Результаты экспериментальных исследований распылителей форсунок автотракторных дизелей

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 623.437.42

Результаты экспериментальных исследований распылителей форсунок автотракторных дизелей

Шекихачев Ю.А., Батыров В.И., Карданов Х.Б.

Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова

Аннотация

В статье приводятся методика комплектования форсунок автотракторных дизелей с топливной системой высокого давления, представлены результаты безмоторных, моторных и эксплуатационных испытаний распылителей автотракторных дизелей. Установлено, что после наработки 4000 моточасов в результате снижения динамических показателей двигателя остаточный ресурс распылителей форсунок незначителен.

Ключевые слова: ДИЗЕЛЬ, РАСПЫЛИТЕЛЬ, ФОРСУНКА, ИСПЫТАНИЕ, МОЩНОСТЬ, МОМЕНТ, РЕСУРС

форсунка автотракторный дизель распылитель

Распылитель форсунки автотракторных дизелей является наиболее ответственным и сложным узлом как при изготовлении, так и при эксплуатации и ремонте, не только среди прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры (ДТА), но и в целом среди узлов дизеля. В то же время он является и наиболее слабым звеном ДТА, определяющим процесс смесеобразования в цилиндрах дизеля. Недостаточно изученными остаются вопросы комплексного изменения всех эксплуатационных и конструктивных параметров распылителей и их влияния на показатели работы дизелей сельскохозяйственного назначения. В связи с этим проведены эксперименты, которые включали безмоторные, стендовые моторные и эксплуатационные испытания распылителей на регулировочных стендах, контрольном дизеле типа Д-240 и 5 дизелях, установленных на тракторах МТЗ 80/82.

В ходе экспериментальных исследований последовательно осуществлялись следующие этапы:

- контрольные этапы на безмоторных регулировочных стендах;

- контрольные этапы на контрольном дизеле Д-240;

- рабочие этапы на тракторах МТЗ-80/82.

Длительность рабочих этапов на тракторах составляла 480 моточасов. Исследования заканчивались после наработки не менее 4000 моточасов контрольным этапом.

Всего проведено 8 контрольных этапов. Перед каждым контрольным этапом проводилась проверка показателей контрольного насоса с контрольным комплектом форсунок и топливопроводами высокого давления (ТВД). Если возникала необходимость (наблюдались отклонения), насос проверялся образцовой (эталонной) форсункой и ТВД. После установления причин отклонения показателей проводилась дорегулировка насоса с комплектом контрольных форсунок или заменялся контрольный распылитель другим из числа резервных с последующей дорегулировкой насоса. Таким образом, проверялись и показатели контрольного двигателя.

На каждом контрольном этапе снятые с двигателей тракторов форсунки поступали в научно-исследовательскую лабораторию кафедры «Технология обслуживания и ремонта машин в АПК» ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, где проводились следующие работы [1, 2]: определение давления начала впрыскивания форсунок; выявление распылителей, имеющих закоксованные распыливающие отверстия; разборка, мойка форсунок и удаление нагара; визуальный контроль распылителей с целью выявления возможных мелких повреждений; определение хода иглы; определение эффективного проходного сечения распылителей; установка распылителей в корпус форсунок; определение гидравлической плотности распылителей; определение герметичности по запирающему конусу; регулировка форсунок на давление начала впрыскивания 17,8 МПа (178 кг/см2); определение качества распыливания топлива; определение подвижности иглы распылителя по звонкости впрыска; определение подвижности иглы распылителя на приборе ПУФ-3; безмоторные стендовые испытания; моторные стендовые испытания.

В качестве основных параметров, определяющих состояние распылителей, приняты: герметичность по запирающему конусу; подвижность иглы; гидроплотность распылителей; качество распыливания; пропускная способность по величине эффективного проходного сечения распылителя.

За значение параметра, определяющего предельное состояние распылителя, принимается такое количественное значение, при достижении которого дальнейшая эксплуатация распылителя становится неэффективной. В качестве критерия неэффективной эксплуатации распылителя принято падение мощности двигателя на номинальном режиме 7% [3, 4].

Для проведения исследований использованы: форсунки ФД-22 с распылителями РД 40,32 (30 шт.); топливные насосы УТН-5 (2 шт.); ТВД (10 шт.); стенд для испытания топливной аппаратуры КИ-921М; тормозной стенд с двигателем Д-240; прибор для испытания и регулировки форсунок КИ-3333; диагностический прибор для определения подвижности иглы форсунки и качества распыливания ПУФ-3 для контроля в эксплуатации; комплект оснастки КИ-15713 к стенду КИ-921М для определения распылителей методом проливки; тракторы МТЗ-80/82 (5 шт.).

Из 30 форсунок 26 - с распылителями, 4 - без распылителей [5]. Из форсунок с распылителями сформированы: 5 испытуемых комплектов (20 форсунок), 1 контрольный комплект (4 форсунки) и 2 форсунки образцовые (1 форсунка - дублер). Параметры отобранных распылителей и ТВД приведены в таблицах 1…3).

Таблица 1. Образцовые (эталонные) распылители и топливопроводы высокого давления

Таблица 2. Контрольный комплект ТВД

форсунка автотракторный дизель распылитель

Таблица 3. Контрольный комплект распылителей

Контрольный насос с комплектом контрольных форсунок предназначен для проверки технического состояния стенда с дизелем Д-240.

Контрольный насос с контрольным комплектом форсунок и топливопроводов проверялись и при необходимости регулировались на безмоторном стенде.

Из подготовленных 2 насосов один считается контрольным, а второй - его дублер.

Перед началом испытаний и на всех контрольных этапах работы испытуемые распылители покомплектно устанавливались в корпуса форсунок с топливопроводами и на безмоторном стенде с контрольным насосом определялась производительность насосных секций на номинальном режиме и режиме максимального крутящего момента.

Образцовая форсунка с топливопроводом перед каждым контрольным этапом работы проверялась на безмоторном стенде от секции насоса с закрепленной рейкой. При этом определялась производительность этой секции на номинальном скоростном режиме.

Прибор КИ-3333 использовался при проведении безмоторных стендовых испытаний для определения: подвижности иглы по звонкости впрыска; качества распыления; герметичности по запирающему конусу; гидравлической плотности и давлению начала впрыскивания.

При определении гидроплотности в качестве рабочей жидкости использовалась технологическая жидкость (смесь дизельного топлива с веретенным маслом). Температура жидкости находилась в пределах 20…22 0С, вязкость - в пределах 10,44…10,42…сСт (мм2/с). Перед каждым испытанием контролировалась герметичность прибора.

Для определения остальных параметров в качестве рабочей жидкости применялось дизельное топливо вязкостью 4,85…4,89 сСт (мм2/с).

На приборе использовался манометр с пределом измерения 40,0 МПа (400 кгс/cм2) и ценой деления 0,2 МПа (2 кгс/см2).

Прибор ПУФ-3 использовался для определения подвижности иглы распылителя. Рабочая жидкость - дизельное топливо с указанной выше вязкостью.

Комплект оснастки КИ-15713 к регулировочному стенду КИ-22201 использовался для определения эффективного проходного сечения распылителей. Рабочая жидкость - дизельное топливо, температура которого поддерживалась в пределах 36…40 0С. При этом массовая плотность топлива находилась в пределах 0,82…0,81 г/см3. Масса навески проливаемого топлива принята равной 500 г. Перепад давления - 50000 г/см2 (5МПа). Установка и контроль давления производился по манометру с пределом измерения 250 кгс/см2 (25 МПа) и ценой деления 0,5 МПа.

Ход иглы определялся с помощью приспособления с индикатором. Перед определением хода иглы распылители тщательно промывались в предварительно профильтрованном отстоянном топливе. Точность отсчета по шкале индикатора - 0,01 мм.

На контрольном стенде КИ-921М определялась производительность секций контрольного топливного насоса при работе с форсунками, в которые устанавливались опытные распылители с последующим определением цикловой подачи в мм3/цикл на номинальном режиме (1100 об./мин.) и режиме перегрузки (850 об./мин.). Также на этом стенде проводилась проверка стабильности показателей контрольного топливного насоса с использованием эталонной форсунки в комплекте с эталонным ТВД [6].

Перед началом испытаний проводилась тщательная проверка комплектности стенда и техническое состояние агрегатов, узлов и приспособлений, а также правильность показаний манометра, тахометра и счетчика числа циклов. Тарировались мерные мензурки. Они имели предел измерения 100 см3 и цену деления 1 см3. В направляющих втулках корпусов датчиков прорезаны продольные пазы с целью исключения ошибок при определении производительности из-за возможного накапливания топлива в топливо-сборочных камерах датчиков.

Частота вращения дополнительно контролировалась тахометром часового типа.

Контрольный топливный насос является основным измерительным средством для установления изменения цикловой подачи опытных распылителей в процессе производственных испытаний (наработки). На каждом контрольном этапе проводилась проверка показателей насоса с комплектом контрольных форсунок и ТВД и, в случае их отклонения от исходных, проводилась дорегулировка.

Образцовый (эталонный) топливный насос с закрепленной рейкой использовался для периодической проверки контрольного топливного насоса и контрольного испытательного стенда КИ-921М.

В образцовом топливном насосе использовались только 2 секции: 1-я секция являлась основной эталонной, 2-я секция - дублером.

Стабильность показаний безмоторного стенда и контрольного насоса проверялась по работе последнего с образцовой форсункой и топливопроводом.

Моторные стендовые испытания проводились с использованием тормозного стенда КИ-2139А. При подготовке стенда к испытаниям проведены следующие работы: проверка комплектности стенда и закрепления узлов; тарировка весового механизма. Шкала весового механизма имеет предел измерения 75 кг, цена деления - 1 кг.

Показания измерительных приборов стенда, частота вращения дополнительно контролировались тахометром часового типа.

В качестве контрольного двигателя принят Д-240. Перед началом испытаний проведена его обкатка на всех режимах в течение 60 ч. После этого проведен тщательный контроль, включающий крепежные регулировочные работы, а также замену масла в картере двигателя.

При испытаниях двигателя регистрировались температура, относительная влажность и барометрическое давление окружающего воздуха, а также температура топлива в начале и в конце каждой серии опытов.

Тепловой режим двигателя поддерживался в пределах: по температуре воды в системе охлаждения - 80…90 0С; по температуре масла - 85…95 0С.

Перед началом испытаний и на всех контрольных этапах работы испытуемые распылители покомплектно устанавливались в корпусе форсунок, и на моторном стенде определялись мощностные и экономические показатели дизеля на двух скоростных режимах: номинальном и максимального крутящего момента. На номинальном скоростном режиме с помощью метода отключения цилиндров также определялись мощностные показатели дизеля по цилиндрам.

Насосы контролировались через 1000 моточасов и при появлении отказа на тракторе. Они устанавливались на тракторы в соответствии с заводской инструкцией.

Результаты определения параметров и безмоторных испытаний распылителей

Подвижность иглы распылителя, за исключением исходного этапа, определялась по звонкости впрыска на приборе КИ-3333 и по подвижности на приборе ПУФ-3. Поскольку полученные данные, характеризующие подвижность иглы по каждому прибору, противоречивы, в дальнейшем рассматриваются только результаты определения подвижности по звонкости впрыска на приборе КИ-3333.

На исходном этапе имели глухой впрыск только три распылителя. Далее динамика изменения этого параметра характеризуется тем, что у большинства распылителей впрыск изменялся со звонкого на глухой и наоборот. Только у трех распылителей впрыск оставался без изменений в течение всего периода испытаний.

Наибольшее число распылителей (13 шт.) имели глухой впрыск на втором этапе. С третьего по пятый этапы число таких распылителей было 10 шт., то есть половина из всего массива, на шестом этапе 7 из 17 и на восьмом, заключительном, этапе 15 из 20, то есть 75%.

На втором контрольном этапе, то есть после наработки 1000 моточасов, у девяти распылителей качество распыливания стало плохим. Однако на последующих этапах качество распыливания у этих распылителей восстановилось.

Герметичность по запирающему конусу. При определении этого параметра на исходном этапе испытаний взяты только распылители, показывающие хорошую герметичность.

На первом этапе у двух распылителей, а на втором этапе у семи распылителей герметичность нарушилась. Это сочеталось с ухудшением качества распыливания, что объясняется процессом приработки деталей распылителя. Последнее подтверждается тем, что на последующих этапах, то есть после окончания приработки, герметичность и качество распыливания у этих распылителей восстановились. Нарушение же герметичности у двух распылителей на шестом этапе, то есть после наработки 2800…3000 моточасов, и у одиннадцати - на седьмом и восьмом этапах, после наработки 3500…4000 моточасов, уже является следствием износа запирающих конусов иглы и корпуса распылителя.

Гидроплотность. По этому параметру на исходном, втором и четвертом этапах наблюдается значительный разброс значений. Соответственно, и величина среднего квадратичного отклонения по всему массиву распылителей достигает на этих этапах: 12,1;11,4; 9,9 с.

Характерно, что гидроплотность отдельных распылителей на втором этапе по сравнению с первым возросла с 10,5 до 13,9 с.

В целом динамика изменения гидроплотности в процессе наработки характеризуется ее снижением, особенно значительным на последних трех этапах. На исходном этапе величины гидроплотности всех распылителей не выходили за границу допуска, равную 5 с.

На пятом и шестом этапах количество распылителей, выходящих за указанный допуск, составляет, соответственно, 5 и 12 шт., или 25 и 60 %. На седьмом и восьмом этапах их стало 13 шт., или 65%.

Эффективное проходное сечение. Динамика изменения эффективного проходного сечения характеризуется его снижением на первом и втором этапах на 0,003 и 0,005 мм2 по сравнению с исходным этапом. Далее его величина возрастает, достигая на восьмом этапе 0,255 мм2. Увеличение составляет 0,031 мм2 по сравнению с исходным этапом и 0,036 мм2 по сравнению со вторым этапом.

Ход иглы распылителя. Величина хода иглы в процессе наработки возрастает, как по каждому отдельному распылителю, так и по всему массиву. Среднее увеличение по всему массиву (всем комплектам) за период испытаний составило 0,06 мм.

Цикловая подача на номинальном режиме. На этом режиме цикловая подача практически остается постоянной на всех этапах, за исключением второго. Среднее значение цикловой подачи на втором этапе оказалось меньше на 2,2 мм3/цикл по сравнению с остальными этапами. Указанное уменьшение цикловой подачи объясняется снижением эффективного проходного сечения распылителей на этом этапе.

В процессе наработки цикловая подача на режиме перегрузки незначительно уменьшилась и составила 3,0 мм3/цикл, или 3,5%.

Результаты моторных испытаний

Мощность по цилиндрам на каждом последующем этапе, то есть в процессе наработки распылителей, уменьшалась. Если принять верхний предел мощности двигателя на номинальном режиме 55,1 кВт, то верхний предел мощности обобщенного цилиндра будет равен 55,1/4=13,8 кВт вместо полученного на исходном этапе 13,9 кВт. Исходя из этого, в среднем по всему массиву испытуемых распылителей мощность обобщенного цилиндра за весь период снизилась до 12,9 кВт и приблизилась к нижнему пределу (снижение 7%) - 1,24/4=12,8 кВт.

Разброс значений мощности по цилиндрам незначителен. Среднее квадратичное отклонение находится в пределах 0,1…0,05 кВт. Удельный расход топлива в процессе наработки распылителей за весь период испытаний увеличился на 31 г/кВтч, или на 11,2%, что несколько выше по сравнению с величиной снижения мощности, отмеченной ранее.

Разброс значений удельного расхода топлива по всему массиву распылителей значителен. Среднее квадратичное отклонение достигает на третьем этапе 20,9 г/кВтч.

Показатели полнокомплектного двигателя на номинальном режиме. Эффективная мощность контрольного двигателя при работе с комплектами опытных распылителей уменьшалась по мере увеличения их наработки. Наибольшее снижение мощности наблюдалось при работе двигателя с распылителями 4-го и 5-го комплектов, где мощность составила 51,0 кВт.

В среднем по всем комплектам на восьмом заключительном этапе мощность снизилась на 3,6 кВт и достигла значения 51,5 кВт, близкого к границе нижнего предела 51,24 кВт (снижение на 7%).

Часовой расход топлива сначала снизился, достигнув на четвертом этапе 14,0 кг/ч по сравнению с 14,6 кг/ч на исходном этапе. Далее он начал увеличиваться и на восьмом заключительном этапе достиг 15,5 кг/ч.

Удельный расход топлива за период испытаний в среднем по всем комплектам увеличился на 37,0 г/кВтч, или на 14,0%. Учитывая, что часовой расход топлива увеличился незначительно, указанное увеличение удельного расхода произошло, в основном, из-за снижения мощности.

Показатели полнокомплектного двигателя на режиме перегрузки. Максимальный эффективный момент за период испытаний в среднем по всем комплектам снизился на 26 Н•м, или на 9,8%.

Изменение часового расхода топлива на этом режиме аналогично изменению его на номинальном режиме.

Удельный расход топлива на режиме перегрузки за весь период испытаний в среднем по всем комплектам увеличился на 22 г/кВтч, или на 8,1%.

Таким образом, результаты моторных испытаний контрольного двигателя с опытными распылителями показывают, что после наработки распылителями 4000 моточасов снижение динамических показателей двигателя (мощность и момент) приблизилось к границе допуска 7%, предусмотренной методикой исследования, то есть распылители имеют незначительный остаточный ресурс.

Список использованных источников

1. Батыров В.И., Болотоков А.Л. Исследование изменения параметров технического состояния распылителей форсунок ФД-22 серийного и опытного в эксплуатации / Материалы Международной научно-практической конференции, посвященная 50-летию факультета механизации и энергообеспечения предприятий. - Нальчик. - 2011. - С. 122-126.

2. Нагоев В.Н., Койчев В.С., Батыров В.И., Газизов И.И. Оптимизация регулировочных параметров топливной аппаратуры дизелей при выполнении ремонтно-обслуживающих работ / Материалы III Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК». - Ставрополь: АГРУС. - 2008. - С. 17-21.

3. Батыров В.И., Койчев В.С., Болуров А.Ш. Влияние динамических режимов эксплуатации на регулировочные параметры автомобильных двигателей / Сборник научных статей «Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК» по материалам III Международной научно-практической конференции в рамках Х Международной агропромышленной выставки «Агроуниверсал - 2008». - Ставрополь: «АГРУС». - 2008. - С. 112-116.

4. Батыров В.И., Болотоков А.Л. Повышение надежности работы распылителя форсунки дизелей / Техника в сельском хозяйстве. - 2012, №3. - С. 12-15.

5. Батыров В.И., Нагоев В.Н., Болотоков 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.

6. Батыров В.И., Нагоев В.Н., Кулиев А.К. Стабильность параметров процесса топливоподачи / Сборник научных трудов международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей». - С-Петербург: С-ПГАУ. - 2005. - С. 88-92.

Цитирование:

Шекихачев Ю.А., Батыров В.И., Карданов Х.Б. Результаты экспериментальных исследований распылителей форсунок автотракторных дизелей // АгроЭкоИнфо. - 2018, №2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/2/st_249.doc.

Размещено на Allbest.ru