CC BY
85
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
УДК 621.436.12
Д. И. ЛЕПЁШКИН А. Л. ИВАНОВ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,
г. Омск
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОСЦИЛЛОГРАФИРОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ В ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЕ ДИЗЕЛЯ
Раскрываются особенности исследуемой топливной аппаратуры. Приводится методика проведения испытаний, описывается экспериментальная установка для осцил-лографирования процессов в топливной аппаратуре высокого давления, а также расчетные зависимости и оценка погрешности измерений при проведении эксперимента. Рассматриваются результаты проведенных экспериментальных исследований осциллографирования процессов в топливной аппаратуре высокого давления штатной и оснащенной комплектом опытных плунжерных пар.
Ключевые слова: экспериментальные исследования, топливная аппаратура дизеля.
Для проведения исследований использовалась топливная аппаратура высокого давления (ТАВД) двух типов. Первый тип представлял штатную комплектацию ТАВД, без каких-либо доработок. Второй тип ТАВД, разработанный на основании результатов расчетного эксперимента представляет систему то-пливоподачи с использованием топливного насоса высокого давления (ТНВД) модели 3302, в котором устанавливались плунжерные пары, регулирующие угол опережения впрыска топлива от нагрузки двигателя. Плунжерная пара, регулирующая угол опережения впрыска топлива от нагрузки двигателя, изготовлена на заводе с соблюдением методик [1] и, в отличие от штатной, имеет профилированную торцовую кромку под углом 5 градусов. Кроме того, наклон отсечной канавки изменен также на 5 градусов. Приведенная конструкция позволяет проводить замену штатных плунжерных пар при проведении минимальных дополнительных регулировок насоса вследствие идентичности, по сравнению со штатным, геометрически активного хода плунжера во всем диапазоне нагрузок.
Автоматизированная система регистрации процессов топливоподачи была смонтирована на основе электронно-вычислительной машины (ЭВМ), в которой смонтирован модуль аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Модуль усилителя аналогового сигнала, а также делитель сигнала, с целью снижения возможных помех и искажения сигнала, вынесен и располагается непосредственно возле датчика давления. Модули объединены между собой системой проводников и шин, образующих канал связи и обмена информацией. Система является многоканальной, то есть одновременно могут регистрироваться и обрабатываться данные, поступающие по нескольким различным каналам. Для обработки и вывода информации в виде графических зависимостей ЭВМ оснащена соответствующим программным обеспечением. Вывод может осуществляться как на дисплей ЭВМ, так и на печатающее устройство, как с сохранением данных замеров в памяти ЭВМ, так и без сохранения. Программа непо-
средственной обработки сигнала АЦП написана на языке программирования Си + .
Модуль усилителя предназначен для работы в составе измерительного комплекса. Его назначение — это согласование электрических характеристик датчиков с электрическими характеристиками линии передачи и входа модуля АЦП.
Характеристики усилителя заряда LP — 01 (преобразователь заряд-напряжение):
— питание двуполярное стабилизированное ±12 В;
— потребляемый ток не более 2 мА;
— входное сопротивление постоянному току 5,1 МОм;
— емкость интегратора 470 пФ;
— номинальный коэффициент усиления буферного каскада 16.
Для обеспечения синхронизации работы комплекса на корпусе стенда жестко установлен датчик, для регистрации угла поворота вала, модель ВЕ-178А, обеспечивающий с помощью металлического диска с прорезью, установленного на валу ТНВД, регистрацию начала считывания данных, например, верхней мертвой точки (ВМТ) первого цилиндра.
В качестве привода ТНВД использовался стенд для проверки и регулировки топливной аппаратуры высокого давления марки Мпк^, оснащенный стандартными приспособлениями и приборами.
Работа комплекса происходит следующим образом. Топливная аппаратура выводится на исследуемый режим. После установления стабильных показаний частоты вращения, с помощью ключа на модуль АЦП подается сигнал начала и конца отсчета. Модуль АЦП производит преобразование дискретных значений аналоговых сигналов, поступающих через усилитель и делитель от датчиков давления у штуцеров насоса и форсунки, в цифровые. Полученные значения поступают в накопитель ЭВМ, где происходит их обработка и вывод на дисплей или печатающее устройство. За один цикл работы аппаратуры может отрабатываться серия замеров от 1 до 60 секунд.
№ п/п Наименование характеристики и единица измерения Значение по ТУ Действительное значение
1. Диапазон измеряемых давлений, МПа 0-600 0-600
2. Средняя чувствительность в диапазоне измерения, пКл/бар 2±0,3 2,160
3. Нелинейность статической характеристики преобразования датчика <±1% <±0,704 %
4. Полярность выходного сигнала отрицат. отрицат.
5. Сопротивление изоляции в нормальных условиях, Ом, не менее 1013 201013
6. Электрическая ёмкость, пФ, не более 5 5
7. Собственная частота, кГц, не менее 200 200
8. Рабочий диапазон температуры, 0С -60+120 -60+120
В качестве приемников давления использовались датчики давления пьезоэлектрические Т-6000. Перед проведением исследований датчики были оттарированы и испытаны в соответствии с прилагаемой к ним технической документацией. Датчики давления устанавливались на концах топливопровода высокого давления непосредственно у штуцеров форсунки и насоса. Основные технические данные и характеристики датчиков приведены в табл. 1.
Целью проведения испытаний являлось получение значений давления у штуцеров ТНВД и форсунки в зависимости от угла поворота вала насоса.
Перед началом работы и после ее окончания проверялась работоспособность измерительной и регистрирующей аппаратуры регистрацией нулевых и контрольных отметок. Параметры процесса снимались последовательно для штатной и экспериментальной комплектации ТАВД при фиксированных положениях рычага управления топливоподачей, соответствующих 25, 50, 75 и 100 % от положения полной подачи.
Замер регистрируемых параметров осуществлялся после установления стабильного режима работы аппаратуры. Полученные результаты заносились в память ЭВМ и сохранялись в виде файлов для последующей обработки.
Так как осциллографирование гидродинамических процессов проводилось с помощью автоматизированной системы, то принималось, что методическая и субъективная погрешности незначительны, поэтому рассматривалась только инструментальная погрешность [2].
Таким образом, при проведении осциллографи-рования суммарная погрешность определялась по зависимости
- штатная ТА ф
■ экспериментальная ТА
Рис. 1. Осциллограмма давления топлива в штуцере насоса при п=2600 мин-1
52 = 52Л + 52Т + 52У + 52
сум Л Т У АЦП1
(1)
штатная ТА Ф----------
экспериментальная ТА
Рис. 2. Осциллограмма давления топлива в штуцере насоса при п=2400 мин-1
где 5Л — погрешность определения линейного положения датчика давления;
5Т— погрешность определения давления при тарировке датчика;
5У— допустимая величина погрешности усилителя;
5ДЦП— допустимая величина погрешности аналого-цифрового преобразователя.
На рис. 1-8 представлены осциллограммы давления штатной и экспериментальной ТАВД у штуцеров насоса в функции угла поворота кулачкового вала ТНВД. Анализ осциллограмм позволяет выявить общие тенденции протекания процесса топливопо-дачи при использовании экспериментальной ТАВД.
Так, на всех исследованных режимах максимальные давления в исследуемой системе выше, чем у штатной ТАВД, при этом крутизна фронтов нарастания и падения давления, на большинстве режимов, также увеличивается. Особенно у штуцера насоса это заметно при снижении частот вращения. Пре-
■ штатная ТА
ф-
---------экспериментальная ТА
Рис. 3. Осциллограмма давления топлива в штуцере насоса при п=2200 мин-1
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
штатная ТА экспериментальная ТА
ф-
Рис. 4. Осциллограмма давления топлива в штуцере насоса при л=2000 мин-1
штатная ТА
ф-
---------экспериментальная ТА
Рис. 5. Осциллограмма давления топлива в штуцере насоса при п=1800 мин-1
140 150 160 170 град 130
штатная ТА ф
экспериментальная ТА
Рис. 6. Осциллограмма давления топлива в штуцере насоса при п=1600 мин-1
150 16(1 . 170 град
------- штатная ТА ф "
-------экспериментальная ТА
Рис. 7. Осциллограмма давления топлива в штуцере насоса при п=1400 мин-1
150 160 170 град
— штатная ТА ф-------------
- - экспериментальная ТА
Рис. 8. Осциллограмма давления топлива в штуцере насоса при п=1400 мин-1
жде всего это связано с более высокой скоростью перемещения плунжера в период начала топливопо-дачи, следовательно, более высокой энергии вытеснения топлива и повышении начального уровня давления, вследствие чего уменьшается часть активного хода плунжера на сжатие топлива. Более высокие скорости нарастания давления и общий характер протекания процесса приводят к перераспределе-
нию топлива при впрыскивании. При использовании экспериментальной ТАВД увеличивается доля топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания дизеля с большими скоростями, при большем давлении и уменьшается количество топлива, подаваемого в цилиндр по падающей ветви характеристики. Перераспределение топлива по дифференциальной характеристике впрыскивания является следствием изменения характера протекания давлений в системе. Увеличение крутизны фронта нарастания давления в начале повышения давления, вследствие изменения начальных условий, повышение максимальных давлений процесса обусловливают названные изменения. Следует также отметить, что объем впрыскиваемого топлива в сравнении со штатной системой при идентичной продолжительности впрыскивания остается неизменным. При идентичных объемах цикловых подач — сокращается продолжительность впрыскивания до 5 % в зависимости от режима работы дизеля. Рассматривая зависимость максимальных давлений в системе при изменении частоты вращения вала ТНВД, необходимо отметить меньшую чувствительность экспериментальной ТАВД к изменению оборотов.
Таким образом, общая зависимость изменения параметров топливоподачи от изменения профиля верхней торцовой кромки плунжера выражается в увеличении максимальных давлений процесса,
крутизны фронтов нарастания давления в системе, увеличении доли топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания при максимальных давлениях цикла, причем при увеличении цикловой подачи и приближении ее к максимальной названные показатели по своим значениям стремятся к показателям штатной ТАВД.
Основываясь на положениях работ [3-6], можно утверждать, что изменения процесса топливопо-дачи при использовании экспериментальной ТАВД положительно отразятся на смесеобразовании и, соответственно, на показателях работы дизеля и его характеристиках.
Библиографический список
1. Кислов, В. Г. Конструирование и производство топливной аппаратуры / В. Г. Кислов, Э. И. Кошман, В. Я. Попов. — М. : Машиностроение, 1991. — 263 с.
2. Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей / Под редакцией А. С. Орлина, М. Г. Круглова. — М. : Машиностроение, 1998. — 455 с.
3. Костин, А. К. Работа дизелей в условиях эксплуатации / А. К. Костин, Б. П. Пугачев, М. А. Кочинев. — М. : Машиностроение, 1987. — 278 с.
4. Крутов, В. И. Топливная аппаратура автотракторных двигателей / В. И. Крутов, В. Е. Горбаневский, В. Г. Кислов. — М. : Машиностроение, 1985. — 208 с.
5. Марков, В. А. Характеристики топливоподачи транспортных дизелей / В. А. Марков, В. Г. Кислов, В. А. Хватов. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. — 162 с.
6. Файнлейб, Б. Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей : справ. / Б. Н. Файнлейб. — М. : Машиностроение, 1990. - 215 с.
7. Осыко, В. В. Устройство и эксплуатация автомобиля КамАЗ-4310 / В. В. Осыко, И. Я. Петриченко, Ю. А. Аленов. -М. : Патриот, 1991. - 351 с
ЛЕПЁШКИН Дмитрий Игоревич, соискатель по кафедре «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ), преподаватель кафедры «Вождение боевых гусеничных и колесных машин» Военной академии материально-технического обеспечения.
ИВАНОВ Александр Леонидович, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование» СибАДИ.
Адрес для переписки: 020061973@mail.ru
Статья поступила в редакцию 26.06.2013 г.
© Д. И. Лепёшкин, А. Л. Иванов
УДК А. н. ОРЛОВ
Д. Н. АЛГАЗИН
Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕЖДУРЯДИЙ КУКУРУЗЫ
Приведены результаты теоретических исследований гребнеобразователя культива-торно-отвального типа. Проведен анализ сил, действующих на рабочий орган. Получено выражение для определения секундного расхода массы почвы, перемещаемой рабочим органом, и его тяговое сопротивление. Определены рациональные диапазоны значений параметров гребнеобразователя.
Ключевые слова: гребнеобразователь, стрельчатая лапа, гребень, рабочий орган, секундная масса, удельный объем.
Формирование гребней при возделывании кукурузы, как эффективного способа борьбы с сорной растительностью, существует несколько десятилетий. Привлекательность данного способа заключается в присущих ему возможностях, которые делают его более действенным в сравнении с другими способами борьбы с сорняками при возделывании кукурузы.
Проблемой данного способа является то, что на практике, требуется, во-первых, образование гребня, который бы обеспечивал уничтожение 95 % сорняков в непосредственной близости от кустов кукурузы и, во-вторых, обеспечивал их надёжное питание.
Образование гребней представляет собой процесс, зависящий от большого количества факторов. К ним можно отнести физические свойства почвы, геометрические параметры и материал рабочего органа, скорость движения агрегата, и т.д.
В целях обеспечения выполнения технологического процесса нами предложен гребнеобразователь культиваторно-отвального типа, который обеспечивает качественное образование гребней и объем которых задан агротехническими требованиями, а также удаление сорной растительности (рис. 1) [1].
Принцип работы предлагаемого устройства следующий. Почва с центральной части междурядий
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
