CC BY
14УДК 629.113.004
АНАЛИЗ И ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА ТОПЛИВНОЙ
АППАРАТУРЫ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ МАРУСИН Александр Вячеславович, доцент, департамент машиностроения и приборостроения Инженерной академии Российского Университета дружбы народов, г. Москва, 89271333424@ mail.ru
ДАНИЛОВ Игорь Кеворкович, д-р техн. наук, доцент, директор департамента машиностроения и приборостроения Инженерной академии Российского Университета дружбы народов, г. Москва
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
УСПЕНСКИЙ Иван Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой технической эксплуатации транспорта, yuival@rambler.ru
КОКОРЕВ Геннадий Дмитриевич, д-р техн. наук, профессор кафедры технической эксплуатации транспорта, kgd5408@rambler.ru
ШЕМЯКИН Александр Владимирович, д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой организации транспортных процессов и безопасности жизнедеятельности, shem.alex62@yandex.ru
ТЕРЕНТЬЕВ Вячеслав Викторович, канд. техн. наук, доцент кафедры организации транспортных процессов и безопасности жизнедеятельности, vVt62ryazan@yandex.ru Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
Целью исследования является теоретическое обоснование и разработка диагностического устройства топливной аппаратуры (ТА) автотракторного дизеля. Объект исследования - топливная аппаратура автотракторного дизеля с разделённым впрыском топлива. В статье приведен анализ неисправностей топливной аппаратуры автотракторного дизеля, рассматривается предлагаемое устройство диагностирования. Рассмотрена конструкция устройства для оценки полезного перемещения иглы распылителя форсунки ДВС семейства КАМАЗ и возможность подключения разрабатываемого устройства к электрической сети автомобиля. Выявлено, что наиболее нагруженным элементом топливной аппаратуры с разделённым впрыском топлива является топливный насос высокого давления и его плунжерные пары. Перемещение иглы форсунки отражает такие неисправности топливного насоса высокого давления, как нарушение регулировок топливоподачи, износ плунжерных пар и нагнетательного клапана, нарушение угла опережения впрыска топлива. Для большей информативности диагностирования применяется не только определение величины перемещения иглы форсунки диагностического устройства, но и характер перемещения во времени. Применение устройства диагностирования топливной системы автотракторных дизелей на технологической базе предприятия и в условиях эксплуатации позволит проводить оценку элементов топливного насоса высокого давления без его снятия с автомобиля, что существенно сократит трудоёмкость и затраты на его эксплуатацию и повысит эффективность сельскохозяйственного производства.
Ключевые слова: топливная аппаратура, дизель, форсунка КАМАЗ, оптическая система, перемещение иглы.
Введение
Сельское хозяйство является одной из ключевых отраслей экономического развития страны. Задача обеспечения агропромышленного комплекса (АПК) современной сельскохозяйственной техникой и предприятиями по ее обслуживанию
и ремонту является важной на данном этапе развития. Предприятия АПК Российской Федерации используют различные виды подвижного состава, существенная часть которого приходится на технику отечественного производства (рис. 1).
Рис. 1 - Структура парка сельскохозяйственной техники РФ
© Марусин А. В., Данилов И. К., Успенский И. А., Кокорев Г. Д., Шемякина А. В., Терентьев В. В., 2017 г.
Технические науки
Анализ неисправностей ТА дизелей с разделенной системой впрыска
При анализе структуры парка аПк РФ выяснилось, что значительная часть сельскохозяйственной техники комплектуется автотракторными дизелями КАМАЗ. При углубленном изучении автотракторных и транспортных средств выявлено, что большинство из них имеют двигатели КА-МАЗ-740 с топливной аппаратурой разделённого типа с механическим или электронным управлением [1]. Система топливоподачи автотракторного дизеля является сложным и высокотехнологичным узлом двигателя, её состояние в значительной степени влияет на экологические и экономические
<1
показатели эксплуатации техники. Для поддержания ТА дизеля в рабочем состоянии необходимо своевременно получать информацию о состоянии отдельных её узлов и деталей. Топливный насос высокого давления (ТНВД) - один из важнейших элементов в топливоподающей системе дизеля, определяющий работу ТА в целом, экономические и экологические параметры дизеля [2,3]. Одним из наиболее нагруженных узлов ТНВД автотракторного дизеля являются плунжерные пары. На рисунке 2 представлено распределение неисправностей топливной аппаратуры дизелей с разделенной системой впрыска [4-7].
Рис. 2 - Распределение неисправностей ТА дизеля с разделённой системой впрыска
Разработка диагностического устройства ТА дизеля с разделённым впрыском топлива
Определить состояние ТА возможно с помощью разработанного нами устройства диагностики для оценки реального перемещения иглы форсунки. В иностранной литературе и базе патентов на изобретения имеются аналоги, недостатком которых является невозможность фиксирования полного хода иглы, вследствие помех они определяют лишь момент начала её подъёма [8]. Использование тензометрических датчиков [10] в силу конструкционных особенностей для диагностирования ТА автотракторных дизелей существенно ограничено.
Устройство диагностирования ТА дизелей состоит из блока регистрации, включающего осциллограф, персональный компьютер и форсунку дизеля КАМАЗ-740 с интегрированным оптическим датчиком перемещения иглы в верхнюю часть корпуса, с сохранением герметичности (рис. 3).
Датчик перемещения иглы форсунки представляет собой оптическую пару, конструктивно состоящую приёмника и излучателя, которые интегрированы в корпус форсунки, а также штанги форсунки, выполненной со штоком. В оптической паре диагностического устройства использованы инфракрасный светодиод В^-ВМ1331 и фотодиод BPW41N, в качестве излучателя и приёмника соответственно. Также в схему устройства включены резисторы, ограничивающие максимальный ток светодиода, емкость для прочтения сигнала на осциллографе.
а - форсунка с оптической парой и изменённой штангой (затушёвано), б - стандартная
I - корпус распылителя; 2 - гайка распылителя; 3 -проставка; 4 - штифты; 5 - штанга форсунки; 6 - корпус форсунки; 7 - уплотнительное кольцо; 8 - штуцер
форсунки; 9, 10 - регулировочные шайбы;
II - пружина форсунки; 12 - игла распылителя; 13 - щелевой фильтр; 14 - оптическая пара
Рис. 3 - Форсунка автотракторного дизеля КАМАЗ-740.
При впрыске топлива игла форсунки перемещается вместе со штангой, частично перекрывая
световой луч, проходящии между излучателем и приёмником, вызывая изменение тока фотодиода и, как следствие, уровень падения напряжения на ёмкости, которое фиксируется осциллографом. Установка излучателя и приёмника в корпусе форсунки требует соблюдения их соосности и перпендикулярности к оси движения штанги форсунки. Оптическая пара работает в диапазоне частот от 1 до 50 Гц, что соответствует изменению частоты вращения коленчатого вала дизеля и позволяет варьировать длительность управляющего импульса. Питанием может служить любой источник тока с напряжением от 10 до 60 В. Изменение конструкции штанги форсунки заключается в её изготовлении со штоком из высокопрочных композитных сталей или титанового сплава без изменения веса движущихся частей узла. Напряжение на резисторе Р2 изменяется пропорционально перемещению иглы. Для удобства проведения замеров перемещение представлено в процентах: 100%
соответствует максимальному ходу перемещения иглы «с посадкой на упор» 0,25 мм.
Установка в корпус форсунки оптической пары и замена штанги форсунки не требуют дорогостоящих операций. В силу применения композитных материалов в изготовлении штанги форсунки её масса остаётся неизменной, что позволяет использовать модифицированную форсунку в качестве устройства диагностирования.
Результаты экспериментальных исследований Устройством диагностируется состояние элементов ТА дизеля по максимальному значению перемещения иглы форсунки диагностического устройства (Ы) во времени в зависимости от износа сопряжения плунжер-втулка плунжерной пары ТНВД (ДS). Значения максимальных перемещений иглы форсунки и давления подачи топлива (р^ представлены на рисунке 4.
1 - ТА с номинальным значением диагностического параметра; 2 - ТА с предельно-допустимым значением
диагностического параметра; 3 - ТА с недопустимым значением диагностического параметра Рис. 4 - Зависимость максимальных перемещений иглы форсунки и давления подачи топлива ТА дизеля КАМАЗ-740.11-240 от величины радиального зазора плунжер-втулка ТНВД (на режиме минимальных устранившихся оборотов холостого хода) Установлено, что на прогретом ДВС при уста- стий;
новившемся режиме работы дизеля на минимальных оборотах холостого хода в зависимости от износа элементов ТА перемещение иглы форсунки составляет 31- 64 % и соответствует 0,08-0,16 мм.
Использование предлагаемого устройства, как показала апробация в сельскохозяйственных и фермерских хозяйствах Саратовской области, позволит значительно снизить затраты на диагностирование топливной аппаратуры автотракторного дизеля семейства КАМАЗ. С помощью диагностического устройства можно определить такие неисправности ТА, как износ плунжерной ТНВД, нарушение угла опережения впрыска топлива и цикловой подачи.
Параметр «перемещение иглы форсунки» может отражать следующие неисправности:
• увеличение хода иглы форсунки - отражает увеличение времени впрыска топлива, отрицательно влияет на конечную фазу распыливания топлива и на его расход, приводит к прорыву газов в распылитель и закоксовыванию сопловых отвер-
• ранний и поздний впрыск топлива - характерен при ошибке регулировщика во время настройки ТА дизеля (при выставлении угла опережения впрыска), приводит к увеличению расхода топлива, потере мощности двигателя и повышению токсичности газов выпускной системы. Поздний впрыск может указывать на износ плунжерной пары;
• изменение скорости передвижения иглы форсунки - отражает техническое состояние линии высокого давления ТА дизеля, указывает на износ плунжерной пары ТНВД, потерю плотности сопряжения плунжер-втулка;
• дополнительный впрыск топлива - характерен при зависании нагнетательного клапана ТНВД, приводит к дымности выпускных газов, закоксовыванию распылителя и увеличению расхода топлива [9, 11,12].
Заключение Применение предлагаемого устройства позволит существенно снизить трудоёмкость диа-
гностирования отказов и неисправностей ТА автотракторного дизеля с разделённым впрыском, позволит контролировать основные неисправности ТНВД без его снятия, что в свою очередь снижает эксплуатационные затраты, приходящиеся на технику.
Список литературы
1.Сельское хозяйство, охота и охотничье хозяйство, лесоводство С 29 в России. 2015: Стат.сб./ Росстат - M., 2015. - 201 с.
2. Дизель в 2015 г. Требования и направления развития технологий дизелей для легковых и грузовых автомобилей Prof. Dr. Franz X. Moser; AVL List GmbH. www.avl.com
3. Гольверк, О. А. Исследование эксплуатационной надежности топливной аппаратуры тракторов Т-74 / О. А. Гольверк, В.Д. Бойко // Механизация и электрификация сельского хозяйства: республ. межведомств. тематич. научно-техн. сб., - 1991. - № 15. - С. 55-60.
4. Грехов, Л. В. Топливная аппаратура и системы управления дизелей : Учебник для вузов. / Л. В. Грехов, Н. А. Иващенко, В. А. Марков - М. : Легион-Автодата. 2004. - 344с.
5. Файнлейб, Б. Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей : Справочник / Б. Н. Файнлейб. - Л. : Машиностроение, 1990. - 352 с.
6. Габитов, И. И. Техническое обслуживание и диагностика топливной аппаратуры автотракторных дизелей / И. И. Габитов, Л. В. Грехов, А. В. Неговора - М. : Легион-Автодата, 2009. - 248 с.
7. B.N. Salimov, A.N. Vinogradov, D.K. Kushaliev,
A.M. Hamsin, N.B. Adilova, K.A. Narikov. Development of new friction bearing for swinging movement in knots of transport equipment and its processing by superfinishing // Life Science Journsl. - 2014. - № 11(1s) - P.286-290
8. Системы управления дизельными двигателями / Пер. с нем. С40 первое русское издание. - М. : ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004. - 480 с.
9. Зависимость давления в плунжерной паре ТНВД автотракторных дизелей от свойств топлива / А. В. Марусин, И. К. Данилов, А. В. Марусин, И. М. Попова // Транспортные системы Сибири. Развитие транспортной системы как катализатор роста экономики государства : сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. Красноярск, 7-8 апреля 2016 г.: в 2 ч. Ч. 2 / под общ. ред. В.В. Минина. - Красноярск: Сиб. фед. ун-т, 2016. - С. 395-401.
10. Михайлова, Л. Ю. Датчик давления для ос-циллографирования хода иглы распылителя форсунки // Материалы всероссийской 65 научно-технической конференции ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Ориентированные фундаментальные прикладные исследования - основа модернизации и инновационного развития архитектурно - строительного и дорожно - транспортного комплексов России. -Книга 2. - Омск, 2011. - С. 397 - 402.
11. Brady, R.N. Diesel Fuel Systems / R.N. Brady// Preston Publishing Incorporated, 1991. - p. 564.
12. Кокорев, Г. Д. Диагностирование дизелей методом цилиндрового баланса / Г.Д. Кокорев, И.Н. Николотов, И.А. Успенский // Тракторы и сельхозмашины. -2009. - № 8. - С. 45 - 46.
ANALYSIS AND STUDY ON THE DEVELOPMENT OF DIAGNOSTIC EQUIPMENT, FUEL INJECTION
EQUIPMENT AUTOMOTIVE DIESEL ENGINES
MARUSIN Alexander V., Associate Professor, Department of Machine and Instrument Making Industry, Engineering Academy of Peoples' Friendship University of Russia, Moscow, 89271333424@mail.ru
DANILOV Igor K., Doctor of Technical Science, Associate Professor, Director of the Department of Machine and Instrument Making Industry, Engineering Academy of Peoples' Friendship University of Russia, Moscow USPENSKY Ivan A., doctor of technical sciences, Professor, head of Department of technical exploitation of transport, Ryazan state agrotechnological University named after P. A. Kostychev, yuival@rambler.ru
KOKOREV Gennady D., doctor of technical sciences, Professor of Department of technical exploitation of transport, Ryazan state agrotechnological University named after P. A. Kostychev, kgd5408@rambler.ru
SHEMYAKIN Alexander V., doctor of technical sciences., associate Professor, head of Department of organization of transport processes and safety, Ryazan state agrotechnological University named after P. A. Kostychev, shem.alex62@yandex.ru
TERENTYEV Vyacheslav V., candidate of technical sciences, associate professor of Department of organization of transport processes and safety, Ryazan state agrotechnological University named after P. A. Kostychev, vvt62ryazan@yandex.ru
The aim of the research is theoretical justification and development of diagnostic equipment, fuel injection equipment automotive diesel. The object of the research: fuel injection equipment automotive diesel, with separate fuel injection. The article presents the failure analysis of the fuel injection equipment automotive diesel is considered the proposed structure of the diagnosis. Given the design of the device for the estimation of the useful movement of the needle of the injector nozzle of the internal combustion engine of a family of KAMAZ and connectivity of the developed device to the electrical network of the vehicle. It is revealed that the most loaded element of the fuel system with split fuel injection is the fuel high-pressure pump and plunger pairs. The movement of the nozzle needle reflects such a faulty fuel high-pressure pump, as a violation of the regulations of the fuel, the wear of the plunger and the discharge valve, the violation of the advance angle of fuel injection. For more informative diagnosis applies not only numerical definition of the parameter of movement of the nozzle needle of the diagnostic device, but also the nature of time travel. The use of device diagnostics fuel system automotive diesel engines on the technological base of the enterprise and operating conditions will allow an assessment of the elements of the fuel high-pressure pump without its removal from
the vehicle, which will significantly reduce the complexity and cost of its operation and increase the efficiency of agricultural production.
Key words: fuel equipment, diesel, atomizer, optical system, moves the needle.
Literatura
1. Sel'skoe hozyajstvo, ohota i ohotnich'e hozyajstvo, lesovodstvo S 29 v Rossii. 2015: Stat.sb./Rosstat -M., 2015. - 201 c.
2. Dizel' v 2015 g. Trebovaniya i napravleniya razvitiya tekhnologij dizelej dlya legkovyh i gruzovyh avtomobilej Prof. Dr. Franz X. Moser; AVL List GmbH. www.avl.com
3. Gol'verk, O.A. Issledovanie ehkspluatacionnoj nadezhnosti toplivnoj apparatury traktorov T-74 / O.A. Gol'verk, V.D. Bojko //Mekhanizaciya i ehlektrifikaciya sel'skogo hozyajstva: respubl. mezhvedomstv. tematich. nauchno-tekhn. sb., - 1991. - № 15. - S.55-60.
4. Grekhov, L.V. Toplivnaya apparatura i sistemy upravleniya dizelej: Uchebnik dlya vuzov. / L.V. Grekhov, N.A. Ivashchenko, V.A. Markov - M.: Legion-Avtodata. 2004. - 344s.
5. Fajnlejb, B.N. Toplivnaya apparatura avtotraktornyh dizelej: Spravochnik. / B.N. Fajnlejb - L.: Mashinostroenie, 1990. - 352 s.
6. Gabitov, I.I. Tekhnicheskoe obsluzhivanie i diagnostika toplivnoj apparatury avtotraktornyh dizelej /1. I. Gabitov, L. V. Grekhov, A. V. Negovora - M.: Legion-Avtodata, 2009. - 248 s.
7. B.N. Salimov, A.N. Vinogradov, D.K. Kushaliev, A.M. Hamsin, N.B. Adilova, K.A. Narikov. Development of new friction bearing for swinging movement in knots of transport equipment and its processing by superfinishing //Life Science Journsl. - 2014. - № 11(1s) - P.286-290
8. Sistemy upravleniya dizel'nymi dvigatelyami: Per. s nem. S40 pervoe russkoe izdanie. - M.: ZAO «KZHI «Za rulem» 2004. - 480 s.
9. Marusin, A.V. Zavisimost' davleniya v plunzhernoj pare TNVD avtotraktornyh dizelej ot svojstv topliva / A.V. Marusin, I.K. Danilov, A.V. Marusin, I.M. Popova//TransportnyesistemySibiri. Razvitietransportnojsistemy kak katalizator rosta ehkonomiki gosudarstva: sb. nauch. tr. Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Krasnoyarsk, 7-8 aprelya 2016 g.: v 2 ch. CH. 2/pod obshch. red. V. V. Minina. - Krasnoyarsk: Sib. fed. un-t, 2016. - S. 395-401.
10. Mihajlova, L.YU. Datchik davleniya dlya oscillografirovaniya hoda igly raspylitelya forsunki. Materialy vserossijskoj 65 nauchno-tekhnicheskoj konferencii FGBOU VPO «SibADI». Orientirovannye fundamental'nye prikladnye issledovaniya - osnova modernizacii i innovacionnogo razvitiya arhitekturno - stroitel'nogo i dorozhno - transportnogo kompleksov Rossii. - Kniga 2. - Omsk, 2011. - S. 397 - 402.
11. Brady, R.N. Diesel Fuel Systems/R.N. Brady//Preston Publishing Incorporated, 1991. - p. 564.
12. Kokorev, G.D. Diagnostirovanie dizelej metodom cilindrovogo balansa / G.D. Kokorev, I.N. Nikolotov, I.A. Uspenskij // Traktory i sel'hozmashiny. 2. -2009. - № 8. - S. 45 - 46.
УДК 001.57:(631.3-18:637.125)
ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА С ВЕРХНИМ ОТВОДОМ МОЛОКА ИЗ КОЛЛЕКТОРА
УЛЬЯНОВ Вячеслав Михайлович, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Технические системы в АПК», ulyanov-v@list.ru
ХРИПИН Владимир Александрович, канд. техн. наук, соискатель кафедры «Технические системы в АПК», khripin@mail.ru
НАБАТЧИКОВ Алексей Викторович, аспирант кафедры «Технические системы в АПК», MCX-RGATU@yandex.ru
ПАНФЕРОВ Николай Сергеевич, аспирант кафедры технических систем в АПК, nikolaj-panfyorov@yandex.ru
ХРИПИН Александр Александрович, аспирант кафедры «Технические системы в АПК», MCX-RGATU@yandex.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
Целью исследований явилось получение аналитических зависимостей, обосновывающих конструктивно-режимные параметры, при которых в полной мере реализуется работоспособность экспериментального двухтактного доильного аппарата с верхним отводом молока из коллектора. Доильный аппарат содержит двухкамерные доильные стаканы, коллектор, пульсатор попарного доения, молочно-вакуумные шланги, коннектор для подключения к молоко- вакуумпроводу или доильное ведро. Коллектор оригинальной конструкции выполнен с верхним отводом молока посредством
© Ульянов В. М, Хрипин В. А., Набатчиков А. В., Панферов Н. С., Хрипин А. А., 2017г.
