностей леспромхозов во многих хозяйствах имеются случаи не только несоблюдения периодичности, но и случаи низкого качества выполнения работ по техническому обслуживанию техники. В итоге это приводит к увеличению расхода топлива на 6−16%, а также к ухудшению экологии (повышается дымность двигателя). Ремонтные мастерские в лесохозяйствен-ных предприятиях недостаточно оснащены стендами для проверки и настройки топливной аппаратуры, обкатки двигателей (если такие имеются, то сроки эксплуатации данного оборудования превышены). Поэтому 80−85% двигателей машин в хозяйствах работает с пониженной мощностью. Практически двигатели не развивают мощность, гарантированную заводом-изготовителем. Зачастую она ниже номинальной на 15−25%.

Основными причинами низкого качества ремонта силами лесохо-зяйственных товаропроизводителей и предприятий сервиса являются хронический недостаток финансовых средств, износ станочного и ре-монтно-технологического оборудования (до 85%), отсутствие оснастки и специального инструмента, неразвитость конкуренции среди служб технического сервиса [10, 11].

Таким образом, основные фонды лесопромышленных предприятий морально устарели и находятся на грани физического износа. Такое состояние машинно-тракторного парка приводит, в первую очередь к резкому увеличению расхода топлива.

Особенно существенную роль в топливной экономичности и дымно-сти двигателя играет система питания двигателей. При ее неудовлетворительном техническом состоянии можно ожидать повышенного (свыше 30%) расхода топлива. Поэтому необходимо ввести ужесточение периодичности регулировки топливной аппаратуры для поддержания ее параметров в требуемых пределах, чтобы не допускать перерасхода топливно-смазочных материалов. Наиболее значимые узлы системы питания двигателей, из-за которых происходит основной перерасход топлива, являются топливные насосы высокого давления, в том числе нагнетательные клапана. Доля отказов нагнетательных клапанов составляет более 15% всех отказов топливной системы дизеля [12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].

В данной диссертационной работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на повышение качества технического сервиса нагнетательных клапанов топливной аппаратуры тракторов в лесном комплексе. Особую актуальность данной работе придает необходимость создания новых методов и оборудования диагностирования топливной аппаратуры при сервисном обслуживании лесной техники.

Предмет исследований:

— топливная аппаратура лесных машин в лесном комплексе.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

— обоснован критерий оценки технического состояния нагнетательных клапанов топливной аппаратуры дизелей и разработаны теоретические предпосылки повышения их работоспособности;

— установлены закономерности потери работоспособности нагнетательных клапанов топливных насосов при эксплуатации лесных машин;

— предложен новый метод и устройство для оценки технического состояния нагнетательных клапанов топливной аппаратуры при эксплуатации лесных машин (новизна решения защищена патентом на изобретение № 55 895).

Практическая значимость:

На основании результатов исследования разработаны:

— рекомендации по диагностированию нагнетательных клапанов топливной аппаратуры при техническом обслуживании и ремонте и снижению дымности дизелей при эксплуатации лесных машин;

— предложена организация системы эталонирования топливной аппаратуры дизелей лесных машин.

Основные положения, выносимые на защиту:

— результаты оценки технического состояния деталей нагнетательных клапанов топливной аппаратуры;

— теоретические предпосылки повышения работоспособности нагнетательных клапанов топливной аппаратуры при техническом обслуживаниии ремонте дизелей в лесном комплексе, в том числе критерий оценки их разгружающей способности;

— зависимости работоспособности нагнетательных клапанов от жесткости их пружин;

— зависимости потери работоспособности нагнетательных клапанов от наработки лесных машин;

— новый метод и устройство для оценки технического состояния нагнетательных клапанов топливной аппаратуры при эксплуатации лесных машин;

— рекомендации по диагностированию нагнетательных клапанов топливной аппаратуры и снижению дымности дизелей при эксплуатации лесных машин.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях, семинарах, советах, международных выставках, в частности, на:

— международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (г. Вологда, 2006, 2007 гг.);

— семинаре «Состояние и опыт эталонирования топливной аппаратуры» (Москва, 2006 г.);

— научно-технических конференциях Московского государственного университета леса (г. Мытищи, 2006, 2007, 2008 гг.);

— научно-технической конференции «Организация и развитие информационного обеспечения органов управления научных и образовательных учреждений АПК «Информ-Агро-2006» (Москва, ФГНУ «Росинформагро-тех», 2006 г.);

— научно-технической конференции «Организация и развитие информационного обеспечения органов управления научных и образовательных учреждений АПК «Информ-Агро-2007» (Москва, ФГНУ «Росинформагро-тех» 6−8 июня — 2007 г.);

— международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию профессора И. С. Левицкого, РГАЗУ, г. Балашиха, 2007.

— международном симпозиуме «Надежность и качество», г. Пенза,.

2006 г.

— международной научно-технической конференции: «Современные проблемы развития технического сервиса в АПК» (г. Москва, МГАУ,.

2007 г);

— международной научно-технической конференции: «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей» (г. Москва, ГОСНИТИ, 2007 г.);

— расширенном заседании кафедры технологии машиностроения и ремонта МГУЛ, 2008 г.

Реализация результатов исследований:

1. Проводилась в условиях практической деятельности лесопромышленных предприятий Владимирской области путем внедрения новой технологии диагностирования нагнетательных клапанов топливной аппаратуры и рекомендаций по снижению дымности дизелей лесных машин.

2. Рекомендации по эталонированию топливной аппаратуры лесных машин с применением разработанного метода и устройства диагностирования нагнетательных клапанов приняты к внедрению Ассоциацией научно-технического сотрудничества лесопромышленного комплекса.

3. Предложенный метод оценки технического состояния нагнетательных клапанов топливных насосов принят к внедрению в ООО «Агроснаб+» Московской области и ООО «Технореммаш» г. Москва.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в научных работах, в том числе в трудах МГУЛ, МГАУ, ФГНУ «Росинформагротех», Международном научном журнале, Технико-экономическом журнале, а также 3 статьи в журнале «Лесной вестник», рекомендованном ВАК для публикаций основных результатов кандидатских диссертаций по указанной специальности.

Структура и содержание диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит .176 страниц машинописного текста, 25 таблиц, 59 рисунков, приложения на 18 страницах, библиографического списка использованных источников из 110 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. В настоящее время в себестоимости продукции доля затрат на эксплуатацию и ремонт лесозаготовительной техники составляет свыше 20%. Свыше 50% всех отказов дизелей лесных машин приходиться на топливную аппаратуру. В структуре отказов топливных насосов более 15% приходиться на нагнетательные клапана. Одной из причин снижения работоспособности нагнетательных клапанов топливной аппаратуры дизелей лесных машин является недостаточная точность оценки их технического состояния при техническом обслуживании и ремонте.

2. Теоретически обоснован критерий оценки разгружающей способности нагнетательных клапанов топливной системы дизелей лесных машин. Предложено оценку работоспособности нагнетательного клапана проводить не по плотности (зазору) соединения «отверстие — разгрузочный поясок клапана», а по фактическому объёму вытесняемой клапаном технологической жидкости. Для оценки технического состояния нагнетательных клапанов топливной аппаратуры предложен новый метод и устройство, которое позволяет проводить оценку способности клапана по разгружающему объёму.

3. Теоретически обосновано влияние жесткости пружины на работоспособность нагнетательного клапана. Потеря жесткости пружины вызывает снижение скорости закрытия клапана, продолжительность снижения остаточного давления в линии нагнетания увеличивается, что влечёт за собой вероятность. подвпрысков топлива и дымность дизелей. Получена формула для, определения продолжительности возвращения запирающего пояска нагнетательного клапана в седло корпуса.

4. Установлено, что разгружающая способность нагнетательных клапанов во многом зависит от зазора в соединении «отверстие — разгрузочный поясок» клапана. У клапанов, бывших в эксплуатации свыше 74% клапанов имели указанный зазор выше допустимого нормативнотехнической документацией. У новых нагнетательных клапанов, поступающих на сервисные предприятия в качестве запасных частей, также обнаружены клапаны (20%) с превышением нормативного значения.

5. Установлены закономерности изменения зазоров соединения «отверстие корпуса — разгружающий поясок» клапана и хода разгрузки от наработки. Наиболее интенсивно увеличение зазора происходит после наработки 2000 мото-часов. Ход разгрузки клапана изменяется по линейной зависимости. Жесткость пружин наиболее интенсивно снижается после наработки 1000 мото-часов. Установлены зависимости объёма разгрузки клапана от зазора в соединении «отверстие — разгрузочный поясок» и хода разгрузки.

6. Испытания нагнетательных клапанов подтвердили преимущества предложенного метода и устройства для оценки их разгружающей способности. У дизелей с нагнетательными клапанами, проверенными и допущенными к эксплуатации как годные на разработанном устройстве, дымность была ниже, чем у клапанов, проверенных на серийном приборе КИ-1086 (на 9%). При техническом обследовании нагнетательных клапанов, замена пружины, бывшей в эксплуатации на новую пружину также снизила дымность дизеля (на 11%).

7. Анализ точности разработанного метода и устройства для оценки технического состояния нагнетательных клапанов по разгружающему объёму показала его преимущество по сравнению с существующими мето.

I дами. Так максимальное отклонение цикловой подачи насосов с клапа нами, проверенными и отобранными как годные на разработанном приборе, составляет ± 7,5%, а на серийном приборе — ± 20,8%.

8. Разработанные технологические и организационные рекомендации по обеспечению работоспособности нагнетательных клапанов топливных насосов дизелей лесных машин при техническом обслуживании и ре! монте внедрены в Киржачском и Кольчугинском лесопромышленных предприятиях — филиалах ГУП ВО «Владлеспром», ООО «Технорем-маш», на участке по диагностированию и ремонту топливных насосов ООО «Агроснаб+» Московской области, в Ассоциации научно-технического сотрудничества лесопромышленного комплекса (г. Москва), а также используются в учебном процессе Московского государственного университета леса.

9. Экономический эффект от реализации предложенных рекомендаций по обнаружению неисправностей нагнетательных клапанов и снижению дымности дизелей только для парка машин (ТДТ-55А — 75 шт., ТТ-4 — 54 шт., МТЗ-80 — 100 шт., КрАЗ-255Л1 — 35 шт.) на предприятиях ГУП ВО «Владлеспром» составит 146,32 тыс. руб. в год.