Авторефераты диссертаций >> Авторефераты по Агроинженерным системам

Pages: |

| 2 | 3 | 4 |

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ШАРИФУЛЛИН САИД НАСИБУЛЛОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05.20.03 – Технологии и средства

технического обслуживания

в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва– 2009

Работа выполнена в Федеральном государственном обра-зовательном учреждении высшего профессионального образова-ния «Казанский государственный аграрный университет»

Научный консультант – доктор технических наук, доцент

Адигамов Наиль Рашатович

Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор Пучин Евгений Александрович – доктор технических наук, профессор Неговора Андрей Владимирович – доктор технических наук, профессор Евграфов Владимир Алексеевич

Ведущая организация – ФГОУ ВПО «Российский государствен-ный аграрный заочный университет»

Защита состоится « 12 » ноября 2009 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.034.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГОСНИТИ) по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 1, зал заседаний

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ГОСНИТИ

Автореферат разослан « » 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Соловьев Р.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Эффективность использования сельскохозяйственной техники, в первую очередь, зависит от ее эксплуатационной надежности, которая обеспечивается системой технического обслуживания и ремонта. Разработанная Федеральная система технологий и машин предусматривает доведение ресурса основных узлов и агрегатов машинно-тракторного парка до 10 – 15 тыс. часов. Эти требования относятся и к топливной аппаратуре автотрак-торных и комбайновых дизельных двигателей.

Топливная аппаратура включает в себя топливный насос высокого давления (ТНВД), муфту опережения впрыскивания топлива (АМОВТ), регулятор подачи количества топлива в цилиндры (РОВ), топливный насос низкого давления (ТННД) и форсунки. Практика показывает, что порядка 25 – 30 % всех отказов дизельных двигателей приходится на топливную аппаратуру. Из этих отказов 60 % доли приходится на ТНВД (Рисунок 1). Поэтому, данная работа посвящена исследованию возмож-

ностей повышения эксплуатацион-ной надежности ТНВД путем увели-чения его наработки и ресурса работы. Наработка и ресурс работы ТНВД являются основными опреде-ляющими показателями таких харак-теристик надежности изделия, как безотказность и долговечность.

Существующие традиционные технологии изготовления и восста-

Рисунок 1 – Распределение отказов новления узлов и деталей ТНВД

топливной аппаратуры по узлам не могут обеспечить его требуемый

ресурс работы. Анализ показал, что

увеличение ресурса работы ТНВД возможно только при использовании высокоэффективных методов обработки. В настоящее время отсутствует также метод общей теоретической оценки надежности ТНВД.

Объект исследований. Закономерности характеристик работы ТНВД в зависимости от технического состояния подвижных соединений кинематической цепи его привода.

Предмет исследований. Технологии восстановления и упрочнения высокоточных подвижных соединений, характеристики и ресурс работы ТНВД.

Цель исследований. Повышение эксплуатационной надежности ТНВД автотракторных дизельных двигателей и разработка теоретической модели основных характеристик его работы.

Методика исследований. В теоретических исследованиях и разра-

ботанных методах расчета использованы основные положения теории надежности, математической статистики, теории вероятностей и законы теплофизики, газодинамики и энергетики.

Экспериментальные исследования по определению основных характеристик ТНВД и процесса плазменной обработки материалов проводились согласно разработанным методикам. Оценку эксплуатационной надежности ТНВД производили согласно разработанной теоретической модели.

Научная новизна:

комплексное решение проблем восстановления элементов кинема-

тической цепи привода ТНВД с учетом их технического состояния;

теоретические основы математической модели для построения

характеристик работы ТНВД на основе структурно-функциональной

модели сложных систем и зависимости между развиваемым плунжерной

парой давлением и интенсивностью износа ее сопрягаемых поверхностей;

классификация высокоэффективных технологий по восстановле-

нию и упрочнению высокоточных подвижных соединений, основанных на процессах нанотехнологий;

методы плазменного упрочнения поверхностей деталей высокоточ-

ных подвижных соединений и нанесения на них износостойких покрытий, основанных на выборе оптимальных параметров режима обработки из широкого спектра энергетических, тепловых и газодинамических характеристик низкотемпературной плазмы газового разряда;

технологии по восстановлению элементов кинематической цепи

привода ТНВД с комплексным применением существующих и предлагаемых высокоэффективных технологий;

теоретическая модель для построения характеристик работы всех

типов ТНВД на основе предложенной математической модели и экспериментальных данных.

Практическая значимость работы:

комплексное решение проблем восстановления элементов кинема-

тической цепи привода ТНВД позволяет достижение его первоначального ресурса работы;

построенная теоретическая модель основных характеристик работы ТНВД позволяет ее применение при конструировании и изготовлении ТНВД с заданной эксплуатационной надежностью;
предложенные технологии ремонта плунжерных пар ТНВД позволяют восстанавливать плунжерные пары с любой степенью износа и обеспечить ресурс их работы не ниже ресурса работы новых плунжерных пар;
предложенная технология восстановления пружин толкателей

ТНВД позволяет достичь упругости новых пружин;

предложенная технология восстановления геометрических разме-

ров кулачков и шеек кулачкового вала ТНВД с применением плазменных покрытий позволяет достичь первоначального ресурса работы кулачкового вала;

разработаны плазменные методы упрочнения поверхностей

высокоточных подвижных соединений и создания на них покрытий с высокой твердостью и износостойкостью;

использование предложенных высокоэффективных технологий по

восстановлению и упрочнению высокоточных подвижных соединений позволит обеспечить ресурс работы ТНВД более 10 тыс. моточасов.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

комплексное решение проблем восстановления элементов кинема-

тической цепи привода ТНВД с учетом их технического состояния;

теоретические основы математической модели для построения

характеристик работы ТНВД на основе структурно-функциональной модели сложных систем и зависимости между развиваемым плунжерной парой давлением и интенсивностью износа ее сопрягаемых поверхностей;

классификация высокоэффективных технологий по восстановле-

нию и упрочнению высокоточных подвижных соединений, основанных на процессах нанотехнологий;

методы плазменного упрочнения поверхностей деталей высокоточ-

технологии по восстановлению элементов кинематической цепи

привода ТНВД с комплексным применением существующих и предлагаемых высокоэффективных технологий;

теоретическая модель для построения характеристик работы всех

типов ТНВД на основе предложенной математической модели и экспериментальных данных;

результаты лабораторных и эксплуатационных исследований.

Достоверность основных положений и научных выводов диссертации подтверждена теоретическими и экспериментальными исследованиями, производственными испытаниями, а также практическим

использованием научно-технических разработок и рекомендаций.

Реализация результатов исследований.

Результаты исследований по повышению эксплуатационной

надежности топливной аппаратуры автотракторных дизельных двигателей переданы в Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Татарстан для внедрения.

Материалы исследований в виде монографии «Пути повышения

эффективности работы топливной аппаратуры автотракторных дизельных двигателей» используются в учебном процессе Казанского ГАУ, Марийского государственного университета, Чувашской ГСХА, Воронежской государственной лесотехнической академии и Чистопольского филиала Камской государственной инженерно-экономической академии.

Результаты исследований по плазменной обработке материалов используются на кафедре «Общая физика» КГТУ им. А.Н. Туполева при разработке методик исследований низкотемпературной плазмы и технологических процессов обработки различных материалов с целью получения изделий с улучшенными качественными параметрами.
Разработанные новые технологии восстановления плунжерных

пар, пружин толкателей и кулачковых валов ТНВД используются при ремонте топливных насосов на предприятиях НПО «Агросервис» РТ, в ОАО РМЗ «Алмаз» г. Казани, ООО «Дизель-сервис» г. Воронежа, ООО «Техцентр СМД» г. Чистополя РТ, ОАО «Транспортник» г. Чистополя РТ и ОАО «Чистопольский завод автоспецоборудование» РТ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных, Всесоюзных, Всероссийских, Республиканских и Межвузовских научно-практических конференциях в период с 1973 г. по настоящее время, проходивших в городах Москва, Санкт-Петербург, Казань, Пенза, Мичуринск, Ижевск и Самара. Организаторами конференций являлись аграрные, технические, технологические и политехнические университеты, ГОСНИТИ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 научных работ, в том числе 9 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 монография, 3 авторских свидетельства, 1 патент на полезную модель и 1 статья в международном журнале.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 385 страниц машинописного текста, в том числе 294 страницы основного текста, 82 рисунка и 35 таблиц. Диссертация содержит библиографию из 188 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, изложена общая

характеристика диссертационной работы, определена цель исследований,

выбраны методы исследований, раскрыта научная новизна и практическая значимость работы, приведена структура диссертации, сформулированы научные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации «Состояние проблемы и анализ существующих технологий ремонта ТНВД и задачи исследований» сделан аналитический обзор опубликованных материалов по теме диссертации, дана оценка современному состоянию этого вопроса и сформулированы основные задачи исследований.

На сегодняшний день основное внимание ремонтных предприятий сосредоточено на восстановлении плунжерных пар ТНВД. Однако производственный опыт по ремонту ТНВД и проводимые исследования показали, что наряду с восстановлением плунжерных пар необходимо рассматривать и восстановление изношенных деталей всей кинематической цепи привода. На рисунке 2 приведена классификация подвижных сопряжений элементов кинематической цепи привода ТНВД. Из него видно, что в кинематическую цепь привода ТНВД входит довольно большое количество подвижных сопряжений. Износ в каждой из них выше допустимых значений может привести к резкому ухудшению основных параметров ТНВД.

Общие вопросы надеж-ности машин, их ремонта и восстановления рассмотрены многими учеными: В.Н. Бугае-вым, Ф.Х. Бурумкуловым, Е.Л. Воловиком, И.И. Габитовым, И.Г. Голубевым, В.А. Евграфо-вым, М.Н. Ерохиным, Э.С. Каракозовым, С.П. Казанцевым, Е.А. Лисуновым, В.П. Ляляки-

Рисунок 2 – Классификация подвижных ным, В.М. Михлиным, Б.Б. Не- сопряжений элементов кинематической федовым, А.В. Поляченко, Е.А.

цепи привода ТНВД Пучиным, М.Я. Рассказовым,

А.Э. Северным, М.А. Халфиным,

С.С. Черепановым, В.И. Черноивановым, В.М. Юдиным и др. Большинство из этих ученых продолжают вносить весомую лепту и в настоящее время. Вопросам теории старения машин, износа деталей, обеспечения и повышения надежности работы топливной аппаратуры дизельных двигателей, ее отдельных узлов и элементов посвящены исследования ученых: В.В. Антипова, Н.И. Бахтиарова, Р.М. Баширова, М.М Вихерта, Б.П. Загородских, В.Г. Кислова, П.М. Кривенко, А.В. Неговора, А.И. Селиванова, Б.Н. Файнлейба и др. Результаты исследований легли в основу разработки нормативно-технической документации ЦНИТА и ГОСНИТИ по конструированию и изготовлению топливной аппаратуры и государственных стандартов, регламентирующих требования к изготовлению топливной аппаратуры и методам ее испытаний.

Согласно государственным стандартам и конструкторской документа-

ции, разработанной ЦНИТА, изготовленные топливные насосы и их прецизионные пары должны иметь показатель надежности по ресурсу 5000 часов. Однако в реальной эксплуатации надежность топливной аппаратуры, в том числе ТНВД, остается очень низкой. За период развития ТНВД технологии восстановления изношенных деталей не претерпели особых изменений, как по повышению экономической эффективности, так и по увеличению ресурса работы топливного насоса. На рисунке 3 приведена классификация существующих технологических процессов восстановления

плунжерных пар. Анализ этих технологий показывает, что они позволяют восстановить не более 30 % изношенных плун-

жерныхпар. В результате накап-

ливается огромное количество

плунжерных пар из качествен-ного материала с дальнейшей

сдачей в металлолом.

Рисунок 3 – Классификация существую- Выводы по данной главе

щих технологических процессов диссертации позволили сформу-

восстановления плунжерных пар лировать следующие задачи исследований:

обосновать необходимость комплексного решения проблем восстанов-

ления элементов кинематической цепи привода ТНВД с учетом их технического состояния;

разработать теоретические основы математической модели для пос-

троения характеристик работы ТНВД на основе структурно-функциональной модели сложных систем и зависимости между развиваемым плунжерной парой давлением и интенсивностью износа ее сопрягаемых поверхностей;

разработать классификацию высокоэффективных технологий по

восстановлению и упрочнению высокоточных подвижных соединений,

основанных на процессах нанотехнологий;

теоретическое обоснование новых возможностей плазменных техно-

логий по упрочнению поверхностей деталей высокоточных подвижных соединений и нанесению на них износостойких покрытий, основанных на выборе оптимальных параметров режима обработки из широкого спектра энергетических, тепловых и газодинамических характеристик низкотемпературной плазмы газового разряда;

разработать новые технологии по восстановлению элементов кинема-

тической цепи привода ТНВД с комплексным применением существующих и предлагаемых высокоэффективных технологий;

разработать теоретическую модель для построения характеристик

работы всех типов ТНВД на основе предложенной математической модели

и экспериментальных данных;

внедрить результаты научных исследований на предприятиях про-

мышленности, транспорта, технического сервиса и АПК, а также в учебный процесс преподавания технических дисциплин в высших учебных заведениях.

Во второй главе диссертации «Теоретические основы повышения эксплуатационной надежности ТНВД автотракторных дизельных двигателей» изложены теоретические основы по моделированию характеристик работы ТНВД. Дано обоснование возможности повышения эксплуатационной надежности ТНВД за счет использования высокоэффективных технологий по восстановлению и упрочнению высокоточных подвижных соединений.

За основной параметр модели можно принять среднюю цикловую подачу топлива на частоте вращения, соответствующей номинальной мощности дизеля. В процессе эксплуатации дизеля износ деталей топливного насоса приводит к уменьшению цикловой подачи топлива q. Это уменьшение топлива выразить непосредственно через износ деталей сложно. Однако эту связь можно отразить через наработку t и развиваемое плунжерной парой (секцией) давление р, имеющие непосредственную зависимость от величины износа деталей.

Соответствие между цикловой подачей q и варьируемыми входными параметрами: наработкой t и развиваемым плунжерной парой давлением р, т.е. q = f(t;р), можно задать некоторой эмпирической функцией двух переменных Т = f(x;y). Тогда задача будет сводиться к определению вида этой функции.

Решение этой задачи можно выполнить с помощью интер-поляционных полиномов Лагранжа. Выбрав фиксированные значения x и y для конкретно взятого топливного насоса составляем полиномы Лагранжа для заданных 5 уровней.

Для нулевого уровня при фиксированном у0 полином запишется в следующем виде: Р(х)=Т0.0+Т0.1+Т0.2+Т0.3+Т0.4. (1) Аналогичные выражения можно записать и для остальных уровней.

На основании полученных формул можно сформулировать общее аналитическое выражение, характеризующее влияние конструктивно-эксплуатационных факторов ТНВД на его основной параметр – цикловую подачу топлива. Оно будет представлено в виде полинома девятой степени:

Р5(х;у)=Р(х)+Р(х) + Р(х)+