Оценка технического состояния цилиндропоршневой группы автотракторных дизелей по разности расходов воздуха на впуске и выпуске в пусковом режиме

Неплотность цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и камеры сгорания является одним из важных параметров технического состояния, существенно влияющих на эффективную работу двигателя. При увеличении неплотности ЦПГ снижаются такие технико-экономические показатели, как эффективная мощность, удельный и часовой расход топлива, повышается температура выхлопных газов, увеличивается количество вредных выбросов в атмосферу, значительно ухудшаются пусковые качества, снижается долговечность двигателя [6,7,8,9,61].

Отклонение мощности от номинальных значений негативно сказывается на работе машинно-тракторного агрегата (МТА). Уменьшение мощности приводит к снижению производительности, и как следствие — увеличению сроков выполнения сельскохозяйственных работ. Увеличение мощности сверх номинальной приводит к перерасходу горюче-смазочных материалов (ГСМ), быстрому износу ресурсоопределяющих деталей двигателя.

Анализ работы МТА показывает, что простои различной техники при уборке достигают 50%, а на пахоте до 35% от суммарного времени работы МТА [27,59,62].

По соотношению числа отказов двигатель внутреннего сгорания (ДВС) на примере цилиндропоршневой группы занимает второе место (20%) после топливной аппаратуры (45%) [2,17,31].

На долю двигателя приходится по отдельным типам машин до 50% основных неисправностей, а трудоемкость устранения может достигать 40% общего времени устранения отказов и неисправностей машин [61].

С этой целью проводится широкий комплекс работ, связанных с повышением долговечности МТА. Не последнее значение при этом имеет вопрос, связанный с технической диагностикой машин, которая позволяет уменьшить расходы на техническое обслуживание (ТО) и ремонт, сократить простои МТА из-за внезапного отказа, возникшего по техническим причинам, контролировать состояние узлов и агрегатов машин [53,71,72].

Успешное решение данного вопроса возможно при комплексном подходе, предполагающем разработку и внедрение новых методов оценки состояния двигателя влияющего на эффективные показатели работы МТА. Их внедрение позволяет в 2,5 раза уменьшить число отказов и снизить простои машин по техническим неисправностям, увеличить межремонтный ресурс в 1,5−2 раза, на 3040% снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт [60,74, 75].

По мере совершенствования конструктивно-технологических элементов машин (в первую очередь ДВС) повышаются требования к оборудованию технического сервиса. Не в последнюю очередь эти требования касаются и средств технической диагностики, где наблюдается заметное отставание в части развития новых методов диагностирования, способных существенно повысить достоверность диагноза при одновременном снижении его трудоемкости. В настоящее время существующие методы и способы оценки технического состояния цилиндропоршневой группы не обеспечивают в полной мере поставленную им техническую задачу. Поэтому они должны быть улучшены, усовершенствованны за счет разработки новых методов, позволяющих сократить затраты труда и материальных ресурсов за счет сокращения разборочно-сборочных работ, и повысить информативность диагноза при контроле. Таким образом, контроль технического состояния ЦГТГ имеет практическую и научную значимость.

Проблемой технической диагностики тракторов и автомобилей занимались ГОСНИТИ, ВИМ, ВСХИ, СибИМЭ, НАТИ и другие научно-исследовательские учреждения. [76,77,78].

Научные основы технической диагностики машин изложены в работах Г. В. Веденяпина, Н. С. Ждановского, И. Е. Ульмана, В. М. Михлина, В. М. Лившица, И. П. Терских и других ученых. Методы и средства технической диагностики двигателей разрабатывали В. И. Вельских, И. П. Добролюбов, В. Ф. Синий, В. М. Лившиц, И. П. Терских, A.A. Моносзон, В. Д. Костин, В. М. Рогожкин и др. 11,24,28,29,30,32,47,54].

В данной работе исследована возможность использования параметра (разность расходов воздуха) в пусковом режиме двигателя без подачи топлива, для оценки цилиндропоршневой группы дизельного двигателя.

Объект исследования. Процесс изменения неплотностей цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания в условиях эксплуатации.

Предмет исследования. Закономерности изменения неплотностей цилиндропоршневой группы в зависимости от технического состояния и режима работы двигателя.

Научная гипотеза. В качестве параметра оценки технического состояния цилиндропоршневой группы может быть использовано значение разности расходов воздуха на впуске и выпуске двигателя в пусковом режиме без подачи топлива.

Научная новизна. Обоснован оперативный способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя по разности расходов воздуха на впуске и выпуске в пусковом режиме. Новизна предложенного способа подтверждена патентом РФ (Пат. 2 336 513).

Разработана математическая модель, характеризующая зависимость разности расходов воздуха от неплотности цилиндропоршневой группы.

Разработана технология оценки технического состояния ЦПГ дизельных двигателей.

Практическая значимость. Разработанная технология позволяет упростить процесс оценки технического состояния ЦПГ, сократить его продолжительность и трудоемкость, повысить достоверность и точность диагноза и снизить общие затраты при эксплуатации машинно-тракторного агрегата (МТА) на техническое обслуживание и ремонт.

На защиту выносятся:

— разработанный способ оценки технического состояния ЦПГ по разности расходов воздуха в пусковом режиме без подачи топлива;

— технология оценки технического состояния ЦПГ дизельных двигателей;

— результаты технико-экономического обоснования эффективности проведенных научных исследований.

Реализация результатов исследования. Разработанная технология оценки технического состояния ЦПГ реализована в условиях предприятия технического сервиса г. Новосибирска ООО «Сибирь Дизель Сервис».

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет» в рамках государственной темы № 01.200.201 127 «Оперативный контроль состояния ЦПГ автотракторных дизелей».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались:

1. на Международной научно-практической конференции «Современные и перспективные технологии в АПК Сибири» (г. Новосибирск, 2006 г.);

2. на Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А. И. Селиванова (г. Новосибирск, п. Краснообск, 2008 г.);

3. на VI Межрегиональной конференции молодых ученых и специалистов Сибирского федерального округа «Научное и инновационное обеспечение АПК Сибири» (г. Барнаул, 2008 г.);

4. на VII Межрегиональной конференции молодых ученых и специалистов аграрных вузов Сибирского федерального округа (г. Новосибирск, 2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе одна в издании, указанном в «Перечне ведущих рецензируемых научных журналов и изданий», рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений. Работа изложена на 111 страницах машинописного текста, включающего 11 таблиц, 29 рисунков, библиографического списка литературы из 84 наименований и 6 приложений.

4.6 Общие выводы экспериментальных исследований.

1. Установлено, влияние неплотности ЦПГ на величину разности расходов воздуха на впуске и выпуске в пусковом режиме без подачи топлива. Последнее дает основание использовать разность расходов воздуха на впуске и выпуске в качестве диагностического параметра при оценке технического состояния ЦПГ двигателя. Абсолютные значения данной зависимости равными 10, 35,45 л/мин соответственно соответствуют номинальному, допустимому и предельному техническому состоянию ЦПГ исследуемого двигателя.

2. Произведён регрессионный анализ опытных данных. Получена математическая модель, описывающая связь между факторами, определяющими техническое состояние ЦПГ двигателя, и параметрами оптимизации. Определена разрешающая способность предложенного способа в сравнении с базовым. Получена зависимость, позволяющая определить наработку исследуемого двигателя, исходя из параметра неплотности ЦПГ.

3. Получен акт о внедрении предложенного способа (см. Приложение.

Е).

ГЛАВА 5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

5Л Технологическая схема оценки технического состояния цилиндропоршневой группы дизельных двигателей.

В соответствии с целью работы, на основании выдвинутой гипотезы разработана технологическая схема оценки технического состояния ЦПГ дизельных двигателей на основе предложенного способа.

Ниже приведена схема технологического процесса (рис. 5.1) и выполняемые операции при оценке технического состояния ЦПГ.

1. Подготовить приборы к измерениям: а) произвести тестирование измерительных устройств датчиков массового расхода воздуха (ДМРВ) с помощью эталонного ДМРВб) включить персональный компьютер и запустить программное обеспечение, включающее в себя расчетные формулы (2.14 -2.19), корректирующие базовое значение разности расходов воздухав) ввести в окно открывшейся программы нормативные данные проверяемого двигателя (диаметр гильзы цилиндра, степень сжатия, частоту вращения коленчатого вала на пусковом режиме).

2. Подготовить двигатель к диагностированию: а) прогреть двигатель до рабочего теплового режимаб) во время прогрева проверить герметичность во впускном и выпускном трактах двигателя. При их наличии — устранитьв) снять воздушный фильтр с двигателяг) отсоединить глушитель от выпускной трубы.

3. Установить ДМРВ к впускному и выпускному трактам двигателя, обеспечив герметичность соединения,.

4. Установить индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя.

5. Подключить измерительные устройства к ЭБУ ПК.

6. Выключить подачу топлива основного двигателя.

7. Прокрутить двигатель в пусковом режиме в течении 10 сек.

8. Сравнить измеренное значение разности расходов воздуха с нормативным и дать заключение о техническом состоянии ЦПГ.

9. Установить на двигатель воздушный фильтр и глушитель. РЕКОМЕНДАЦИИ: при отклонении величины разности расходов от нормативного значения, двигатель направляют в ремонт для устранения неисправностей.

Рисунок 5.1 — Схема технологического процесса оценки технического состояния ЦПГ двигателя.

5.2 Расчет технико-экономической эффективности.

Расчеты экономической эффективности внедрения выполняемых технологических операций по оценке технического состояния ЦПГ двигателя, проводились в соответствии с ГОСТ 23 728–88, и «Методикой определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники [17,34,51].

Экономический эффект от разработанной технологической схемы достигается за счет сокращения продолжительности постановки диагноза.

В качестве базовой, выбрана технология оценки технического состояния цилиндропоршневой группы по давлению в конце такта сжатия. Трудоемкость операций по базовому и предлагаемому варианту диагностирования определялась с учетом типовых норм времени на ремонт и технологических карт по техническому обслуживанию тракторов [75]. Перечень операций, их трудоёмкость по двум вариантам представлен в таблицах 5.1−5.3 и 5.4.