CC BY
4УДК 623.437.42
Шекихачев Ю. А., Батыров В. И., Карданов Х.Б.
Shekikhachev Yu. A., Batyrov V. I., Kardanov Kh. B.
МЕТОДИКА УСТАНОВЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ФОРСУНОК ТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
THE OF INSTALLATION OF THE LIMIT CONDITION OF SPRAYS OF NOZZLES OF TRACTOR DIESELS
Основная причина ухудшения показателей работы дизелей в эксплуатации — это отклонение параметров рабочего цикла от оптимальных значений из-за того, что в процессе работы изменяются параметры топливоподачи, воздухо-снабжение, зазоры в механизмах и системах дизеля, условия работы. Указанные параметры, в основном, определяются качеством осуществления рабочего процесса распылителями форсунок.
Распылитель форсунки - один из самых ответственных и сложных узлов дизеля, обладающий значительным количеством параметров. Следовательно, с экономической точки зрения не целесообразен контроль всех этих параметров при установлении предельного состояния.
Проблеме установления критериев, которые бы объективно оценивали предельное состояние распылителя форсунки дизеля, посвящены многочисленные исследования. Анализируя результаты проведенных исследований, можно заключить, что основной упор делался на динамику изменения отдельных параметров в эксплуатации при отсутствии взаимосвязи с остальными параметрами. Зачастую не учитывается информация о величине наработки, о техническом состоянии распылителей форсунок при конкретных наработках. В сформулированных выводах и рекомендациях информация противоречивая, установление причин изменения некоторых параметров распылителей и определение путей их устранения не представляется возможным.
В связи с изложенным, в статье приводятся методика и результаты математического моделирования предельного состояния распылителя форсунки тракторного дизеля при изменении его параметров. В результате проведенных исследований выявлены основные параметры, которые объективно определяют исчерпание ресурса распылителя форсунки.
Ключевые слова: распылитель, форсунка, исчерпание ресурса, дизель.
The main reason of indicators getting worse in diesels' operation is a deviation of parameters of a running cycle from optimum values because while working fuel feeding parameters, airsupply, gaps in mechanisms and the systems of the diesel, change working conditions. The specified parameters generally are defined by quality of implementation of working process sprays of nozzles.
The nozzle spray is one of the most difficult knots of the diesel having a significant amount of parameters. Therefore, from the economic point of view control of all these parameters at establishment of a limit state isn't expedient.
Numerous researches are devoted to a problem of establishment of criteria which objectively would estimate a limit condition of the spray of a nozzle of the diesel. Analyzing results of the conducted researches it is possible to conclude that in the main emphasis gous to on dynamics of change of separate parameters in operation, there is no interrelation with other parameters. Often information on operating time size, technical condition of sprays of nozzles at concrete practices isn't considered. In the formulated conclusions and recommendations information contradictory, establishment of the reasons of change of some parameters of sprays and definition of ways of their elimination isn't possible.
Due to stated the technique and results of mathematical modeling of a limit condition of the spray of a nozzle of the tractor diesel at change of his parameters are given in article. As a result of the conducted researches key parameters which objectively define exhaustion of a resource of the spray of a nozzle are revealed.
Key words: spray, nozzle, exhaustion of the resource, diesel.
Шекихачев Юрий Ахмедханович -
доктор технических наук, профессор кафедры технической механики и физики, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, г. Нальчик Тел.: 8 928 077 33 77 E-mail: [email protected]
Батыров Владимир Исмелович -
кандидат технических наук, доцент кафедры технологии обслуживания и ремонта машин, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, г. Нальчик
Карданов Хусейн Беканович -
кандидат технических наук, доцент кафедры технологии обслуживания и ремонта машин, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, г. Нальчик
Shekikhachev Yuri Akhmedkanovich -
Doctor of Technical Sciences, Professor of Department of Technical Mechanization and Physics, FSBEI HE Kabardino-Balkarian SAU, Nalchik Тел.: 8 928 077 33 77 E-mail: [email protected]
Batyrov Vladimir Ismelovich -
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Department of Machine Maintenance and Repair, FSBEI HE Kabardino-Balkarian SAU, Nalchik
Kardanov Khussein Bekanovich -
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Department of Machine Maintenance and Repair, FSBEI HE Kabardino-Balkarian SAU, Nalchik
Введение. В настоящее время отечественная топливная аппаратура высокого давления характеризуется ресурсом, равным 6-8 тыс. моточасов. Максимальное значение ресурса - 10-12 тыс. моточасов.
Анализируя статистические данные, можно заключить, что эксплуатация дизелей сопровождается ремонтными работами по топливной аппаратуре довольно значительного объема, что сопровождается перерасходом запасных частей вследствие того, что уровень технического обслуживания и эксплуатации низок. Также имеет место недостаточная надежность деталей топливной аппаратуры в разрезе различных параметров.
Методология проведения исследований. Повысить работоспособность имеющегося парка автомобилей и тракторов, которые укомплектованы форсированными двигателями, можно обоснованием и определением значений предельного состояния параметров топливной аппаратуры [1]. Как известно, форсированные двигатели отличаются требовательностью к стабильности регулировок, геометрические и эксплуатационные показатели в условиях фактической эксплуатации также должны быть неизменными.
Распылитель форсунки - более слабое звено ТАВД, так как в процесс работы на него воздействуют высокотемпературные цилиндрические газы. Работоспособность распылителя форсунки определяет качество распыли-
вания и точность дозирования топлива, мощ-ностные, экономические и экологические показатели дизеля [2].
Основная причина различий между фактическими технико-экономическими показателями дизеля и заданными согласно техническим условиям состоит в изменении параметров распылителей форсунок дизелей при эксплуатации [2, 3].
В связи с этим, для того, чтобы повысить эффективность использования автотракторных дизелей, необходимо:
- комплексно исследовать изменения параметров распылителей форсунок в эксплуатации;
- установить причины отказов для того, чтобы повысить научное обоснование критериев и методов установления предельного состояния деталей сопряжений ее элементов (в особенности это относится к прецизионным деталям).
Ход исследования. Рядную дизельную топливную аппаратуру представим в виде системы, включающей одну насосную секцию контрольного насоса (Ик), корпус контрольной форсунки (Фк / Рк), испытуемый распылитель (Р), который установлен в цилиндре контрольного дизеля () (рис. 1).
Приведенная схема испытаний может быть представлена в виде двух систем, изображенных на рисунке 2.
Рисунок 1 - Схематичное изображение испытаний рядной дизельной топливной аппаратуры
Рисунок 2 - Схема испытания распылителя форсунки
Здесь система С - испытуемый распылитель в корпусе контрольной форсунки, система О - цилиндр контрольного двигателя.
В случае взаимного подключения систем С и О происходит преобразование системой (С ; О) входных переменных, которые определяются для каждого контрольного
этапа г = г, с помощью вектора столбцов
состояний
V ^ (гу ) У
; а < ] < п,
(1)
в выходной сигнал у) с помощью некоторого неизвестного оператора А. Система (С ; О) характеризует совместную работу систем дизеля и топливного насоса высокого давления (ТНВД), т.е. имеет место наличие такого оператора А, что
} )Л
(0) .'к(гу)у
;А ^ у (о) •
(2)
Оценить значимость параметров, которые влияют на предельное состояние распылителя, возможно путем преобразования параметров х1 е х, выражающихся количественно, в параметры, выражающиеся в двоичной системе счисления (0 или 1). Тогда для любого параметра хi системы С , выражаемого
количественно, можно получить следующее его «двоичное представление»:
1 < ] < К = 0 < 7 < п
[0,если х(г.) е
0, если х(^) е Э
(3)
где:
11 <1 < К - характеристика области брака
согласно параметру х1, определяемому по нормативу;
Э
11 < г < К - характеристика области годных согласно параметру х1, определяемому по нормативу;
11 <1 < К - характеристика области всевозможных состояний параметра х •
Области возможных состояний параметра х схематично представлены на рисунке 3.
В соответствии с тем, что в качестве критерия предельного состояния двигателя возможно использование падения мощности цилиндра двигателя при номинальном режиме [2], допускается существование некоего отклика системы О на подключение системы С , который выражается двоично как выходной сигнал у(г7), для которого:
у(г>) =
0, если существует событие А1
1, если существует событие А . (4) не существует А1
Рисунок 3 - Области возможных состояний параметра х{
Г А п А = 0
Здесь 1 а и А = А
где:
А - область состояния системы О;
- (О - - (г,)
А =
- (О
■< 0,07
Г N (гп) - N (г) ) А =\—-> 0,07 .
1 I - ю
(5)
(6)
(7)
Чувствительности параметров распылителей к снижению мощности в цилиндре можно оценить путем введения следующих обозначений:
- испытуемые распылители:
[ Р,.., Р.., Р ],
где:
(8)
п - число испытуемых распылителей; - цилиндр контрольного двигателя с распылителями [Р,..., Р...,Р ]:
[ЦШ.., Ц&)..., Ц(Гп)]. (9)
Тогда для каждой 7-ой межконтрольной наработки г(0 < ] < п) имеем (п +1) матриц состояний параметров распылителей и (п +1) «вектор-строк» состояний цилиндра двигателя.
Результаты исследования. При установке испытуемых распылителей [Р,...,Р...,Рп] в цилиндр контрольного дизеля матрица состояний их параметров будет иметь вид:
Матрица 1
Известия КБГАУ - № 1(19), 2018
Т е х н и ч е с к и е нау ки
Причем:
(г,) =
Г0, если ) е Э 11, если х^^.) е Въ ' 0, если существует событие А е 7 [1, если существует событие А1
(10)
Объединив «вектор-строки» состояний цилиндров касательно всех контрольных наработок в матрицу состояний цилиндра по контрольному дизелю, у которого испытуемые распылители [РРеРп ], получим:
Матрица 3
Здесь уе (г ■) можно найти в соответствии
с системами (10).
Выражение для расчета вероятности годных распылителей в соответствии с параметром х1 в случае наработки ^ имеет вид:
X ** (0 ) -
I=1
количество годных распылите-
рх1 «у )
X (г■)
е=1
(11)
п
где:
лей в соответствии с параметром ху .
Учитывая зависимость (11) для каждых хi и г■ , можно составить матрицу состояний обобщенного распылителя с элементами: '{РХ1 (1у)} 1 < I < к
0 < ■ < п
определяемые по выражению (11):
(12)
Значение вероятности Ру {tj) события, которое заключается в том, что в случае наработки ? = ^ мощность в цилиндре двигателя снизится меньше чем на 7% от начального значения, оцениваем по формуле:
РУ (tj)
? Уе (tу )
е=1
n
(13)
где:
уе С^у ) определяется из выражения (10).
Для выявления основных параметров, определяющих исчерпание ресурса, используется «вектор-строка» состояния «обобщенного цилиндра»:
Матрица 5
Область применения результатов. Результаты исследования могут быть использованы сельскохозяйственными и ремонтно-обслуживающими предприятиями.
Вывод. Путем определения номера соответствующих наработок, с использованием
«вектора-строки» состояний обобщенного цилиндра, возможна оценка вероятности того, что мощность в цилиндре двигателя упадет меньше предельно допустимого значения, равного 7% .
Литература
1. Хаширов Ю.М., Карданов Х.Б., Батыров В.И. Корреляционный анализ неранжиро-ванных качественных результатов экспериментальных испытаний форсунок ФД-22 // Сборник научных трудов международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей». С.-Петербург: СПГАУ, 2003. С. 67-70.
2. Батыров В.И., Нагоев В.Н., Болото-ков А.Л. Метод комплектования топливной системы высокого давления при выполнении ремонтно-обслуживающих работ // Сборник завершенных научных работ в области АПК, рекомендуемых для внедрения в производство. Нальчик: КБГСХА, 2006. С. 91-96.
3. Батыров В.И., Болотоков А.Л. Повышение надежности работы распылителя форсунки дизелей // Техника в сельском хозяйстве. 2012. №3. С. 12-15.
References
1. Khashirov Yu. M., Kardanov Kh.B., Batyrov V.I. Korrelyatsionnyj analiz neranzhirovan-nykh kachestvennykh rezultatov eksperimental-nykh ispytaniy forsunok FD-22 // Sbornik nauchnykh trudov mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Uluchshenie eksplu-atatsionnykh pokazateley dvigateley, traktorov i avtomobiley». S.-Peterburg: SPGAU, 2003. S. 67-70.
2. Batyrov V.I., Nagoev V.N., Bolotokov A.L. Metod komplektovaniya toplivnoy sistemy va-sokogo davleniya pri vapolnenii remontno-obsluzhivayuschikh rabot // Sbornik zavershen-nykh nauchnykh rabot v oblasti APK, rekomen-duemykh dlya vnedreniya v proizvodstvo. Nalchik: KBGSKHA, 2006. S. 91-96.
3. Batyrov V.I., Bolotokov A.L. Povyshenie nadezhnosti raboty raspylitelya forsunki dizeley // Tekhnika v selskom khozyaystve. 2012. №3. S. 12-15.
