CC BY
82
УДК 621.436.004.5.001.57 А.М. Алиев, аспирант
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
АНАЛИЗ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЙ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ ДИЗЕЛЯ
В условиях рядовой эксплуатации машиннотракторных агрегатов (МТА) наибольшее число отказов приходится на дизель. Если учесть, что наибольший процент отказов (до 70 %) приходится на топливную аппаратуру (ТА), то становится очевидным, что в общем объеме прогрессирующих издержек (потерь) основную часть составляют топливные потери [1].
Установлено, что применение планово-предупредительной стратегии технического обслуживания (ТО) и использование эффективных технологий диагностирования дизелей может уменьшить прогрессирующие потери (в первую очередь, перерасход топлива) на 30 % и более.
По данным НАТИ, в условиях реальной эксплуатации значительно увеличивается по сравнению с ТУ число отказов наименее надежных составных частей дизеля, в частности:
• закоксовывание распылителя форсунки или нарушение подвижности иглы, понижение давления впрыскивания — в 8.. .9 раз;
• разрегулировка топливного насоса высокого давления (ТНВД), износ (заклинивание) плунжерных пар и нагнетательных клапанов — в 6.7 раз;
• повышенный износ (задиры) гильз, износ (закоксовывание) колец, поршней — в 4.5 раз. По прогнозам экспертов, процент охвата МТА
планово-предупредительной системой ТО сократится в 2.3 раза. В этом случае, в соответствии с методикой ГОСНИТИ расчета топливных потерь, ожидаемые годовые потери топлива, например, дизеля Д-240 увеличатся в 1,3_1,5 раза и составят в сред-
нем 1,5 т в год.
Кроме того, ухудшение технических характеристик ТНВД и форсунок существенно снижает эксплуатационные показатели дизелей.
К основным причинам неудовлетворительной работы ТА следует отнести низкое качество топлива и несоблюдение правил эксплуатации и ТО.
По данным фирмы Perkins, до 80 % отказов ТА системы Common Rail в России связано с некачественным топливом (наличие воды и различных примесей), а также с несоблюдением регламента ТО и использованием запчастей от других систем. В этой связи фирма рекомендует использовать топливо только проверенных и надежных поставщиков, в топливную систему устанавливать дополни-
16
тельные фильтры-сепараторы с датчиками присутствия воды, использовать дополнительные емкости для предварительного отстоя топлива перед заправкой в бак машины, по возможности применять ок-танометр для предварительного контроля качества топлива [2].
Основной показатель системы топливопода-чи дизеля — производительность секций ТНВД. Но при эксплуатации существуют проблемы оценки степени износа секций, связанные с трудоемкостью монтажно-демонтажных работ для снятия и установки ТНВД, дороговизной специальных стендов, отсутствием квалифицированных специалистов. Поэтому эксплуатационнику крайне важно иметь устройство для оценки состояния прецизионных элементов ТНВД без его демонтажа и разборки.
Проанализируем известные методы диагностирования ТА высокого давления. Впервые технология диагностирования ТНВД без его снятия с дизеля разработана в ГОСНИТИ на базе прибора КИ-4818. Эта технология позволяет с определенной достоверностью измерять цикловую подачу на пусковом режиме (без учета противодавления при нагнетании). Однако она трудоемка и, как следствие, приводит к длительным простоям машин [3].
Ниже приводятся наиболее значимые и характерные разработки в области диагностирования системы топливоподачи дизелей.
Н.В. Шмигельский определяет величину цикловой подачи топлива, производя единичное впрыскивание топлива в вату с последующим ее взвешиванием. Точность и достоверность полученных данных при этом зависит от способа измерения. Определенное влияние на точность оказывает распыление части впрыскиваемого топлива в воздушное пространство между форсункой и мерной емкостью, причем эта часть увеличивается с возрастанием интенсивности впрыскивания. К тому же с течением времени (по мере продолжения процесса взвешивания) масса впрыснутого в мерную емкость топлива уменьшается его испарением. Недостаток этого способа — довольно высокая трудоемкость определения массы впрыснутого топлива [4].
В быстроходных дизелях межцикловую неравномерность топливоподачи оценивают косвенными методами, например, проводят анализ осциллограммы процесса топливоподачи. Один из наиболее известных методов — метод «гребенок», согласно
которому осциллограммы давления топлива у штуцеров форсунок снимают с малой скоростью протягивания пленки, вследствие чего они формируются в виде зубьев. По ним находят относительную величину амплитуды колебаний максимального давления впрыскивания 5р:
gp = 2 mmax Pmin .100%, m + P
max min
(1)
где P и P — максимальное и минимальное давле-
max min
ние впрыскивания.
Этот способ 5р не учитывает длительность впрыскивания, от которой в значительной степени зависит величина цикловой подачи. К тому же процесс обработки осциллограмм является также довольно трудоемким.
К недостаткам рассматриваемых методов можно отнести появление субъективных ошибок в измерениях, вызванных человеческим фактором.
Межцикловую неравномерность топливопода-чи можно определить и последовательным рассмотрением цикловых подач, вычисляемых с использованием характеристик впрыскивания.
Интегрируя дифференциальную характеристику по всему интервалу продолжительности впрыскивания, получаем величину цикловой подачи g■i
Ф2
: J f (ф) dф,
(2)
Ф1
где ф1 и ф2 — углы начала и конца впрыскивания; /(ф) — дифференциальная характеристика.
Межцикловую неравномерность топливопо-дачи в этом случае оценивают принятым методом определения характеристик впрыскивания.
Наиболее распространен метод определения характеристик впрыскивания по осциллограммам давления, снятым под конусом иглы распылителя. Объемная доля топлива, выходящего в единицу времени из сопловых отверстий распылителя форсунок Q, составит
1000м fc
Q =
(Рв - Ре )
6пн
(3)
где ц/ — эффективное проходное сечение распылителя; рт — плотность топлива; Рв — давление впрыскивания; Рс — давление среды, в которую впрыскивается топливо; ин — частота вращения кулачкового вала насоса.
Для измерения давления под конусом иглы необходимо переделать стандартные или изготовить специальные распылители.
Характеристику впрыскивания можно определить по формуле (3) с учетом изменения ц/ в за-
висимости от подъема иглы в процессе впрыскивания, измеряя давление не под конусом иглы распылителя, а в нагнетательном трубопроводе у штуцера форсунки. Однако и в этом случае при простоте измерений возможно появление существенных погрешностей (характер изменения давления у штуцера форсунки и под конусом иглы распылителя может быть различным).
Фирма R. Bosch предлагает методику определения характеристики впрыскивания по изменению интенсивности волн давления, распространяющихся в длинном трубопроводе, подключенном к камере на выходе топлива из форсунки.
Недостатком этой методики является относительная сложность и возможность появления отраженных волн, что в конечном счете сказывается на точности определения величины цикловой подачи.
Предлагаемые выше критерии и методы оценки параметров топливоподачи сложны, во многом субъективны, требуют специального дорогостоящего оборудования и поэтому не могут быть рекомендованы для практического их использования на ремонтно-технических предприятиях.
Косвенным путем измеряется величина цикловой подачи в устройстве, предложенным В.А. Корневым. Конструкция содержит датчик давления, устанавливаемый у штуцера форсунки. Цикловая подача определяется интегрированием величины изменения давления топлива в период впрыскивания, т. е. площадью, ограниченной сигналом давления U(t). Точность в этом случае повышается за счет того, что интегрирование начинается в момент начала впрыскивания форсунки.
Метод, основанный на измерении электрического заряда потенциала U, возникающего на отрезке изолированного трубопровода вследствие трения топлива о стенки, также не обеспечивает достаточной точности. К тому же он требует сложной высокочувствительной аппаратуры и не нашел широкого распространения.
Было предложено и устройство измерения величины цикловой подачи топлива методом впрыскивания топлива в замкнутый объем (датчик-расходомер фирмы Bosch). Здесь датчик регистрирует давление в камере впрыскивания, величина которого пропорциональна количеству впрыснутого топлива.
По мнению В.Я. Гаас, нестабильность топливо-подачи следует определять, совместно рассматривая давление топлива у штуцера форсунки, давление впрыскивания, величины цикловой подачи, запаздывания впрыскивания, нестабильности формы кривой характеристики впрыскивания и продолжительности впрыскивания. Сущность предложенной методики заключается в анализе нестабильностей максимальных ординат указанных давлений, развернутых осциллограмм и величин цикловых по------------------------------------------- 17
т
дач и фаз впрыска. Здесь также производится комплексная оценка неравномерности топливоподачи, но методика довольно усложнена, а сама цикловая подача все же определяется исходя из закона подачи топлива.
Основным недостатком перечисленных методов определения межцикловой неравномерности топливоподачи является то обстоятельство, что цикловая подача вычисляется путем пересчета различных параметров закона подачи, а потому сами методы имеют высокую погрешность и могут быть квалифицированы только как индикаторные (косвенные). По этой причине они не дают достаточного представления о состоянии прецизионных элементов ТНВД.
На основании приведенного анализа методов диагностирования можно сформулировать основные задачи исследований в этом направлении:
• разработка методов, средств и технологии измерения объемных характеристик цикловой подачи секциями ТНВД без его демонтажа, повышения их достоверности;
• проведение исследований по разработке технологии на базе современных измерительных
средств и программного обеспечения в направлении получения информации, позволяющей обнаружить конкретный неисправный элемент, а также произвести прогнозирование остаточного ресурса ТА высокого давления в реальных условиях эксплуатации без демонтажа;
• адаптация разрабатываемых методов и средств к современным ресурсосберегающим технологиям, например, нано- и триботехнологиям восстановления прецизионных элементов.
Список литературы
1. Чечет, В.А. Диагностика, надежность и ремонт машин: Сборник научных трудов / В.А. Чечет, Е.А. Пучин, Д.И. Драчев. — М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2001. — 118 с.
2. Perkins. — М.: Хайтед, 2007.
3. Бельских, В.И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов / В.И. Бельских. — М.: Россельхозиздат, 1979. — 276 с.
4. Габитов, И.И. Улучшение эксплуатационных показателей топливной аппаратуры сельскохозяйственных дизелей путем научного обоснования и реализации в ремонтном производстве технологических процессов, методов и средств диагностирования: дис. _ д-ра техн. наук: 05.20.03 / И.И. Габитов. — СПб, 2001.
УДК 664.723:66.047.544 И.С. Забавин, аспирант
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ ГАЗОВОГО ПОТОКА В ШАХТНОЙ ЗЕРНОСУШИЛКЕ ДСП-32
Интенсификация процесса послеуборочной обработки зерна при одновременном снижении затрат обусловливает необходимость разработки и внедрения инновационных способов повышения эффективности сушки зерна в зерносушилках. Объектом исследования выбрана сушилка ДСП-32 как наиболее используемая в России, Украине и Белоруссии. Она относится к непрерывно действующим прямоточным сушилкам шахтного типа и предназначена для сушки зерна пшеницы, ржи, ячменя и др. [1].
Физическое моделирование процесса сушки зерна в промышленной сушилке проводить весьма сложно (так как сушилка ДСП-32 крупнотоннажная), поэтому для решения задачи оптимизации и усовершенствования технологии сушки зернопро-дуктов выбраны методы математического моделирования процесса [2].
При математическом моделировании процесса сушки наиболее эффективен аналитический зональный метод с использованием данных по коэффици-
18
ентам массопроводности. Этот метод предполагает наличие двух уровней: микрокинетичекого — описание процесса в элементарном слое и макрокине-тического — описание с учетом гидродинамических и тепломассообменных особенностей рассматриваемого типа аппарата [3].
На стадии разработки математической модели процесса согласно аналитическому зональному методу необходимо учесть гидродинамические особенности аппарата. Исследовать гидродинамику процесса в промышленной сушилке достаточно сложно. Поэтому изготовлена экспериментальная установка (фрагмент сушилки) с геометрическими характеристиками, присущими реальной сушилке ДСП-32. Эта установка имеет короба той же формы, тех же размеров и с таким же расположением друг относительно друга, как у ДСП-32 (рис 1, 2).
Исследование гидродинамики проводили измерением скорости воздуха (с возможностью дальнейшего пересчета на расход) в различных точках коро-
