CC BY
14
5. Boronenkov V. N., Korobov Yu. S. Osnovy dugovoi metallizatsii. Fiziko-khimicheskie zakonomernosti (Arc metallization bases. Physical and chemical patterns), monografiya, Ekaterinburg, Izd-vo Ural. un-ta: Universitetskoe izd-vo, 2012, 268 p.
6. Trenie, iznos i smazka (tribologiya i tribotekhnika) (Friction, wear and grease (tribology and triboengineering)), A. V. Chichinadze [i dr.], M., Mashinostroenie, 2003, 676 p.
7. Metody issledovaniya materialov (Methods of materials research), L. I. Tushinskii, M., Mir, 2004, 384 p.
8. Shesterennye nasosy s assimetrichnoi liniei zatsepleniya shesteren (Gear pumps with asymmetric gear line), Yu. A. Kuleshkov [i dr.], Teoriya, konstruktsiya i raschet, Kirovograd, «KOD», 2009, 243 p.
9. Luzhnov Yu. M., Aleksandrov V. D. Osnovy tribotekhniki (Bases of triboengineering), ucheb. posobie, M., MADI, 2013, 136 p.
10. Shcherbakov Yu. V. Vliyanie mekhanicheskoi obrabotki na sostoyanie poverkhnostnogo sloya elektroliticheskogo zheleza (Effect of mechanical treatment on the state of the surface layer of electrolytic iron), Agrotekhnologii XXI veka:. Materialy Vserossiiskoi nauchno prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem, posvyashchennoi 85-letiyu osno-vaniya Permskoi GSKhA i 150-letiyu so dnya rozhdeniya D. N. Pryanishnikova (11-13 noyabrya 2015), Perm', Prokrost", 2015, pp. 65-68.
11. Shcherbakov Yu. V., Komarovskii I. V. Obrabatyvaemost' gazotermicheskikh pokrytii iz poroshkovykh materialov (Workability of gas-thermal coatings from powder materials), Agrotekhnologii XXI veka: Materialy Vserossiiskoi nauchno prakticheskoi kon-ferentsii s mezhdunarodnym uchastiem, posvyashchennoi 85-letiyu osnovaniya Permskoi GSKhA i 150-letiyu so dnya rozhdeniya D. N. Pryanishnikova (11-13 noyabrya 2015), Perm', Prokrost", 2015, pp. 68-72.
12. Korenev V. N., Rodichev A. Yu., Semenov A. V. Tekhnologicheskie metody, oborudovanie i materialy dlya voss-tanovleniya i uprochneniya detalei gazoplamennym napyleniem (Technological methods, equipment and materials for restoration and strengthening of parts by gas-flame spraying), Trudy GOSNITI, 2013, T. 113, pp. 372 - 378.
13. Effect of post-coating technique on microstructure, microhardness and the mixed lubrication regime parameters of thermally-sprayed NiCrBSi coatings, K. A. Habib [et al.], Surface and Coatings Technology, 2019, Vol. 358, pp. 824-832. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S025789721831315X
14. Houdkova S. Properties of NiCrBSi coating, as sprayed and remelted by different technologies, Surface and Coatings Technology, 2014, Vol. 253, pp. 14-26. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0257897214004150
15. Bobzin K. Wettability of PVD compound materials by lubricants, Surface and Coatings Technology, 2003, Vol. 165, Is. 1, pp. 51-57. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0257897202007247
УДК 621.825:621.436
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ МУФТ ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА
Н. В. Раков, канд. техн. наук, доцент; E-mail: nikolaymgu@yandex.ru А. В. Смольянов, канд. техн. наук, доцент; E-mail: ffenix2004@rambler.ru
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва», ул. Российская, 5, Саранск, Россия, 430904
Аннотация. В предлагаемой статье представлены результаты исследований оценки технического состояния автоматической муфты опережения впрыскивания топлива (АМОВТ) на модернизированном стенде для испытания и регулировки дизельной топливной аппаратуры. В условиях эксплуатации дизельные двигатели в среднем перерасходуют топливо на 10-20 %, что вызвано неравномерностью подачи и отклонением угла опереже-
ния впрыскивания топлива (УОВТ) от оптимальных значений. УОВТ состоит из начального (установочного) угла и угла опережения впрыска при увеличении оборотов двигателя. Чтобы компенсировать задержки впрыскивания и воспламенения, момент начала подачи топлива может изменяться в зависимости от частоты вращения с помощью автоматической муфты опережения впрыскивания топлива. Разработанные способы и рекомендуемые технологии контроля АМОВТ в эксплуатационных условиях обладают высокой трудоемкостью. Была предложена цифровая измерительная система БЭСТ-12М, которая предназначена для модернизации топливных стендов по регулировке топливных насосов высокого давления (ТНВД) дизельных двигателей. Система БЭСТ-12М позволяет автоматизировать определение угла начала нагнетания, величину и знак отклонения от базовой секции ТНВД от номинального значения, а также измерение угла разворота АМОВТ. В статье рассматр и-ваются результаты анализа технического состояния АМОВТ ТНВД двигателей КамАЗ -740. Исследования проводились в МИП ООО " Агросервис" г. Саранск. Полученные данные входного стендового контроля показали, что на режиме вращения кулачкового вала ТНВД 600 мин-1 у 95 % бывших в эксплуатации исследуемых муфт наблюдается превышение угла разворота выше допустимого, на режиме 900 мин-1 - 79 %, на 1300 мин-1 - 23 %. Средние значения углов разворота муфт, бывших в эксплуатации на режимах 600 и 900 мин-1, превышают максимально допустимые значения в 2,2 и 1,29 раза соответственно, а на режиме 1300 мин-1 находятся в пределах допуска. Проверка полученных данных на нормальность проводилась по критерию Шапиро -Уилка.
Ключевые слова: муфта, угол опережения впрыскивания топлива, дизель, модернизация, испытание.
Введение. Для сокращения материальных потерь и предотвращения экологического урона необходимо регулярно контролировать энергетические показатели, показатели топливной экономичности и в результате своевременно выявлять неисправности, проводить соответствующие регулировки или принимать решения о постановке двигателей на ремонт.
Дизельные двигатели в условиях эксплуатации перерасходуют топливо в среднем на 10-20 % [1]. Это вызвано постепенным изнашиванием деталей топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы.
В результате износа деталей топливной аппаратуры меняются регулировочные параметры, такие как неравномерность подачи топлива и угол опережения впрыскивания топлива.
УОВТ влияет на тепловое состояние и динамику теплового процесса дизеля, эффективность показателей рабочего процесса, его мощность. В зависимости от величины УОВТ изменяются скорость нарастания давления топлива, период задержки самовос-
пламенения, максимальное давление цикла, продолжительность и полнота сгорания и другие параметры [2].
УОВТ состоит из начального (установочного) угла и угла опережения впрыска при увеличении оборотов двигателя. При постоянном моменте начала впрыскивания и увеличивающейся частоте вращения угол поворота коленчатого вала между началом впрыскивания и началом сгорания растет так, что момент начала сгорания топлива по отношению к положению поршня наступает при разных частотах вращения не в один и тот же момент. Чтобы компенсировать задержки впрыскивания и воспламенения, момент начала подачи топлива может изменяться в зависимости от частоты вращения с помощью автоматической муфты опережения впрыскивания топлива. Этим достигается более благоприятное протекание процесса сгорания и обеспечивается более высокая мощность дизеля на всех режимах работы [2-6].
Разработанные к настоящему времени способы и рекомендуемые технологии кон-
троля АМОВТ в эксплуатационных условиях обладают высокой трудоемкостью [7 -9]. Поэтому в настоящее время на смену действующим, в основном механическим, диагностическим средствам, которые уже сейчас не обеспечивают качественный контроль топливно-энергетических показателей двигателей, разрабатывается новое поколение контрольно-диагностических устройств с применением микропроцессорной техники, позволяющих оценивать техническое состояние машин на более высоком уровне.
Примером данных устройств является цифровая измерительная система БЭСТ -12М, предназначенная для модернизации топливных стендов по регулировке ТНВД
3
1
Методика. Модернизация стенда осуществляется за счет установки контактных датчиков 1, блока измерения 2, адаптера контактных датчиков 3 и датчика Холла на вал стенда (рис. 1). Установка измерительной системы БЭСТ -12М позволила автома-
дизельных двигателей с числом секций от 2 до 12 [10].
В связи с этим, целью исследований являлась оценка технического состояния автоматической муфты опережения впрыскивания топлива с использованием современных средств диагностирования.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- произвести модернизацию стенда КИ-22210 установкой цифровой измерительной системы БЭСТ-12М;
- с помощью модернизированного стенда провести оценку автоматических муфт опережения впрыскивания топлива двигателей КамАЗ.
тизировать определения угла начала нагнетания, величины и знака отклонения от базовой секции ТНВД от номинального значения; а также производить измерение угла разворота полумуфт АМОВТ на любом скоростном режиме.
Рис. 1. Стенд КИ - 22210 с измерительной системой БЭСТ - 12М: 1 - контактные датчики; 2 - блок измерения; 3 - адаптер контактных датчиков.
Измерение угла разворота АМОВТ с использованием системы БЭСТ-12М производится в следующей последовательности. Устанавливается на стенд ТНВД со снятой муфтой. В системе проводится компенсация длины топливопроводов за счет изменения длины трубки в памяти прибора до достижения нулевых значений в режиме «Муфта». Эта регулировка позволяет оценивать техническое состояние муфты без ее снятия с ТНВД. Далее устанавливается исследуемая АМОВТ на топливный насос.
Результаты. С помощью системы БЭСТ-12М исследовалось техническое состояние АМОВТ ТНВД двигателей КамАЗ - 740 [11-12], поступающих на ремонт в МИП ООО «Агросервис» г. Саранск. Всего
исследовалось 57 муфт, что с доверительной вероятностью 0,95 и относительной ошибкой 0,15 позволяет получить необходимую точность проведения экспериментальных исследований. Измерения угла разворота каждой муфты проводили в трех точках 600, 900 и 1300 мин-1 вращения кулачкового вала ТНВД, что соответствует 1200, 1800 и 2600 оборотам коленчатого вала двигателя [13]. Статистическую обработку вариационных рядов значений параметров, характеризующих углы разворота исследуемых муфт проводили с использованием программы «Statistica» [14]. Результаты исследований АМОВТ на различных режимах работы представлены в таблице.
Таблица
Основные статистические характеристики углов разворота исследуемых АМОВТ
на различных режимах
Наименование параметра Допускаемое значение углов разворота согласно ТК Интервал значений Математическое ожидание, тх Средне-квадратиче-ское отклонение, <гх Коэффициент вариации, V
Значение углов разворота при 600 мин-1, град 1 ± 0,5 0,5 - 3,5 2,196 0,522 0,237 0,0004
Значение углов разворота при 900 мин-1, град 3 ± 0,5 2,3 - 4,8 3,88 0,434 0,111 0,00001
Значение углов разворота при 1300 мин-1, град 4,5 ± 0,5 4,0 - 5,9 4,72 0,455 0,096 0,00000
Из таблицы видно, что все рассматриваемые распределения подчиняются нормальному закону. На рис. 2 представлено графическое изображение распределений.
Нормальность групп значений углов разворота муфт проверяли по критерию Шапиро-Уилка (W). Нулевая гипотеза звучит так: распределение значений углов разворота АМОВТ для каждой частоты вращения кулачкового вала близко к нормальному, альтернативная - нет. Если уровень значимости текущего значения W-критерия
pW выше принятого значения p = 0,05, то имеет место нулевая гипотеза, и наоборот.
Представленные в таблице результаты показывают, что для исследуемых значений углов разворота АМОВТ при различных частотах вращения кулачкового вала значение уровня значимости W-критерия pW <0,05, что отвергает нулевую гипотезу и, следовательно, полученные данные не противоречат нормальному закону распределения.
Рис. 2. Функции распределения угла разворота АМОВТ: 1 - на режиме 600 мин-1; 2 - на режиме 900 мин-1; 3 - на режиме 1300 мин-1.
На рисунке 3 представлено изменение мых АМОВТ в зависимости от частот враще-среднего значения угла разворота исследуе- ния кулачкового вала насоса.
Рис. 3. Среднее значение угла разворота изношенных АМОВТ: 1 - теоретическая кривая угла разворота; 2 - допустимый интервал значений теоретической кривой АМОВТ; 3 - среднее значение угла разворота изношенных муфт.
Анализируя графики можно заключить, что среднее значение углов разворота муфт, бывших в эксплуатации, превышает допустимые значения на режимах 600 и 900 мин-1 частоты вращения кулачкового вала насоса. Данные частоты вращения кулачкового вала насоса соответствуют режимам работы коленчатого вала двигателя 1200 и 1800 мин-1. Полученные данные подтверждаются исследованиями [15], в которых установлено, что двигатель КамАЗ-740, эксплуатирующийся в условиях сельского хозяйства, на дорогах IV и V категории основную долю времени (62%) работает в диапазоне частот вращения 0,48 - 0,67 пном кулачкового вала (600 - 900 мин-1), а в области номинальной частоты вращения - не более 2,5 %.
Выводы.
1. Модернизация стенда КИ-22210 цифровой измерительной системой БЭСТ-12М позволила сократить время оценки технического состояния АМОВТ в среднем до 35 %.
2. Полученные данные входного стендового контроля показали, что на режиме вращения кулачкового вала ТНВД 600 мин-1 у 95 % бывших в эксплуатации исследуемых муфт наблюдается превышение угла разворота выше допустимого, на режиме 900 мин-1 -79 %, на 1300 мин-1 - 23 %.
3. Максимальные отклонения от допустимых значений угла разворота наблюдаются на режимах 600 мин-1 на величину 2,0 град., на 900 мин-1 - 1,3 град., на 1300 мин-1 - 1,4 град.
4. Средние значения углов разворота муфт, бывших в эксплуатации на режимах 600 и 900 мин-1, превышают максимально допустимые значения в 2,2 и 1,29 раза соответственно, а на режиме 1300 мин-1 находятся в допуске.
Из всего этого следует, что угол разворота АМОВТ является важным эксплуатационным параметром, требующим обязательного контроля при ремонте и диагностике топливного насоса высокого давления.
Литература
1. Астахов И. В., Голубков Л. Н., Трусов В. И. Топливная система и экономичность дизеля. М.: Машиностроение, 1990. 288 с.
2. Загородских Б. П., Раков Н. В., Смольянов А. В. Влияние износов деталей автоматической муфты опережения впрыскивания топлива на технико-экологические показатели работы двигателя КамАЗ // Труды ГОСНИТИ. 2008. № 102. С. 78-80.
3. Загородских Б. П., Абрамов С. В., Смольянов А. В. Теоретическое обоснование оценки технического состояния основных деталей автоматической муфты опережения впрыскивания топлива // Вестник Саратовского госагро-университетата им. Н. И. Вавилова. 2009. № 3. С. 33-38.
4. Смольянов А. В., Раков Н. В., Шумкин Ю. В Снижение интенсивности изнашивания деталей автоматической муфты опережения впрыскивания топлива восстановлением изношенных поверхностей методом электроискровой обработки // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы: межвуз. сб. науч. тр. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2013. С. 287-292.
5. Lausch W., Fleischner F. Niedriger Kraftstoffverbrauch und geringe NOx-Emission bei Dieselmotoren: Wunsch und Wirklichkeit // MTZ. Motortechnische Zeitschrift. 1996. Bd. 57. Ш. 11. Pp. 600-612.
6. Herzog Peter Moglichkeiten der Optimierung von Motor // MTZ. Motortechnische Zeitschrift. 1986. Bd. 47. 12. Pp. 525-529.
7. Diesel in-line fuel-injection pumps: Bosch technical instruction. Germany: Robert Bosch GmbH, 2009. 144 p.
8. Загородских Б. П., Лялякин В. П., Плотников П. А. Ремонт и регулирование топливной аппаратуры автотракторных и комбайновых дизелей. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. 212 c.
9. Файнлейб Б. Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: справочник. Л.: Машиностроение, 1990. 352 c.
10. Бобрышев Г. П., Моносзон А. А., Радченко Ю. Г. Модернизация стендов для испытания и регулировки топливных насосов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2005. № 12. С. 36-39.
11. Кузнецов А. Г., Марков В. А., Трифонов В. Л. Система регулирования угла опережения впрыскивания топлива // Автомобильная промышленность. 1994. № 9. С. 9-11.
12. ТК 10.16.0001.003-87 Топливная аппаратура автотракторных и комбайновых дизелей. Технические требования на капитальный ремонт. М.: ГОСНИТИ, 1989. 244 с.
13. Технологические карты ремонта агрегатов автомобилей КамАЗ. Набережные Челны, 2001. 256 c.
14. Боровиков В. П. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере. СПб.: Питер, 2003. 688 с.
15. Грехов Л. В. Иващенко Н. А., Марков В. А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей. М.: Легион-Автодата, 2005. 344 с.
ASSESSMENT OF TECHNICAL CONDITION OF AUTOMATIC INJECTION TIMING DEVICES
N. V. Rakov, Cand. Tech. Sci., Associate Professor E-mail: nikolaymgu@yandex.ru
A. V. Smolyanov, Cand. Tech. Sci., Associate Professor E-mail: ffenix2004@rambler.ru Ogarev Mordovia State University 5, Rossiyskaya Street, Saransk, Russia, 430904
ABSTRACT
The article presents the research results on the assessment of technical condition of automatic injection timing devices (AITD) on a modernized stand for testing and adjustment of diesel fuel equipment. During the exploitation, diesel engines excess fuel on average by 10-20% that is caused by supply irregularity and deviation of injection timing angle (ITA) from the optimal values. The ITA consists of initial (installation) angle and injection timing angle with the raise of engine speed-up. In order to compensate for injection and ignition delays, the start time of fuel supply can be changed by the automatic injection timing device depending on the rotation frequency. Developed methods and recommended technologies of the AITD control possess a high complexity in operating conditions. The digital measuring system BEST-12M designed for the modernization of fuel stands for adjustment of high-pressure fuel injection pumps of diesel engines was proposed. The BEST-12M system automatically determines the injection start angle, value and deviation sign of injection pump base section from the nominal value as well as the change of the AITD turning angle. The article deals with the results of technical condition of the AITD fuel injection pump of the KAMAZ-740 engines. The obtained data of input stand control showed that in the mode of cam shaft rotation of injection pump of 600 min-1, the AITDs excess the turning angle above the limit in 95 %, in the mode of 900 min-1 - 79 %, in 1300 min-1 - 23 %. The average values of device turning angles in the modes of 600 and 900 min-1 excess the maximum permitted values in 2.2 and 1.29 times, respectively, and in 1300 min-1 mode stay within the limit. Verification of the obtained data was carried out according to the Shapiro-Wilk test.
Key words: device, angle, fuel injection timing, diesel, modernization, test.
References
1. Astakhov. I. V., Golubkov L. N., Trusov V. I. Toplivnaya sistema i ekonomichnost dizelya (Fuel system and diesel efficiency), Mashinostroyeniye, M., 1990, 288 p.
2. Zagorodskih B. P., Rakov N. V., Smol'yanov A. V. Vliyanie iznosov detalej avtomaticheskoj mufty operezheniya vpryskivaniya topliva na tekhniko-ekologicheskie pokazateli raboty dvigatelya KamAZ (Impact of wear parts of automatic injection timing device on the technical and environmental performance of the KAMAZ engine), Trudy GOSNITI, 2008, No. 102, pp. 78-80.
3. Zagorodskih B. P., Abramov S. V., Smol'yanov A. V. Teoreticheskoe obosnovanie ocenki tekhnicheskogo sos-toyaniya osnovnyh detalej avtomaticheskoj mufty operezheniya vpryskivaniya topliva (Theoretical substantiation of evaluation of technical condition for main parts of automatic injection timing device), Vestnik Saratovskogo gosagrouniversitetata im. N. I. Vavilova, 2009, No. 3, pp. 33-38.
4. Smol'yanov A. V., Rakov N. V., SHumkin YU. V. Snizhenie intensivnosti iznashivaniya detalej avtomaticheskoj mufty operezheniya vpryskivaniya topliva vosstanovleniem iznoshennyh poverhnostejmetodom ehlektroiskrovoj obrabotki (Reducing the wear rate of parts of automatic injection timing device restoring the worn-out surfaces by the method of elec-trospark machining), EHnergoehffektivnye i resursosberegayushchie tekhnologii i sistemy: mezhvuz. sb. nauch. tr., Saransk, Izd-vo Mordov. un-ta, 2013, pp. 287-292.
5. Lausch W., Fleischner F. Niedriger Kraftstoffverbrauch und geringe NOx-Emission bei Dieselmotoren, Wunsch und Wirklichkeit, MTZ, Motortechnische Zeitschrift, 1996, Bd. 57, No. 11, pp. 600-612.
6. Herzog P. Moglichkeiten der Optimierung von Motor, MTZ, Motortechnische Zeitschrift, 1986, Bd. 47, No. 12, pp. 525-529.
7. Diesel in-line fuel-injection pumps, Bosch technical instruction, Germany, Robert Bosch GmbH, 2009, 144 p.
8. Zagorodskih B. P., Lyalyakin V. P., Plotnikov P. A. Remont i regulirovanie toplivnoj apparatury avtotraktornyh i kombajnovyh dizelej (Repair and adjustment of fuel equipment of auto-tractor and combine diesels), M., FGNU «Rosin-formagrotekh», 2006, 212 p.
9. Fajnlejb B. N. Toplivnaya apparatura avtotraktornyh dizelej (Fuel equipment of auto-tractor diesels), Spravochnik, L., Mashinostroenie, 1990, 352 p.
10. Bobryshev G. P., Monoszon A. A., Radchenko YU. G. Modernizaciya stendov dlya ispytaniya i regulirovki top-livnyh nasosov (Modernization of stands for testing and adjustment of fuel pumps), Traktory i sel'skohozyajstvennye mash-iny, 2005, No. 12, pp. 36-39.
11. Kuznecov A. G., Markov V. A., Trifonov V. L. Sistema regulirovaniya ugla operezheniya vpryskivaniya topliva (control system of injection timing angle), Avtomobil'naya promyshlennost', 1994, No. 9, pp. 9-11.
12. TK 10.16.0001.003-87 Toplivnaya apparatura avtotraktornyh i kombajnovyh dizelej, Tekhnicheskie trebovaniya na kapital'nyj remont (Fuel equipment of auto-tractor and combine diesels. Technical requirements for full repair), M., GOSNI-TI, 1989, 244 p.
13. Tekhnologicheskie karty remonta agregatov avtomobilej KamAZ (Process flow chart for the KAMAZ units repair), Naberezhnye CHelny, 2001, 256 p.
14. Borovikov V. P. STATISTICA. Iskusstvo analiza dannyh na komp'yutere (STATISTICS. The art of computer data analysis), SPb., Piter, 2003, 688 p.
15. Grekhov L. V., Ivashchenko N. A., Markov V. A. Toplivnaya apparatura i sistemy upravleniya dizelej (Fuel equipment and control systems of diesel engines), M., Legion-Avtodata, 2005, 344 p.
