CC BY
5УДК 631.372: 621.436.1
Батыров В. И., Шекихачев Ю. А.
Batyrov V. I., Shekikhachev Y. A.
ОСОБЕННОСТИ ПРОТЕКАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГОРЬЯ КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОЙ РЕСПУБЛИКИ
PECULIARITIES OF DIESEL ENGINE WORKING PROCESS IN HIGH-MOUNTAIN CONDITIONS OF KABARDINO-BALKARIAN REPUBLIC
Показатели эффективности работы сельскохозяйственных машин и агрегатов главным образом определяются техническим состоянием входящих в их состав энергоустановок. В свою очередь, эффективная, экономичная, надежная и экологичная работа тракторных дизельных двигателей в условиях высокогорья, в основном, зависит от качественных показателей работы топливной системы. Топливная аппаратура (ТА) -это важнейшая и наиболее сложная составная часть дизельного двигателя. От качества ее работы зависят мощностные и экономические показатели работы дизеля. Наименее надежными и наиболее трудоемкими при техническом обслуживании в сравнении с другими системами являются узлы и детали топливной аппаратуры дизельных двигателей. К примеру, процент отказов топливной аппаратуры от общего числа отказов в дизельном двигателе в процессе эксплуатации в условиях высокогорья равен 20,5%. При этом затраты на техническое обслуживание и ремонт составляют 20-30% от суммарных затрат. Стабильность параметров топливопода-чи по секциям высокого давления (ВД) в процессе эксплуатации зависит от значительного количества факторов: техническое состояние топливной системы высокого давления (ТСВД), режим и условия работы дизельного двигателя, режимы и условия испытания и регулировки топливных насосов высокого давления (ТНВД) на безмоторном стенде. Основные причины, приводящие к ухудшению показателей работы дизельных двигателей в процессе эксплуатации в условиях высокогорья, следующие: несоответствие реальных параметров рабочего цикла оптимальным значениям вследствие того, что при эксплуатации происходит изменение параметров топливоподачи ТА и воздухоснабжения, зазоров в цилиндро-поршневой группе. Происходит также и изменение режимов и условий эксплуатации. Следовательно, решение проблемы повышения стабильности параметров топливоподачи дизельных двигателей в процессе эксплуатации мобильных сельскохозяйственных агрегатов является актуальным и позволит повысить эффективность использования дизельных двигателей в условиях высокогорья.
Performance indicators of agricultural machines and units are mainly determined by the technical condition of their power plants. In turn, the efficient, economical, reliable and environmentally friendly operation of tractor diesel engines in high mountain conditions mainly depends on the quality performance of the fuel system. Fuel equipment (SLT) is the most important and most complex component of diesel engine. The quality of its work depends on the power and economic performance of the diesel engine. The units and parts of diesel engines fuel equipment are the least reliable and most labour-intensive in maintenance compared to other systems. For example, the percentage of failures of fuel equipment from the total number of failures in the diesel engine during operation in high mountain conditions is 20,5%. At the same time, maintenance and repair costs are 20-30% of the total costs. Stability of fuel supply parameters by high pressure sections during operation depends on a significant number of factors: technical condition of high pressure fuel system (HFCS), mode and conditions of diesel engine operation, modes and conditions of testing and adjustment of high pressure fuel pumps (HPT) on the motor-free bench. The main reasons leading to deterioration of diesel engines operation parameters during operation in high-mountain conditions are the following: non-compliance of real parameters of the operating cycle with optimal values due to the fact that during operation there is a change of parameters of aircraft fuel supply and air supply, gaps in the cylinder-piston group. Modes and operating conditions are also changed. Therefore, solving the problem of increasing the stability of fuel supply parameters of diesel engines during operation of mobile agricultural units is urgent and will allow to increase efficiency of diesel engines use in high mountain conditions.
Ключевые слова: двигатель, дизель, топлив- Key words: engine, diesel, fuel equipment, fuel
ная аппаратура, топливоподача, стабильность. supply, stability.
Батыров Владимир Исмелович -
кандидат технических наук, доцент кафедры технического обслуживания и ремонта машин в АПК, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, г. Нальчик Тел.: 8 928 706 95 72 E-mail: [email protected]
Шекихачев Юрий Ахметханович -
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]
Batyrov Vladimir Ismelovich -
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Machine Maintenance and Repair Technology in Agro-Industrial Complex, FSBEI HE Kabardino-Balkarian SAU, Nalchik
Tel.: 8 928 706 95 72 E-mail: [email protected]
Shekikhachev Yury Akhmetkhanovich -
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Technical Mechanics and Physics, FSBEI HE Kabardino-Balkarian SAU, Nalchik Tel.: 8 928 077 33 77 E-mail: [email protected]
Введение. В процессе эксплуатации дизельных двигателей в условиях высокогорья ТА призвана обеспечить идентичные условия для работы всех цилиндров. Следовательно, ТА должна обеспечить одинаковую подачу топлива в каждый цилиндр дизеля (т.е. по секциям ТНВД и комплектам ТА по цикловой подаче топлива, углу опережения впрыскивания и характеристике впрыскивания, а в случае использования многоструйного распылителя - подачу топлива через отдельные отверстия распылителя). Кроме того, ТА обеспечивает стабильность основных параметров топ-ливоподачи в процессе эксплуатации, что позволяет сохранить эксплуатационные показатели дизельного двигателя оптимальными [1-3].
Показатели рабочего процесса дизельного двигателя определяются таким параметром, как эффективность тепловыделения, т. е. полнота и своевременность тепловыделения, которые в свою очередь зависят от параметров топливоподачи [4, 5]. Изменение технического состояния элементов ТСВД в процессе эксплуатации в условиях высокогорья вызывает существенное отклонение параметров топливоподачи от установленных для данного дизельного двигателя значений [6-9].
Результаты исследования. Математическая модель индикаторного процесса была выполнена с использованием выражения:
dP _dX( к - \)QH gц кРdV к -1 Qw йф dp V Vdp V dp
(1)
где:
йХ/ йф - характеристика тепловыделения; Qн - удельная низшая теплотворная способность топлива;
gц - цикловая подача топлива;
Р,У,Ф - соответственно, текущие значения давления, объема цилиндра и угла поворота коленчатого вала двигателя (к.в.д);
К - величина адиабаты сжатия, отражающая свойства рабочего тела:
К = 1,43 - 0,3 X - 0,05 а
T
1000
(2)
где:
X, а,Т - соответственно, текущие значения характеристики тепловыделения, коэффициента избытка воздуха и температуры.
Характеристики тепловыделения оцениваются следующим аналитическим выраженем:
dX _Xi(K -1) (ф-фн )Kl-1
dp
Ф1
Ф1
exp
K1 -1 (Ф-Фн ) K1 Ф
(X-X )(К2 -1) (ф-фн-фз)
К2 -1
К2 -1 (ф-фн-Фз )
ф2
Ф2
-ехр
К
Ф2
+
где:
Хц, Х - соответственно, доли теплоты от всей теплоты, выделившейся на первом участке и за весь период выгорания;
<1,<2 ~ угловые величины, соответствующие отрезкам времени от начала соответствующего участка до момента достижения максимальной скорости тепловыделения на этом участке, град.;
<Рн ,<3 - соответственно, расположение на диаграмме момента начала тепловыделения относительно ВМТ и задержки начала последующего участка относительно начала предыдущего;
К, К2 - показатели характера выделения теплоты на участках.
Температуру рабочего тела можно рассчитать по следующему уравнению: Т„ РУ
(4)
Т = ■
Р У в
1 а а Нх
где:
ТаРа,Уа - соответственно, температура,
давление и объем рабочего тела в конце впуска;
Р ,У - соответственно, текущие значения давления и объема рабочего тела;
Вх - текущий коэффициент молекулярного изменения:
Вх = 1 +
0,064 Х_ 1 + Х\ а
(5)
где:
Х - коэффициент остаточных газов.
Скорость потерь энергии вследствие теплоотдачи от рабочего тела к стенкам цилиндра:
dQw
1
3600 х 6 ^
Еа (Т
(6)
где:
а1 - коэффициент, характеризующий теплоотдачу элементу поверхности цилиндра;
, - соответственно, площадь и температура элемента поверхности теплоотдачи.
Построение индикаторной диаграммы выполняется путем численного интегрирования уравнения (6) с определением в конце каждого шага интегрирования Л< величины давления в цилиндре:
Р} +1 = Р} +
Л<,
} +1
(7)
где:
] - номер шага интегрирования.
Таблица - Матрица плана, уровни варьирования факторов и результаты расчета индикаторных показателей дизеля
Факторы Функции отклика
Угол начала Продолжи- Цикловая Максимальное Жесткость Максимальная
впрыскивания тельность подача давление работы температура
Уровни и интервал <Ре° впрыскивания о <Рп топлива ёц , цикла Рг, ЛР/ Л<, МПа/град цикла Т2К
варьирования г/цикл МПа
Х1 Х 2 Х 3 Y2 ^3
верхний 30 28 0,0673
основной 26 24 0,0591
нижний 22 20 0,0509
интервал 4 4 0,0082
№№ опытов План Результаты
основной 26 24 0,0591 7,300 0,7058 1707
1 30 28 0,0673 7,906 0,8329 1728
2 22 28 0,0673 6,986 0,6603 1689
3 30 20 0,0673 8,396 0,8571 1931
4 22 20 0,0673 7,254 0,6870 1866
5 30 28 0,0509 7,232 0,6908 1550
6 22 28 0,0509 6,487 0,5442 1507
7 30 20 0,0509 7,624 0,7104 1725
8 22 20 0,0509 6,707 0,5650 1673
Для выполнения расчетного исследования влияния основных параметров топливоподачи на показатели рабочего процесса был составлен план полнофакторного расчетного эксперимента для трех факторов на двух уровнях (табл.).
Результаты термодинамического расчета рабочего цикла дизеля выдавались в виде четырех массивов: исходных конструктивных и режимных параметров; характеристики тепловыделения; показателей рабочего цикла; а также в виде индикаторной диаграммы.
Вывод. Наибольшее влияние на показатели рабочего процесса дизеля в условиях высокогорья оказывает цикловая подача топлива. Увеличение цикловой подачи относительно базового варианта на 14% приводит к увеличению максимальной температуры и давления цикла, соответственно, на 2240К или 13,1% и 1,1 МПа или 15%. При этом жесткость работы дизеля возрастает на 0,15 МПа/град или 21,4%.
Литература
1. Исследование режимов работы дизельных двигателей тракторов в реальных условиях эксплуатации / Ю.А. Шекихачев и др. // Техника и оборудование для села. - 2019. -№ 4(262). - С. 14-19.
2. Исследование влияния неравномерности подачи топлива на показатели работы дизельного двигателя / Ю.А. Шекихачев и др. // Техника и оборудование для села. - 2019. -№ 5(263). - С. 18-21.
3. Влияние эксплуатационных режимов на экологические параметры автомобилей / Ю.А. Шекихачев, В.И. Батыров, Р.А. Балкаров, Л.З. Шекихачева // Научная жизнь. -2019. - Т. 14. - № 3(91). - С. 330-336.
4. Батыров В.И., Болотоков А.Л. Исследование изменения параметров технического состояния распылителей форсунок ФД-22 серийного и опытного в эксплуатации // Материалы Международной НПК, посвященная 50-летию факультета механизации и энергообеспечения предприятий. Нальчик. - 2011. -С. 122-126.
5. Повышение надежности распылителей форсунок автотракторных дизелей / Ю.А. Шекихачев и др. // Научная жизнь. - 2019. -Т. 14. - № 6 (94). - С. 929-937.
6. Оптимизация регулировочных параметров топливной аппаратуры дизелей при выполнении ремонтно-обслуживающих работ / В.Н. Нагоев, В.С. Койчев, В.И. Батыров, И.И. Газизов // Материалы III Международной НПК «Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК». Ставрополь: АГРУС, 2008. - С. 17-21.
References
1. Issledovanie rezhimov raboty dizel'nyh dvigatelej traktorov v real'nyh usloviyah eksplua-tacii / Yu.A. Shekihachev i dr. // Tekhnika i ob-orudovanie dlya sela. - 2019. - № 4(262). -S. 14-19.
2. Issledovanie vliyaniya neravnomernosti podachi topliva na pokazateli raboty dizel'nogo dvigatelya / Yu.A. Shekihachev i dr. // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. - 2019. - № 5(263). -S. 18-21.
3. Vliyanie ekspluatacionnyh rezhimov na ekologicheskie parametry avtomobilej / Yu.A. Shekihachev, V.I. Batyrov, R.A. Balkarov, L.Z. Shekihacheva // Nauchnaya zhizn'. - 2019. - T. 14. - № 3(91). - S. 330-336.
4. Batyrov V.I., Bolotokov A.L. Issledovanie izmeneniya parametrov tekhnicheskogo sostoya-niya raspylitelej forsunok FD-22 serijnogo i opytnogo v ekspluatacii // Materialy Mezhduna-rodnoj NPK, posvyashchennaya 50-letiyu fakul'-teta mekhanizacii i energoobespecheniya predpri-yatij. Nal'chik. - 2011. - S. 122-126.
5. Povyshenie nadezhnosti raspylitelej forsu-nok avtotraktornyh dizelej / Yu.A. Shekihachev i dr. // Nauchnaya zhizn'. - 2019. - T. 14. -№ 6(94). - S. 929-937.
6. Optimizaciya regulirovochnyh parametrov toplivnoj apparatury dizelej pri vypolnenii remontno-obsluzhivayushchih rabot / V.N. Na-goev, V.S. Kojchev, V.I. Batyrov, I.I. Gazizov // Materialy III Mezhdunarodnoj NPK «Aktual'nye problemy nauchno-tekhnicheskogo progressa v APK». Stavropol': AGRUS, 2008. - S. 17-21.
7. Батыров В.И., Койчев В.С., Болу-ров А.Ш. Влияние динамических режимов эксплуатации на регулировочные параметры автомобильных двигателей // Сб. науч. статей «Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК» по материалам III Международной НПК в рамках Х Международной агропромышленной выставки «Агроунивер-сал - 2008». Ставрополь: «АГРУС», 2008. -С. 112-116.
8. Пути повышения равномерности параметров топливоподачи дизельной топливной аппаратуры / Ю.А. Шекихачев и др. // Человек и современный мир. - 2019. - № 3 (28). -С. 246-252.
9. 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.
7. Batyrov V.I., Kojchev V.S., Bolurov A.Sh. Vliyanie dinamicheskih rezhimov ekspluatacii na regulirovochnye parametry avtomobil'nyh dviga-telej // Sb. nauch. statej «Aktual'nye problemy nauchno-tekhnicheskogo progressa v APK» po materialam III Mezhdunarodnoj NPK v ramkah H Mezhdunarodnoj agropromyshlennoj vystavki «Agrouniversal - 2008». Stavropol': «AGRUS», 2008. - S. 112-116.
8. Puti povysheniya ravnomernosti paramet-rov toplivopodachi dizel'noj toplivnoj apparatury / Yu.A. Shekihachev i dr. // CHelovek i sovre-mennyj mir. - 2019. - № 3 (28). - S. 246-252.
9. Batyrov V.I., Nagoev V.N., Bolotokov A.L. Metod komplektovaniya toplivnoj sistemy vyso-kogo davleniya pri vypolnenii remontno-obslu-zhivayushchih rabot // Sbornik zavershennyh na-uchnyh rabot v oblasti APK, rekomenduemyh dlya vnedreniya v proizvodstvo. Nal'chik: KBGSKHA, 2006. - S. 91-96.
