CC BY
57
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ ДИЗЕЛЕЙ ЛЕСНЫХ МАШИН
Ю.А. ШАМАРИН, доц. каф. технологии машиностроения и ремонта МГУЛ, канд. техн. наук, В.И. ПАНФЕРОВ, доц. каф. электроэнергетики лесных комплексов МГУЛ, канд. техн. наук, К.В. СЕЛИВАНОВ, асп. электроэнергетики лесных комплексов МГУЛ,
В.М. КОРНЕЕВ, доц. каф. надежности и ремонта машин Московского государственного агроинженерного университета им В.П. Горячкина, канд. техн. наук
В настоящее время доля затрат на содержание и ремонт лесозаготовительной техники в структуре себестоимости лесозаготовок составляет более 20 %. Одной из причин такого положения является низкий уровень организации и качества технического обслуживания, ремонта транспортных и технологических машин. В лесном хозяйстве и лесной промышленности широкое применение нашли машины с дизельными двигателями.
Преимущества использования дизелей в качестве источника энергии для лесной техники обусловлены лучшей экономичностью благодаря большой величине компрессии, улучшающей процессы горения топливно-воздушной смеси; повышенным коэффициентом полезного действия; малым содержанием токсичных веществ в отработавших газах. Однако в современных условиях, несмотря на определенные успехи, достигнутые в конструктивном совершенствовании дизелей, значительная часть из них имеет довольно низкие эксплуатационные показатели: пониженную мощность, повышенную дымность и трудный запуск.
Массовая проверка дизелей в лесных хозяйствах различных зон страны показала, что потери эффективной мощности составляют в среднем 12...17 %, перерасход топлива - 15...25 %, что приводит к понижению производительности агрегата при выполнении высокоэнергоемких работ на 12...30 % [1].
Поэтому в вопросах совершенствования технического и технологического уровня предприятий лесного комплекса основной, наряду с производительностью, является проблема обеспечения надежности и работоспособности технических систем. Ее решение в значительной степени затруднено ограниченными эксплуатационными свойствами используемых материа-
selivanov@mgul.ac.ru; panferov@mgul.ac.ru
лов, несвоевременным и некачественным диагностированием, недостаточно эффективными технологиями производства и восстановления деталей дизельных двигателей, их доэксплуатационной подготовки.
Повышенные требования к уровню надежности силовых агрегатов связаны с производственными, природными и климатическими условиями, в которых эксплуатируются лесные машины. Это вызвано износом деталей двигателей, подвергающихся значительным динамическим нагрузкам, ударноабразивному воздействию агрессивных сред.
Проблема снижения срока службы деталей дизельных двигателей, их надежности в современных условиях усугубляется тем, что практически все технологическое оборудование промышленных предприятий изношено до предела, а приобретение нового непосильно для большинства предприятий лесного комплекса.
Значительное количество работ, посвященных проблеме улучшения эксплуатационных показателей дизелей, объясняется тем, что они определяются влиянием значительного количества взаимосвязанных и взаимообуславливающих факторов [2, 6].
Как показал анализ исследований, основными причинами ухудшения эксплуатационных показателей дизелей являются отклонения параметров рабочего цикла от оптимальных значений вследствие изменения в эксплуатации параметров топливоподачи, воздухоснабжения, зазоров в цилиндро-поршневой группе (ЦПГ) и других механизмах и системах двигателя, а также режимов и условий эксплуатации [1, 3].
В большинстве случаев потеря мощности, перерасход топлива и превышение до-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011
107
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Таблица 1
Вид неисправности CO, % CH, % NOx, % Дым, % Расход топлива, %
Нарушение цикловой подачи топлива +5...50 +5...25 -25...+25 +25...100 +5...25
Нарушение угла опережения
начала впрыскивания топлива +5...50 +0...25 -100...+100 -25...+50 +5...25
Неисправность форсунок +25.50 +50...100 -25 -25...+25 +10...20
Таблица 2
Классификация методов диагностики ТА
Классификационные признаки Методы диагностирования ТА
Задачи диагностирования Проверка работоспособности; проверка правильности функционирования; поиск дефектов
Применение диагностических средств Органолептические, инструментальные
Характер измерения параметров Прямой, косвенный
Периодичность диагностирования Регламентный; заявочный; непрерывный
Условия проведения диагностирования Полевые; станция ТО; безмоторные
По степени разборки объекта диагностирования Разборная, безразборная
Режим работы объекта Тестовый: при установившемся режиме; при неустановившемся режиме; при статодинамическом режиме
Диагностические параметры Параметры рабочего процесса; параметры сопутствующих процессов; структурные параметры
Используемый физический процесс Виброакустический; магнитоэлектрический; спектрографический; тепловой; гидравлический; газоаналитический; кинематический; другие
пустимых выбросов происходит из-за неисправности топливной аппаратуры (ТА). Виды неисправностей и их последствия можно свести в табл. 1.
Топливная аппаратура является одним из основных элементов дизеля и в значительной степени предопределяет его мощностные и экономические показатели, надежность и долговечность, дымность и токсичность отработавших газов.
Качество работы топливной аппаратуры в процессе эксплуатации определяется стабильностью конструктивно-регулировочных параметров ТА и процесса топливоподачи (ТП) и оценивается равномерностью цикловой подачи, идентичностью продолжительности впрыскивания, закона подачи, угла опережения впрыскивания и др.
Для оценки технического состояния топливной аппаратуры в настоящие время нашли применение различные методы диагностирования (табл. 2)
К числу наиболее популярных методов изучения и диагностирования работы топли-
воподающей аппаратуры (ТПА) относятся гидравлические методы и в первую очередь метод измерения давления в нагнетательном трубопроводе (у насоса или у форсунки). Его главное и несомненное достоинство - измерение параметра, непосредственно связанного с интенсивностью и особенностями впрыскивания. С использованием дополнительной информации и расчетных методов этот сигнал позволяет точно рассчитывать важнейшие показатели подачи для данной системы. К достоинствам метода также относят и допустимую для задач диагностики сложность монтажа датчика, а при использовании накидных пьезопленочных датчиков фирм AVL, Kistler она становится минимальной [5].
В большинстве предложенных методик диагноз базируется на сравнении измеренной диаграммы давления с эталонной, в результате чего делается более или менее обоснованный вывод об имеющейся неисправности ТПА.
Некоторые диагностические комплексы и дизель-тестеры даже снабжаются эта-
108
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Таблица 3
Классификация средств диагностирования ТА
Классифицирующие признаки Средства диагностирования
Степень автоматизации Механизированные; автоматизированные; автоматические
Назначение и приспособленность к диагностированию элементов ТА Устройства и приборы для измерения отдельных параметров или узлов; стенды для испытаний ТПС; диагностические системы и мотор-тестеры
Исполнение Переносные; передвижные; стационарные; бортовые; часть общей системы управления работой дизеля
Состояние объекта диагностирования Используемые при: нефункционирующем объекте; функционирующем объекте; тестовых воздействиях на объект; любых состояниях объекта
Характеристика информации по диагностируемому объекту Количественная оценка; качественная оценка; количественная и (или) качественная оценка с прогнозированием состояния
Адаптивность Все операции диагностирования проводятся с участием оператора (мастера-наладчика); настройка параметров и режимов диагностирования производится оператором; самонастраивающиеся
лонными кривыми, по которым механик может сделать более или менее обоснованный вывод об имеющейся неисправности ТПА.
Автоматизация постановки диагноза позволяет повысить достоверность, трудоемкость работ и снизить требования к квалификации исполнителя. Однако для создания такой системы диагностики требуется создание формализованных достоверных диагностических моделей. Они должны базироваться не на эталонной кривой, а на полях допусков, неизбежных в условиях реального производства и эксплуатации. Вместе с тем создание такой диагностической модели - весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс. Математическое моделирование процесса подачи топлива для ТПА позволит сделать эту задачу более реальной.
Математическое моделирование топливоподачи реальной ТПА связано с меньшими материальными затратами, а главное, позволяет более точно и достоверно решить задачу. Диагностическая модель создается не на базе вероятностно-статистического подхода, а точным детерминированным методом. Становится возможным точный учет допустимых отклонений структурных параметров ТПА и параметров технологической неустойчивости. Альтернативные методы не позволяют практически подойти к диагностированию с той же корректностью.
Разнообразие диагностических средств представлено в табл. 3, отражающей их различие по классифицирующим признакам.
Основной недостаток методов диагностирования топливной аппаратуры с помощью механических средств - неизбежное вмешательство в стабильную работу системы питания. Помимо этого, производимая частичная разборка может отрицательно сказываться на работоспособности топливной аппаратуры [5].
Рядом иностранных фирм разработаны приборы для определения углов опережения подачи и продолжительности впрыска, использование которых связано с минимальным вмешательством в работу топливной аппаратуры. Общий их принцип в том, что в трубопровод высокого давления монтируют датчик (поршневого типа, язычковый, пластинчатый) либо датчик устанавливают в ответвление трубопровода форсунки.
Принципиальная основа других разработанных способов и устройств - анализ кривой давления топлива в трубопроводе между насосом и форсункой. Эти способы позволяют выявить неисправности и оценить на качественном уровне состояние топливной аппаратуры [5].
Ряд эффективных методов, реализованных в диагностических приборах, автоматизированных установках, машинотестерах, не представляется возможным для применения на практике без предварительных мер по улучшению приспособленности как диагностических средств, так дизеля и его ТА. Все это приводит к ухудшению качества работы ТА, неполному использованию заложенного ресурса, преждевременному отказу.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011
109
