CC BY
15
ческой конференции / Пензенская ГСХА. -Пенза: РИО ПГСХА, 2009. - 330 С.
14. Пяткин, А. А. Обзор конструкции сошников сеялок для посева мелкосеменных культур / А. А. Пяткин, Н. П. Ларюшин // Вклад
молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. - Пенза: РИО ПГСХА, 2009. - 253 С.
УДК 621.436.001.41
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБКАТКИ ДИЗЕЛЯ Д-144-32 ПОСЛЕ ТЕКУЩЕГО РЕМОНТА НА СТЕНДЕ КИ-28263 С МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ
С. В. Тимохин, доктор техн. наук, профессор; К. Л. Моисеев, аспирант; О. А. Царев, канд. техн. наук, ст. преподаватель
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. (8412)628579
Дано обоснование необходимости совершенствования оборудования для обкатки ДВС с динамическим нагружением применением микропроцессорных систем управления, приведены результаты экспериментальных исследований разработанной автоматизированной микропроцессорной системы управления.
Ключевые слова: обкатка, приработка, тормозное и бестормозное динамическое нагружение, цикл динамического нагружения, угловое ускорение разгона и выбега.
В процессе эксплуатации автотракторные дизели подвергаются текущему ремонту (ТР), после которого они согласно руководству по ТР должны пройти обкатку и испытания тормозным способом на рекомендуемых (универсальных) нагрузочно-скоростных режимах [1].
Тормозные способы обкатки и испытаний обладают рядом серьезных недостатков [1,2, 3], в связи с чем получил широкое применение бестормозной динамический способ обкатки ДВС [4, 5, 6]. Для его реализации в Пензенской ГСХА разработана автоматизированная микропроцессорная система управления (АМСУ-ДН) с кулачковым исполнительным механизмом. Проведены лабораторные, моторные и стендовые исследования АМСУ-ДН, подтвердившие ее работоспособность и возможность снижения трудоемкости обкатки за счет автоматизации процессов управления на-грузочно-скоростными режимами и контроля [7]. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили разработать усовершенствованный алгоритм реализации обкатки ДВС с ДН и повысить ее эффективность [8]. Для определения эффективности разработанной АМСУ-ДН и реализуемого алгоритма без такта стабилизации нижнего предела угловой скорости коленчатого вала (УСКВ) цикла динамического нагружения (ЦДН), а также качественных показателей обкатки
были проведены сравнительные исследования обкатки дизеля Д-144-32 после текущего ремонта. Сравнивались результаты обкаток с использованием алгоритма, разработанного авторами ранее и реализованного в стенде КИ-28263, и нового алгоритма без такта стабилизации нижнего предела УСКВ при управлении процессом разработанной АМСУ-ДН.
Экспериментальная установка (рис. 1) включает дизель Д-144-32, оборудованный системами питания топливом и отвода отработавших газов, установленный на раме обкаточного стенда КБ 56-4, исполнительный механизм и блок управления АМСУ-ДН, разработанные на базе АСУ-ДН стенда КИ-28263 ГОСНИТИ, датчики зубьев маховика, ВМТ, температуры головки и масла, а также вторичные преобразователи - прибор ИМД-ЦМ, микропроцессорный измеритель параметров дизеля (МИПД-1), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1А2ивВ, многоточечный электронный термометр, манометр, электроннолучевой осциллограф С1-68, ноутбук и другие приборы.
В процессе экспериментальных исследований велась синхронная запись сигналов ряда датчиков - угловой скорости и ускорения коленчатого вала, тока электростартера, отметок ВМТ, перемещения каретки исполнительного механизма. Эти сигналы оцифровывались АЦП 1А2ивВ и записывались в память ноутбука.
Нива Поволжья № 3 (20) август 2011 79
Рис. 1. Экспериментальная установка для обкатки дизелей с динамическим нагружением
Экспериментальные исследования режимов ДН дизеля Д144-32 показали, что исключение такта стабилизации при нагрузках более 70 % от номинального значения (3 и 4 ступени) не влияет на характер изменения углового ускорения разгона (нагрузочного динамического момента -НДМ) и существенно (до 40 %) снижает время ЦДН (рис. 2).
Также установлена возможность существенного повышения нижнего предела и среднего значения УСКВ цикла сокращением времени паузы (остановки рычага
РЧВ) при неизменном значении НДМ ступени (рис. 2). Анализ осциллограммы показывает, что при уменьшении времени паузы с 1,1 до 0,35 с нижний предел УСКВ повышается со 136 до 168 с-1, средняя УСКВ цикла - со 173 до 188 с-1, а частота ЦДН увеличивается до двух раз (с 0,5 до 1 Гц). Это позволяет значительно сократить продолжительность ступеней за счет повышения скоростного и нагрузочного режимов приработки сопряжений ДВС, то есть интенсифицировать процесс приработки и приблизить время горячей обкатки с ДН к
Рис. 2. Осциллограмма изменения параметров циклов динамического нагружения дизеля Д-144-32 в зависимости от времени паузы
времени тормозной обкатки по типовым технологиям.
По результатам исследований также была проведена оценка энергетической эффективности рассматриваемых алгоритмов обкатки. Для этого были построены зависимости работы, затрачиваемой на преодоление механических потерь и совершение приработочных процессов от номера ступени обкатки с ДН (рис. 3), при этом работа на каждой ступени определялась по формуле [11]
А = Ммп-юср ■ Иц ■ п,
где Ммп - средний в пределах ступени момент механических потерь дизеля, Нм;
юср - средняя в пределах ступени угловая скорость коленчатого вала , с-1; гц - время цикла ДН, с; п - количество циклов за ступень.
Рис. 3. Зависимость средней работы, затрачиваемой на совершение приработки, от номера ступени:
-с тактом стабилизации УСКВ;
------без такта стабилизации УСКВ.
Анализ зависимостей показывает, что на 3 и 4 ступенях обкатки без такта стабилизации УСКВ ДВС вырабатывает на 30...40 % больше энергии в единицу времени вследствие увеличения количества ЦДН, а также повышения среднего значения УСКВ.
Амплитудные и действующие значения крутящего (нагрузочного) момента, определяющие нагрузочные режимы ступеней, при реализации обоих алгоритмов теоретически должны быть равны. Некоторые отличия их фактических значений объясняются гибкой, нежесткой (тросовой) связью исполнительного механизма с рычагом РЧВ и отклонениями реального профиля кулачка от теоретического.
Для оценки влияния интенсифицированных режимов приработки сопряжений на ее качество были проведены сравни-
тельные исследования обкатки дизеля на известных и предлагаемых режимах.
Перед обкатками у дизеля производили замену поршневых колец и шатунных вкладышей, взятых из одной партии. Основными показателями качества приработки были приняты общие площади приработанных поверхностей колец и вкладышей, просвет колец в калибре, момент прокрутки до и после обкатки. Кроме этого определялись текущие значения ускорения выбега, температуры головки блока цилиндра и масла в картере дизеля.
Этап холодной обкатки (ХО) проводился путем прокрутки коленчатого вала с помощью штатного электростартера дизеля с питанием от специального сетевого источника питания [9].
Холодная обкатка проводилась при пусковой частоте вращения в течение 5 минут [10], из них 2 минуты - без компрессии в цилиндрах и 3 минуты - с компрессией (рис. 4). До и после ХО определялся момент прокрутки ДВС по углу поворота коленчатого вала с помощью динамометрического ключа.
Перед проведением горячей обкатки под нагрузкой проводилась обкатка на холостом ходу на режимах, рекомендованных руководством по ТР тракторных и комбайновых дизелей [1], с плавным увеличением частоты вращения до максимального значения.
Горячая обкатка с динамическим на-гружением проводилась при колебании частоты вращения в интервале 1220.1920 мин-1, с нагрузками и временем ступеней, соответствующими рекомендованным для тормозного способа обкатки.
В результате проведенных исследований установлено, что при обкатке без компрессии частота вращения коленчатого вала повысилась с 220 до 270 мин-1 при давлении в смазочной системе 0,35 МПа. Потребляемый электростартером ток за время этой ступени снизился с 240 А до 220 А при напряжении питания около 12 В. При обкатке с компрессией средняя частота вращения составила 215 мин-1, а давление в смазочной системе - 0,23 МПа. Потребляемый электростартером ток составил 300 А при напряжении питания 11 В. Температура корпуса стартера за время обкатки повысилась с 22 до 40 °С, а щеточного узла - с 31 до 149 °С, что не превышает допустимых значений. Потребляемая электростартером мощность составила при обкатке без компрессии 2,6.2,9 кВт; с компрессией - 3,3 кВт. Потребляемый
Нива Поволжья № 3 (20) август 2011 81
Рис. 4. Осциллограмма тока электростартера, частоты вращения коленчатого вала
и отметок ВМТ в процессе холодной обкатки дизеля Д-144-32: 1 - ток электростартера; 2 - отметки ВМТ первого цилиндра; 3 - частота вращения коленчатого вала; I - начальный участок обкатки без компрессии; II - конечный участок обкатки с компрессией
электростартером ток при обкатке с компрессией существенно изменяется в пределах кинематического и рабочего циклов ДВС относительно среднего значения (300 А) в соответствии с изменением давления в цилиндрах, достигая максимума в зонах ВМТ цилиндров - 600 А. В зонах между ВМТ ток снижается до 220 А.
Момент прокрутки в процессе ХО снижался до 8 % (рис. 5), а в процессе обкаток с ДН - до 19,3 % при обкатке с тактом стабилизации и до 24,7 % без него.
Цилиндрические поверхности первых компрессионных колец после экспериментальных обкаток имели равномерный по периметру приработочный поясок со следами приработки по всей поверхности. Вторые и третьи компрессионные кольца при обкатках с тактом стабилизации и без него имели односторонний приработочный поясок шириной 0,6...0,9 мм, при этом пло-
щадь приработанных поверхностей составила 26.40 и 28.40 % соответственно. Протяженность просветов между поршневыми кольцами и калибром после экспериментальных обкаток дизеля уменьшилась на 57 и на 65,6 % соответственно.
Среднее значение общей площади приработанных поверхностей верхних шатунных вкладышей после обкатки с тактом стабилизации и без него составило 12,4 и 12,9 %, а нижних - 1,3 и 2,4 % от площади всей поверхности соответственно. На не-нагруженных нижних шатунных вкладышах следы контактирования практически отсутствуют, а на верхних имеются линейные следы контакта. Наличия задиров и следов перегрева вкладышей не обнаружено. После обкатки с ДН без такта стабилизации на поверхностях верхних шатунных вкладышей имеются пятна полной приработки (в зоне, перпендикулярной плоскости разъ-
-До обкатки
-До обкатки
# \
Л / %
\ / Л
У
180 Град
а)
180 Град
б)
Рис. 5. Зависимости момента прокрутки от углового положения коленчатого вала в процессе экспериментальных обкаток дизеля Д-144-32: а) с тактом стабилизации УСКВ, б) без такта стабилизации УСКВ
После ХО
После ХХ
После ГО
После ХО
После ХХ
После ГО
0
45
90
135
270
315
0
45
90
135
270
315
360
ема) с качеством приработанной поверхности, значительно лучшим, чем после обкатки с ДН с тактом стабилизации.
Проведенные исследования показывают, что использование усовершенствованного алгоритма управления ЦДН и применение АМСУ-ДН, позволяет значительно повысить эффективность обкатки ДВС и снизить ее трудоемкость.
Литература
1. Кривенко, П. М. Тракторы и комбайновые дизели. Руководство по текущему ремонту / под ред. П. М Кривенко. - М.: ГОСНИТИ, 1987. - 112 с.
2. А. с. СССР № 568735. Способ приработки механизма / О. Г. Антонов,
B. Н. Лаврук, Н. Б. Костецкая; опубл. в Б. И. № 30, 1977.
3. Карасик, И. И. Прирабатываемость и методы оценки влияния приработки и изнашивания на триботехнические характеристики опор скольжения: автореф дис.... докт. техн. наук / И. И. Карасик. - Киев: КИИГА, 1983. - 36 с.
4. А. С. СССР № 883543. Способ обкатки двигателя внутреннего сгорания / Н. С. Ждановский, А. В. Николаенко, В. П. Зуев; опубл. в Б. И. № 43, 1981.
5. Практическое использование динамического метода при ремонте и эксплуатации автотракторных двигателей / А. В. Николаенко, С. В. Тимохин, А. П. Уханов и др. // Нива Поволжья. - 2007. - № 3. -
C. 43-49.
6. Тимохин, С. В. Экономия топлива при раздельной обкатке дизелей Д-240 / С. В. Ти-мохин, А. Н. Морунков // Нива Поволжья. -2007. - № 3. - С. 54-57.
7. Тимохин, С. В. Результаты лабораторных исследований автоматизированной системы управления обкаткой ДВС с динамическим нагружением / С. В. Тимохин, К. Л. Моисеев // Нива Поволжья. - 2011. -№ 2(19). - С. 84-89.
8. Моисеев, К. Л. Результаты экспериментальных исследований автоматизированной системы динамического нагружения обкаточного стенда КИ-28263 ГОСНИТИ
(на примере дизеля Д-144-32) / К. Л. Моисеев // Наука и молодежь: новые идеи и решения. Часть 1. - Волгоград: ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА, 2011. - 356 с.
9. А. с. СССР № 1343271. Устройство для холодной обкатки цилиндро-поршне-вой группы двигателя внутреннего сгорания / А. В. Николаенко, С. В. Тимохин и др.; опубл. в Б. И. № 37, 1987.
10. Ждановский, Н. С. Бестормозные испытания тракторных двигателей / Н. С. Ждановский. - М.-Л.: Машиностроение, 1966. -177 с.
11. Тимохин, С. В. Энергоресурсосбережение при обкатке тракторных дизелей путем создания и реализации в ремонтном производстве модулей с динамическим на-гружением: автореф. дис. ... докт. тех. наук / С. В. Тимохин. - СПб.-Пупкин, 1999. - 37 с.
12. Зимагулов, Т. А. Пути совершенствования механизмов и систем двигателя при его изменяющихся процессах и неустановившейся нагрузке машинотракторно-го агрегата / Т. А. Зимагулов, М. Ш. Гуми-ров, А. Х., Зимагулов // Вестник Казанского ГАУ. - 2010. - № 4 (18). - С. 111-113.
13. Шакиров, Р. Р. Определение оптимальных параметров регулирования по нагрузке в переходных процессах / Р. Р. Ша-киров, Д. А. Вахрамеев // Вестник Казанского ГАУ. - 2010. - № 4 (18). - С. 125-127.
14. Тимохин, С. В. Методика и результаты лабораторных исследований автоматизированной системы управления обкаткой ДВС с динамическим нагружением / С. В. Тимохин, К. Л. Моисеев, О. А. Царев, Д. В. Быков // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сб. мат. науч. студ. конф. / Пензенская ГСХА. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С 113.
15. Моисеев, К. Л. Основные результаты исследований микропроцессорной системы управления обкаткой ДВС с динамическим нагружением / К. Л. Моисеев / Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сб. мат. Всероссийской научно-практической конф. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С 127.
Нива Поволжья № 3 (20) август 2011 83
