Совершенствование методики и средств диагностирования тракторных двигателей с турбонаддувом
На правах рукописи
Асатурян Сергей Вартанович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ
И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ТУРБОНАДДУВОМ
Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического
обслуживания в сельском хозяйстве
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Зерноград – 2010 2 Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (АЧГАА)
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Арженовский Алексей Григорьевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Алексенко Николай Петрович кандидат технических наук, доцент Лебедев Анатолий Тимофеевич Ведущее предприятие: ФГУ «Кубанская государственная зональная машиноиспытательная станция» (ФГУ «Кубанская МИС»), г. Новокубанск
Защита состоится « » 2010 г. в часов на заседании дис сертационного совета ДМ 220.001.01 при ФГОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина 21, аудитория 201, корпус 5.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО АЧГАА.
Автореферат разослан « »_ 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Н.И. Шабанов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Основой агропродовольственной политики на со временном этапе развития страны является ускорение темпов роста объемов сельскохозяйственной продукции, повышение е конкурентоспособности, интеграция в мировое сельскохозяйственное производство и рынки продо вольствия. Для производства сельскохозяйственной продукции применяют современные агротехнологии и технические средства. Эксплуатация машин сопровождается процессами изнашивания, физическим и моральным старе нием. Огромный технико-экономический эффект дат внедрение диагности рования – важной составной части планово-предупредительной системы тех нического обслуживания и ремонта машин. Оно позволяет полнее использо вать межремонтный ресурс машин, устранить необоснованную разборку ме ханизмов, сократить простои по техническим причинам, снизить трудом кость ремонта и технического обслуживания.
Анализ методов оценки технического состояния двигателей с газотур бинным наддувом (ГТН) показал, что они требуют дальнейшего совершенст вования, направленного на разработку качественно новой методики и средств диагностирования энергетических и топливо-экономических показателей двигателей с ГТН в производственных условиях.
Таким образом, диагностирование двигателей с ГТН в производствен ных условиях является актуальной задачей, представляющей научный и практический интерес для сельскохозяйственного производства.
Цель и задачи исследования. Цель работы – повышение точности, снижение трудомкости и производственных затрат при определении основ ных показателей тракторных двигателей с турбонаддувом путм совершенст вования методики и средств диагностирования в производственных услови ях.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следую щие задачи:
1) обосновать применимость бестормозных методов диагностирования двигателей тракторов в режиме свободного разгона при переходном процессе с газотурбинным наддувом (ГТН);
2) разработать методику и средства диагностирования двигателей с га зотурбинным наддувом по ускорению коленчатого вала и давлению наддува;
3) разработать способ определения момента инерции двигателя в про изводственных условиях;
4) обосновать экономическую целесообразность применения предла гаемой методики и средств измерения.
Объект исследования – процесс диагностирования тракторного двига теля с турбонаддувом и средства для определения энергетических и топливо экономических показателей его функционирования.
Предмет исследования – закономерности, описывающие изменения ос новных показателей двигателя с газотурбинным наддувом от давления над дува при его разгоне.
Методы исследования включали теоретические исследования с исполь зованием законов теоретической механики, методы математической стати стики, применение стандартных гостированных методик, а также частных методик, разработанных для диагностирования двигателей с ГТН. Расчеты и обработка результатов экспериментальных исследований выполнялись с ис пользованием ЭВМ и пакета прикладных программ.
Научная новизна состоит в усовершенствовании методики и средств диагностирования двигателей с турбонаддувом, основанной на оценке дина мических характеристик двигателя при переходном процессе и при статиче ских режимах работы, в результате которых получены:
- аналитическая зависимость действительного момента инерции двига теля с турбонаддувом от номинального ускорения коленчатого вала при раз гоне двигателя без маховика и с маховиком с известным моментом инерции;
- зависимость давления наддува от частоты вращения коленчатого вала двигателя при разгоне трактора на всем диапазоне угловых скоростей;
- зависимость изменения эффективной мощности двигателя с турбонад дувом от давления наддува (определены частные коэффициенты уравнения регрессии для двигателей СМД-62, с помощью которых корректируется зна чение мощности, полученное в режиме свободного разгона двигателя);
- зависимости для определения топливо-экономических показателей на всем диапазоне угловых скоростей.
Новизна технических решений защищена двумя патентами Российской Федерации на изобретения №2329510 «Устройство для измерения ускорения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на всем диапазоне скоро стей», №2361187 «Способ определения мощности двигателя внутреннего сгорания» и свидетельством о государственной регистрации программ для ЭВМ №2009615659 «Программа для определения энергетических показате лей дизельных двигателей на переходных режимах».
На защиту выносятся следующие научные результаты:
1. Теоретические предпосылки определения основных показателей дви гателя с ГТН по ускорению коленчатого вала и давлению наддува.
2. Модели технических средств, позволяющие диагностировать двига тели с ГТН.
3. Методика и алгоритм диагностирования двигателя с ГТН на основа нии закона изменения угловой скорости коленчатого вала при его разгоне и давления наддува в режиме полной загрузки двигателя.
4. Результаты сравнительного диагностирования нескольких двигателей по предлагаемой и стандартной (тормозной) методикам.
Реализация работы. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГОУ ВПО АЧГАА и переданы ООО «Сальск Юг Агро» (с. Кру чная балка Сальского района Ростовской области).
Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО АЧ ГАА, ФГОУ ДПО РИПКК АПК, ГНУ ВНИПТИМЭСХ и ФГОУ ВПО ДГТУ в 2007-2010 гг.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 8 работах, в том числе 2 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, 2 патента на изобретения и свидетельство на про грамму для ЭВМ.
Объем работы.
Работа содержит введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 116 наименований и приложения. Работа изложена на 153 страницах, содержит 51 рисунок и 21 таблицу.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулиро вана е научная новизна, приведены методы исследования и положения, вы носимые на защиту, дано краткое изложение работы.
В первой главе «Анализ существующих методов и средств диагности рования основных показателей дизельных двигателей» изложены результаты анализа известных технических решений в данной области, дан анализ мето дов диагностирования основных показателей дизельных двигателей.
Вопросами диагностирования основных показателей тракторных двига телей занимались: С.А. Иофинов, Г.Я. Шхвацабая, Н.С. Ждановский, В.И.
Бельских, Х.Н. Райхлин, И.В. Коробочкин, Н.В. Болтинский, В.А. Зманов ский, В.М. Лившиц, В.М. Натарзан, О.А. Махоткин, И.А. Чувиков, А.С. Рех тин, И.Е. Попов, Н.В. Щетинин, А.Г. Арженовский и др. ученые.
Анализ этих работ показал, что разработанные в настоящее время мето ды диагностирования основных показателей дизельных двигателей можно разделить на тормозные, бестормозные и парциальные.
Диагностирование двигателей тормозными методами являются более точными, но требует дорогостоящего оборудования и существенных финан совых затрат и усилий на его подготовку и проведение. В связи с этим этот метод применяется лишь в крупных хозяйствах и на МИС.
Бестормозные методы, уступая по точности тормозным, не требуют сложного и дорогого оборудования, отличаются простотой и доступностью применения в эксплуатационных условиях.
Для производственных условий эксплуатации тракторов представляет интерес метод диагностирования двигателей, основанный на оценке динами ческих характеристик двигателя, исследуемый в настоящей работе.
Во второй главе «Теоретическое обоснование методики и средств диаг ностирования основных показателей дизельных двигателей с турбонадду вом» обоснована необходимость совершенствования методики диагностиро вания энергетических показателей двигателей по ускорению коленчатого ва ла. Получены зависимости для определения действительного момента инер ции двигателя, определения мощности двигателя с турбонаддувом, опреде ления топливо-экономических показателей дизельного двигателя.
Известно, что диагностирование, основанное на оценке динамических характеристик двигателя, связано с необходимостью определения момента инерции двигателя.
По методике, разработанной на кафедре «Эксплуатация машинно тракторного парка» АЧГАА, для диагностирования использовались таблич ные значения моментов инерции двигателей. Данная методика и средства ее реализующие позволяют определить лишь энергетические показатели двига теля. Существенным недостатком при этом является невозможность опреде ления топливо-экономических показателей диагностируемого двигателя.
При работе двигателя с турбонаддувом в режиме свободного разгона турбокомпрессор запаздывает из-за инерционности и упругости газового привода. Корректировку значения эффективной мощности с учетом запазды вания газотурбинного нагнетателя, можно осуществить, используя методику СибИМЭ. Эта методика заключается в следующем. Сначала необходимо оп ределить давление наддува в режиме полной загрузки двигателя путм разго на трактора с минимальной скорости движения на высшей передаче до мак симальной при резком увеличении подачи топлива, а затем мощность двига теля по ускорению коленчатого вала в режиме свободного разгона.
Предлагаемая нами методика диагностирования дизельных двигателей с турбонаддувом заключается в следующем.
При резком увеличении подачи топлива в двигателе возникает переход ный процесс разгона, который описывается дифференциальным уравнением:
где – действительный момент инерции движущихся масс двигателя, кг·м2;
– угловое ускорение коленчатого вала, рад/с2;
– индикаторный момент, Нм;
– момент механических потерь двигателя, Нм.
.
Разница между индикаторным моментом и моментом механических по терь, представляет крутящий момент двигателя Мд. Таким образом, крутящий момент двигателя будет:
Умножив обе части уравнения (1) на угловую скорость, получим:
В правой части его имеем формулу мощности без наддува:
Тогда, мощность двигателя без наддува:
Для определения действительного момента инерции двигателя необхо димо использовать маховик с известным моментом инерции.
Приведенный момент инерции такого маховика к двигателю:
где – момент инерции маховика, – передаточное отноше ;
ние от коленчатого вала к ВОМ;
– суммарный КПД передач от коленча того вала к ВОМ.
Затем, последовательно разгоняется исследуемый двигатель без махови ка и с маховиком, регистрируется закономерность движения коленчатого ва ла двигателя и определяются соответствующие значения углового ускорения коленчатого вала на номинальном режиме.
Определение передаточного отношения производится по направлению потока мощности от коленчатого вала двигателя к валу отбора мощности.
Для этого фиксируется частота вращения коленчатого вала двигателя и вала отбора мощности, тогда передаточное отношение будет:
где и – частоты вращения коленчатого вала двигателя и вала отбора мощности, об/мин.
Далее по зависимости:
определяем действительный приведенный момент инерции двигателя где – соответственно угловые ускорения коленчатого вала на номи нальном режиме при разгоне двигателя без маховика и с маховиком, рад/с2.
Мощность двигателя с турбонаддувом определяется по методике Си бИМЭ.
Значение мощности в режиме свободного разгона с учетом давления наддува определяется по уравнению:
где – коэффициент при квадратичном члене уравнения;
– мощ ность двигателя с неработающим турбонаддувом, Вт;
– коэффициент взаи мосвязи;
– давление турбонаддува, Па;
– свободный член уравнения.
Запись закономерности движения коленчатого вала осуществляется при полной загрузке двигателя с одновременной фиксацией изменения давления наддува на соответствующих интервалах. Полная загрузка двига теля обеспечивается за счет разгона трактора на высшей передаче.
Совмещая полученную зависимость с зависимостью полученной в режиме свободного разгона, определяем закономерность для различных марок двигателей.
Для определения топливо-экономических показателей исследуемого двигателя необходимо снять зависимость топливного насоса вы сокого давления (ТНВД) двигателя на стенде для проверки и регулировки топливного оборудования.
Зависимость часового расхода от частоты вращения коленчатого вала двигателя:
где – объем поданного топлива всеми секциями ТНВД за 1000 циклов, см ;
– частота вращения вала ТН, об/мин;
– плотность топлива, кг/м3;
– количество циклов (iц=1000).
Совмещая зависимость, с полученной ранее закономерностью в одном диапазоне частот вращения коленчатого вала на равных интервалах, по формуле (12) находим значения удельного расхода топлива при соответствующих частотах вращения коленчатого вала двигателя Определив удельный расхода топлива на необходимом диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя, получаем зависимость и строим полную регуляторную характеристику диагностируемого двигателя.
Для реализации предлагаемой методики разработан измерительно вычислительный комплекс (рисунок 1), который состоит из персонального компьютера с пакетом соответствующих программ, платы аналого цифрового преобразования “Код-Цифра” (плата АЦП), платы сопряжений, двух индукционных датчиков, преобразователя избыточного давления, ин вертора напряжения и маховика.
Измерительно вычислительный комплекс Программные Аппаратные Технические средства средства средства Стенд для проверки и Персональный Плата АЦП Пакет программ компьютер регулировки топливного поддержки платы АЦП оборудования Плата сопряжений Алгоритм преобразования «Код-цифра»
Маховик Датчик оборотов Алгоритм статистической Преобразователь и графической обработки избыточного давле- и графической обработки ния Датчик оборотов Диагностируемый двигатель Рисунок 1 – Схема измерительно-вычислительного комплекса для диагно стирования основных параметров двигателя с турбонаддувом по ускорению коленчатого вала и давлению наддува В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследо ваний» изложены программа, общие и частные методики диагностирования основных параметров дизельных двигателей с турбонаддувом.
В соответствии с программой исследований проводили диагностирова ние двигателей с ГТН по стандартной (ГОСТ 18509-88) и предлагаемой ме тодикам.
В программу исследований входило: диагностирование двигателей с ГТН на тормозном стенде по стандартной методике (ГОСТ 18509-88) и пред лагаемым измерительно-вычислительным комплексом по разработанной ме тодике, оценка адекватности результатов диагностирования двигателей по стандартной и предлагаемой методикам.
В соответствии с программой диагностированию были подвергнуты дви гатель СМД-62 (заводской номер 176721) трактора Т-150К (хозяйственный номер 396) и двигатель СМД-62 (заводской номер 186416) трактора Т-150К (хозяйственный номер 548).
Определение мощностных и топливо-экономических показателей про водилось в комплектации, соответствующей определению эксплуатационной мощности, в стандартных условиях по ГОСТ 18509-88 на балансирном дина мометре МПБ-49.3/36.
Частота вращения коленчатого вала двигателя, крутящий момент, часто та вращения ВОМ, расход топлива и время опыта регистрировались аппара турой ОИПД-1 конструкции РОСНИИТИМ.
Дополнительно при диагностировании двигателя трактора Т-150К (хо зяйственный номер 548) и снятии регуляторной характеристики определя лась мощность двигателя с отключенным турбокомпрессором (ГТН).
Диагностирование двигателей с ГТН по предлагаемой методике прово дили посредством измерительного комплекса (рисунок 2).
Предлагаемая методика включала следующие последовательно выпол няемые операции:
1) Запись закономерности движения коленчатого вала двигателя и определение действительного момента инерции двигателя.
Рисунок 2 – Измерительно- Рисунок 3 – Маховик для определения вычислительный комплекс момента инерции двигателя Маховик устанавливали так, чтобы при соединении с валом отбора мощности трактора карданный вал маховика и ВОМ составляли угол 0± (рисунок 3).
Индукционный датчик, зафиксированный на переходной плите, устанав ливали в технологическое отверстие кожуха маховика напротив зубчатого венца на расстоянии 2-3 мм от вершин зубьев (рисунок 4). Преобразователь избыточного давления ПД 100-ДИ 0,1 устанавливали во впускном трубопро воде. Учитывая конструкцию двигателя СМД-62, где распределение наду вочного воздуха по цилиндрам осуществляется под привалочной плитой с воздуховодами, датчик давления герметично, с помощью переходника, со единялся со штуцером, ввернутым в технологическое отверстие привалочной плиты (рисунок 5).
Рисунок 4 – Расположение Рисунок 5 – Расположение датчика индукционного датчика давления Перед записью закономерности движения коленчатого вала двигателя, в соответствии с максимальной частотой вращения коленчатого вала и количе ством зубьев маховика диагностируемого двигателя, плату АЦП настраивали на частоту опроса, достаточную для получения достоверных данных. Мини мальную частоту опроса рассчитывали из условия обеспечения не менее се ми фиксаций ЭДС датчика за время прохождения его поля одним зубом по формуле:
– минимальная частота опроса, Гц;
– максимальная частота где вращения коленчатого вала, об/мин;
– число зубьев маховика (шестерни);
– минимальное количество фиксаций значения ЭДС при прохождении магнитного поля датчика одним зубом, достаточного для получения досто );
– передаточное отношение «шестерня – ко верной информации ( ленчатый вал».
Частота опроса, на которую настраивали плату АЦП =30 кГц. Время записи значений ЭДС датчика tзап=5 с.
По результатам диагностирования в пятикратной повторности получены значения углового ускорения на номинальной частоте вращения коленчатого вала, при разгоне двигателя с маховиком и без маховика, а также зависимость 2) Определение передаточного отношения.
Частоту вращения вала отбора мощности определяли с помощью при способления КИ – 13941, которое устанавливали на ВОМ, а непосредственно на него монтировали индукционный датчик.
По результатам диагностирования получали действительное значение передаточного отношения и рассчитывали величину действительного момента инерции испытуемого двигателя, а также строили зависимость 3) Определение давления наддува.
Для определения зависимости давления наддува, с одновременной запи сью закономерности движения коленчатого вала двигателя, измерительно вычислительный комплекс размещали непосредственно в кабине трактора (рисунок 6).
Рисунок 6 – Размещение измерительно-вычислительного комплекса в кабине трактора Датчик давления наддува тарировали с помощью установки, состоящей из: 1 – персонального компьютера с платой АЦП, 2 – платы сопряжений, 3 – ресивера, 4 – механического манометра и 5 – датчика давления (рисунок 7).
2 1 5 Рисунок 7 – Общий вид тарировочной установки Тарировку проводили в 5-ти кратной повторности, на основании чего были получены информационные файлы, в соответствии с которыми коррек тировались истинные значения выходных величин давления наддува.
При разгоне трактора одновременно проводили запись сигналов от двух датчиков. Разгон проводили в пятикратной повторности, в результате получали зависимости 4) Определение топливо-экономических показателей.
Снятие характеристик топливных насосов НД-22/6 установленных на диагностируемых двигателях проводили на стенде для проверки и регули ровки топливного оборудования (NC-104 № LU 0004) на базе Кубанской МИС (рисунок 8).
Рисунок 8 – Диагностирование топливного насоса высокого давления При безмоторном диагностировании топливного насоса показатели оп ределены по ГОСТ 10278-95. Для определения показателей ТНВД стенд был укомплектован штатными (демонтированными с двигателя) форсунками.
После снятия характеристик ТНВД получили закономерность, необходимую для определения зависимости.
Адекватность результатов диагностирования двигателей, полученных по стандартной (ГОСТ 18509-88) и предлагаемой методикам оценивали по критериям Фишера и Стьюдента:
где –дисперсия адекватности;
– дисперсия воспроизводимости.
Дисперсия адекватности где – среднее значение в “i”-ом интервале;
– теоретическое значе ние в “i”-ом интервале;
m – количество интервалов.
Дисперсия воспроизводимости где – “j”-е значение в “i”-ом интервале;
n – количество повторно стей в “i”-ом интервале.
Расчет доверительных интервалов производили по результатам пяти измерений, полученных по предлагаемой методике:
где – среднее значение показателя;
– квантиль распределения Стьюдента;
– стандартное отклонение;
– количество повторностей.
Доверительные границы:
Четвёртая глава содержит анализ результатов экспериментальных ис следований.
Установлено, что применение разработанной методики и измеритель но-вычислительного комплекса с достаточной достоверностью позволяет оп ределить энергетические и топливо-экономические показатели двигателей с турбонаддувом. Проверена адекватность зависимостей изменения давления наддува, эффективной мощности и удельного расхода топлива диагности руемых двигателей, полученных по стандартной и предлагаемой методикам.
Рисунок 9 – Регуляторная характеристика двигателя СМД- трактора Т-150К Влияние турбонаддува на мощность двигателя трактора Т-150К (хозяй ственный номер 548) приведено на рисунке 9. Для этого при диагностирова нии двигателя трактора Т-150К по стандартной методике и снятии регуля торной характеристики был отключн турбокомпрессор.
Анализ зависимости мощности от частоты вращения коленчатого вала двигателя позволяет заключить, что наличие турбокомпрессора вызывает увеличение мощности в среднем на 18% в диапазоне частот вращения от 1200 до 2100 об/мин.
При снятии регуляторных характеристик двигателей фиксировали дав ление наддува на всем диапазоне угловых скоростей (рисунок 10).
0, Давление наддува, Па ·10 0, 0, 0, 0, Давление 0,3 наддува 0, 0, 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 Частота вращения коленчатого вала, об/мин Рисунок 10 – Зависимость давления наддува от частоты вращения коленчатого вала двигателя СМД-62 трактора Т-150К В результате обработки экспериментальных данных (рисунки 9 и 10), полученных при торможении двигателя СМД-62 (заводской номер 186416) трактора Т-150К (хозяйственный номер 548) методом регрессионного анали за определили коэффициенты, входящие в уравнение (10), на всем диапазоне угловых скоростей.
Данная закономерность имеет вид:
Из этого уравнения следует, что для определения мощности двигателя, оборудованного турбокомпрессором, необходимо знать мощность двигателя без наддува и давление наддува.
Для диагностирования двигателей по предлагаемой методике необходи мо иметь зависимость углового ускорения коленчатого вала от его частоты вращения.
Угловое ускорение коленчатого вала двигателя при разгоне без махови ка и с присоединенным маховиком, определяли в пятикратной повторности.
Графики зависимостей углового ускорения от частоты вращения коленчатого вала в режиме свободного разгона двигателя без маховика и с маховиком (с определением среднего значения) представлены на рисунке 11.
Угловое ускорение коленчатого вала, рад/с СРЕДНЕЕ 40 СРЕДНЕЕ 1100 1300 1500 1700 1900 2100 Частота вращения коленчатого вала, об/мин Рисунок 11 – Зависимость угловых ускорений от частоты вращения коленчатого вала двигателя СМД-62 (заводской номер 176721) без маховика и с маховиком Анализ данных рисунка 11 позволяет заключить, что угловое ускоре ние плавно уменьшается с ростом частоты вращения коленчатого вала. Это обусловлено тем, что с ростом частоты вращения уменьшается роль присое диненного маховика.
Значения действительного момента инерции, определенные по форму ле 9, составили для двигателя трактора (хозяйственный но мер 396), и для двигателя трактора (хозяйственный номер 548).
Зная действительный момент инерции двигателя можно определить энергетические показатели диагностируемых двигателей.
Определение давления наддува на всем диапазоне угловых скоростей при полной загрузке двигателя, проводили сразу после определения энерге тических показателей в режиме свободного разгона.
По результатам определения давления наддува построены графики за висимости давления наддува от частоты вращения коленчатого вала двигате ля при разгоне трактора (рисунок 12).
Анализ этих зависимостей, полученных при диагностировании по предлагаемой методике, показывает, что характер кривых давления наддува близок к зависимостям, полученным по стандартной методике (рисунок 10).
0, 0, Давление наддува,Па ·10 0, 0, 0, 0,3 0, СРЕДНЕЕ 0, 1100 1300 1500 1700 1900 2100 Частота вращения коленчатого вала, об/мин Рисунок 12 – Зависимость давления наддува от частоты вращения коленчатого вала двигателя СМД-62 трактора Т-150К (хозяйственный номер 548) Таким образом, использование разработанной методики и измеритель но-вычислительного комплекса позволяет оценить состояние газотурбинного нагнетателя в производственных условиях, без разборки двигателя и приме нения дорогостоящего диагностического оборудования.
В связи с тем, что запись закономерностей изменения ускорения ко ленчатого вала двигателя, и давления надува производили на различных час тотах вращения коленчатого вала, привели полученные значения к единым интервалам.
Значения мощности с учтом давления наддува определяли по уравне нию (10), а удельного расхода топлива по выражению (12).
Закономерности изменения давления наддува, эффективной мощности и удельного расхода топлива диагностируемых двигателей, полученные по предлагаемой методике адекватны законам изменения давления наддува, эф фективной мощности и удельного расхода топлива, полученным по стан дартной методике с достоверностью 95% (трактор хозяйственный номер трактор хозяйственный номер Номинальные значения частоты вращения и эффективной мощности диагностируемых двигателей, полученные по предлагаемой методике, адек ватны номинальным значениям частоты вращения и эффективной мощности полученным по стандартной методике, с достоверностью 95% (трактор хо зяйственный номер трактор хо зяйственный номер.
Результаты проведенных экспериментов представлены в виде регуля торной характеристики, полученной с помощью разработанной методики и измерительно-вычислительного комплекса е реализующего (рисунок 13).
Рисунок 13 – Регуляторная характеристика двигателя СМД-62 (заводской номер186416) трактора Т-150К (хозяйственный номер 548) по предлагаемой методике В пятой главе «Определение технико-экономической эффективности применения разработанной методики и измерительно-вычислительного ком плекса» приведен расчет эксплуатационных затрат при использовании базо вой и новой методики. За базовый вариант принята стандартная методика (ГОСТ 18509-88), используемая Кубанской МИС. Результаты расчета эконо мической эффективности показали, что использование предлагаемой методи ки и измерительно-вычислительного комплекса обеспечит снижение экс плуатационных затрат на 69,1 %, а годовая экономия эксплуатационных за трат при диагностировании 24 двигателей в год на базе Кубанской МИС со ставит 374008,86 рублей. Чистый дисконтированный доход за срок сущест вования измерительно-вычислительного комплекса составит более 2 мил лионов рублей.
ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 1. Существующая методика определения одномоментных номиналь ных показателей работы двигателя при неустановившихся режимах не соот ветствует динамическому процессу выполняемому им. В условиях переход ных неустановившихся режимов, метод не точен и возникает необходимость разработки на его основе качественно новой методики диагностирования энергетических и топливо-экономических показателей двигателей с ГТН на всем диапазоне угловых скоростей, что позволит сократить затраты времени и трудомкость.
2. Методика диагностирования тракторных двигателей с турбонадду вом должна быть основана на оценке динамических характеристик по уско рению его коленчатого вала в режиме свободного разгона и давлению надду ва при полной загрузке. Для реализации этой методики скомплектован изме рительно-вычислительный комплекс, состоящий из персонального компью тера с разработанным программным обеспечением, платы аналого-цифрового преобразования, платы сопряжений, индукционных датчиков импульсов, датчика давления и инвертора напряжения, что позволяет определять энерге тические и топливо-экономические показатели двигателя с ГТН на всем диа пазоне угловых скоростей.
3. Усовершенствованная методика и предложенный измерительно вычислительный комплекс позволяют определить значения действительных моментов инерции диагностируемых двигателей с ГТН в широких пределах от 2 до и получить полную регуляторную характеристику их в производственных условиях.
4. Установлено, что эффективная мощность двигателя с турбонадду вом зависит от давления наддува на всем диапазоне угловых скоростей и ой описывается полиномом 2 степени, частные коэффициенты которого определяются экспериментально для каждой марки двигателя. Например для двигателей марки СМД-62 эти коэффициенты со ставляют:.
5. При использовании усовершенствованной методики диагностиро вания тракторного двигателя с турбонаддувом в производственных условиях затраты времени и труда снижаются в среднем на 25%, а трудоемкость диаг ностирования одного двигателя с ГТН с 8 чел-ч./шт. до 6 чел-ч./шт.
6. Экономия средств при использовании разработанной методики и измерительно-вычислительного комплекса может составить более 374 тысяч рублей в год.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:
а) в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Асатурян С.В. К определению основных показателей двигателей тракторов с турбонаддувом по ускорению коленчатого вала на переходном режиме / А.Г. Арженовский, С.В. Асатурян // Вестник ДГТУ. – Издательский центр ДГТУ, 2008. – № 4 (39). – С. 420-425.
2. Асатурян С.В. Определение энергетических и топливно-экономиче ских показателей тракторного двигателя / А.Г. Арженовский, С.В. Асатурян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – М., 2010. – № 7. – С. 25-26.
б) в сборниках научных трудов:
3. Асатурян С.В. Совершенствование методики и средств определения энергетических и топливно-экономических показателей двигателей тракто ров с турбонаддувом / А.Г. Арженовский, С.В. Асатурян // Инновационные технологии для АПК России. – Зерноград, 2008. – С. 289-293.
4. Асатурян С.В. Комплектование измерительного комплекса для опре деления основных показателей двигателей с ГТН / А.Г. Арженовский, С.В.
Асатурян // Ресурсосбережение в сельскохозяйственном производстве. – Из дательство РСЭИ, 2009. – С. 193-197.
5. Асатурян С.В. Диагностический комплекс для определения основ ных показателей двигателей с турбонаддувом / А.Г. Арженовский, С.В. Аса турян // Совершенствование конструкции и повышение эффективности экс плуатации колесных и гусеничных машин в АПК. – Зерноград, 2010. – С. 11 15.
в) в патентах РФ на изобретения:
6. С 1 2329510 RU G 01 P 15/00. Устройство для измерения ускорения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на всем диапазоне скоро стей / Н.В. Щетинин, А.Г. Арженовский, Д.В. Казаков, Д.О. Мальцев, С.В.
Асатурян, С.Н. Микрюков (Азово-Черноморская государственная агроинже нерная академия). – №2007108605/28;
Заявл. 07.03.2007 // Изобретения. – 2008. – №20.
7. С 1 2361187 RU G 01 M 15/04. Способ определения мощности двига теля внутреннего сгорания / Н.В. Щетинин, А.Г. Арженовский, Д.В. Казаков, Д.О. Мальцев, С.В. Асатурян, С.Н. Микрюков, И.И. Чичиланов (Азово Черноморская государственная агроинженерная академия). – №2007146150/06;
Заявл. 11.12.2007 // Изобретения. – 2009. – №19.
8. № 2009615659. Программа для определения энергетических показа телей дизельных двигателей на переходных режимах / С.В.Асатурян, А.Г.
Арженовский, И.И. Чичиланов (Азово-Черноморская государственная агро инженерная академия).– №2009614513;
Заявл. 18.08.2009 // Изобретения. – 2009.
ЛР 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 10.11.2010г.
Формат 6084/16. Уч.-изд. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ № 434.
Редакционно-издательский отдел ФГОУ ВПО АЧГАА 347740, г.Зерноград, ул. Советская, 15.