Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
16
ЛУГАНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
УДК 631.3-192 : 621.43-73
ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СТАБІЛЬНОСТІ
МОБІЛЬНОЇ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ ТЕХНІКИ
ШЛЯХОМ УДОСКОНАЛЕННЯ ЗАСОБІВ ОЧИЩЕННЯ
ДИЗЕЛЬНОГО ПАЛИВА
Спеціальність 05.05.11 “Машини і
засоби механізації сільськогосподарського виробництва”.
дисертації на здобуття наукового ступеню
кандидата технічних наук.
Луганськ - 2004
Дисертацією є рукопис.
Дисертація виконана в Таврійській державній агротехнічній академії Міністерства аграрної політики (м. Мелітополь)
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Кюрчев
Володимир Миколайович, Таврійська державна агротехнічна академія, завідувач кафедрою “Машиновикористання в землеробстві”
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Войтов Віктор Анатолійович, Харківський національний технічний університет сільського господарства, директор НДТІ, професор кафедри ремонту машин.
кандидат технічних наук, доцент Болдар Леонід Никифорович, Луганський національний аграрний університет, кафедра ремонту машин і конс-
струкційних матеріалів.
Провідна установа: Кіровоградський національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра сільськогосподарського машинобудування (м. Кіровоград).
Захист відбудеться “”грудня 2004 р. о _______ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 29.841.01 у Луганському національному аграрному університеті за адресою: 91008, м. Луганськ –, Луганський національний аграрний університет.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Луганського національного університету за адресою: 91008, м. Луганськ – 8, Луганський національний аграрний університет.
Автореферат розісланий “09” листопада 2004 р.
Вчений секретар
Спеціалізованої вченої ради
К 29.841.01 к.т.н. доц. В.Я. Коваль
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКИ РОБОТИ
Актуальність роботи. Ефективність сільськогосподарського виробництва в значній мірі залежить від працездатності мобільної сільськогосподарської техніки в різних умовах експлуатації, які характеризуються як екстремальні. Нестабільність функціонування або відмова працездатності сільськогосподарської техніки призодить до її простоїв і, як наслідок, недотримання агростроків, зменшення продуктивності і врожайності. Сучасна мобільна сільськогосподарська техніка являє собою складні енергонасичені комплекси, працездатність яких залежить від надійності їх окремих агрегатів, зокрема двигунів. Працездатність дизельних двигунів, в свою чергу, визначається технічним станом його складових частин, у т.ч. паливної системи, більше 50% відмов якої пов’язані із забрудненням дизельного палива.
Об’єктивно так складається, що забрудненість дизельного палива на шляху від його виробника до паливного баку мобільної машини збільшується більш як у 10 разів, а в умовах постійного дефіциту нафтопродуктів система забезпечення і управління параметрами чистоти паливно-мастильних матеріалів відсутня і у тому числі дизельного палива. Це сприяє прискоренню зносу не тільки сполучень паливної системи, але і деталей дизельного двигуна в цілому. Так, тільки по Запорізькій області річні витрати на ремонт тракторних двигунів і паливної апаратури, пов’язаних із використанням неякісних нафтопродуктів, збільшилася за останні роки на 22,25 млн. грн. А через погіршення технічного стану паливної апаратури перевитрата палива складає 15-20%. У розрахунку на 100 тис. дизельних двигунів потужністю 90 –кВт перевитрата палива досягає 108 тис. тонн, що складає половину річної потреби АПК Запорізької області.
Одним із напрямків зменшення експлуатаційних витрат є забезпечення умов використання дизельного палива з мінімальною забрудненістю.
Створення цих умов потребує подальшого дослідження процесів впливу забрудненості дизельного палива на функціональні характеристики і надійність машинно-тракторних агрегатів (МТА) та їх сполучень.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в Таврійській державній агротехнічній академії (ТДАТА м. Мелітополь) відповідно до Державної науково-технічної програми 3.12. “Енерго- і ресурсозберігаючі технології в сільськогосподарському виробництві”, тематикою міжвузівських наукових і науково-технічних програм з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки (наказ міністерства освіти України № 37 від 13.02.96 р. п.1.1.) і науково-технічної програми № 1 Таврійської державної агротехнічної академії на 2001-2005р.р. “Розробка наукових основ систем технологій і технічних засобів для забезпечення продовольчої безпеки південного регіону України”, розділ 1.4.4. “Оптимізація технологічного процесу контролю якості паливно-мастильних матеріалів, розробка нових методів і технічних засобів”(№ Держ. реєстрації 0102V000678).
Мета і задачі дослідження –підвищення ефективності використання мобільної сільськогосподарської техніки за рахунок забезпечення її функціональної стабільності шляхом удосконалення засобів очищення дизельного палива.
Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі задачі:
Об’єкт дослідження –процеси зношення прецизійних сполучень паливної апаратури в середовищі дизельного палива, забрудненого механічними домішками.
Предмет дослідження –закономірності впливу забрудненості дизельного палива на надійність та функціональні характеристики машинно-тракторних агрегатів.
Методи дослідження - дослідження процесу зношення прецизійних сполучень у середовищі дизельного палива, забрудненого механічними домішками, та обґрунтування технічних вимог щодо його чистоти здійснено шляхом моделювання, із застосуванням ПЕОМ на підставі законів механіки, теорії тертя та теорії ймовірностей.
Дослідження закономірності впливу забрудненості дизельного палива на функціональні характеристики машинно-тракторного агрегату забезпечувалося за допомогою створеного електрофільтра і використання положень теорії двигуна внутрішнього згоряння та теорії динаміки МТА. Розробка електрофільтра виконувалася на підставі досліджень процесу сепарації механічних домішок із дизельного палива системи електричного поля з використанням законів гідродинаміки. Експериментальні дослідження проводили як за загальноприйнятими, так і розробленими методиками, у т.ч. методиками прискорених зношувальних випробувань і вимірювання параметрів забрудненості. Оброблення дослідних даних здійснювали на ПЕОМ із застосуванням теорії ймовірностей.
Наукова новизна одержаних результатів:
- використання математичних моделей дозволило розробити методику прогнозування ресурсу плунжерних пар паливного насосу високого тиску (ПНВТ) і технічні вимоги до чистоти дизельного палива;
Практичне значення одержаних результатів:
Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто:
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації схвалені на наукових конференціях професорсько-викладацького складу науковців і аспірантів Таврійської державної агротехнічної академії (1998-2004 р.), Харківського державного технічного університету сільського господарства (м. Харків - 2001 р.), Харківського державного політехнічного університету разом з АН ВШУ (м. Ялта - 2000 р.), четвертої Міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Харків –р.), на науково-практичній конференції Луганського національного аграрного університету (м. Луганськ –р.).
Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані у восьми друкованих працях, серед них дві - патенти України.
Обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків.
Робота викладена на 159 сторінках машинописного тексту, містить 67 рисунків, 12 таблиць, список використаних джерел із 160 найменувань, шість додатків.
Загальний обсяг дисертації - 226 сторінок.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Розділ 1. “Стан питання. Мета та задачі дослідження”. Виконано аналіз світового досвіту з питань ефективного використання мобільної сільськогосподарської техніки шляхом забезпечення її надійності та стабільності функціональних параметрів. Наведені характеристики складного комплексу, яким є мобільна сільськогосподарська техніка, залежать від працездатності її складових частин і, в першу чергу, надійності елементів паливної системи дизельного двигуна.
Вагомий внесок у підвищення надійності мобільної сільськогосподарської техніки, у тому числі і паливної системи як складової її частини внесли Анілович В.Я., Бойко А.І., Войтов В.А., Гуревич Д.Ф., Ікрамов У.А., Кугель Р.В., Кищук А.С., Кірєєв І.М., Сєліванов А.І., Такмачов М.А., і інші відомі вчені та наукові школи ГОСНИТИ, ННЦ ІМЕСГ УААН, ЦНИТА, ХДТУСГ.
Аналіз причин відмов та нестабільності характеристик паливної системи дизеля показує, що істотна частка їх (до 50%) викликана забрудненістю механічними домішками і водою дизельного палива, яке використовується для мобільної сільськогосподарської техніки. Забрудненість використовуваного дизельного палива значно перевищує припустимі норми (до 10 разів).
Установлені на сучасні сільськогосподарські енергетичні засоби фільтри при такій забрудненості дизельного палива не забезпечують потрібної якості його очищення, що викликає прискорене зношення сполучень паливної системи і шатунно-поршньової групи двигуна і прискорену їх заміну.
Зменшення відмов паливної системи і забезпечення функціональної стабільності мобільного сільськогосподарського комплексу в цілому може здійснюватися шляхом забезпечення використання дизельного палива з припустимим ступенем його забрудненості.
Проблемою забезпечення чистоти нафтопродуктів і інших робочих рідин у різний час займалися Бєлянін П.Н., Гаража В.В., Коваленко В.П., Карабцов Г.П., Красніков Ю.В., Кравченко В.Г., Нікітін Г.А., Нікітін А.Г.,
Рибаков К.В., Топілін Г.Є. та ін.
Аналіз наукових праць показав перспективність використання засобів для ефективного забезпечення чистоти дизельного палива на основі використання силових полів, у т.ч. і електричних. Використання таких засобів для очищення дизельного палива і вплив цього фактору на функціональні характеристики мобільних сільськогосподарських комплексів в літературі є маловисвітленим, тому потребує подальшого вивчення.
Результатом аналізу, проведеного в першому розділі, є формування мети і постановка задач досліджень.
Розділ 2. “Теоретичні дослідження впливу забрудненості дизельного палива на функціональні характеристики МТА”.
Виходячи із функціональної схеми (рис. 1) головними функціональними характеристиками МТА є його продуктивність W, га/год, витрата палива gга, кг/год та коефіцієнт готовності Кг, який характеризує надійність у цілому машини або її складових частин.
Рис. 1 - Функціональна схема МТА.
Використовуючи основні положення динаміки трактора для розрахунку продуктивності МТА на оранці отримано слідуючу залежність:
, га/год (1)
де Nкр/ - поточна крюкова потужність трактора, кВт;,
Nкр max і Ne max –паспортні дані максимальних значень відповідно потужності на крюку і ефективної потужності двигуна;
Ne/ - поточне значення ефективної потужності двигуна, стабільність якого залежить від стану шатунно-поршневої групи і прецизійних сполучень паливної апаратури.
Ко - поточний тяговий опір плуга при швидкості V = 5 км/год; кПа (кН/м);
h - глибина оранки, м;
С - темп нарощування питомого тягового опору плуга в залежності від робочої швидкості МТА, % год/км;
Ркр - коефіцієнт використання тягового зусилля;
bк - ширина лемешу, м;
hк - кількість лемешів, шт.;
- коефіцієнт використання конструктивної ширини плуга;
Використовуючи теорію ймовірностей, отримана залежність показника надійності паливної системи Кг для різних умов експлуатації МТА:
, (2)
де ij і - інтенсивність подій переходів паливної системи і її елементів у різні становища. Числові значення ij і приймалися на основі експертної оцінки фахівців з обслуговування і ремонту паливної апаратури.
Якщо припустити, що поточне значення ефективної потужності двигуна Ne/ буде залежати тільки від величини зносу сполучень паливної системи, особливо від зносу плунжерних пар ПНВТ, то буде справедлива залежність:
, (3)
де И –сумарний знос прецизійних пар ПНВТ;
- час роботи МТА.
Аналіз отриманих залежностей (1), (2) показує, можливість їх використання для дослідження впливу забрудненості дизельного палива на функціональні характеристики МТА при умові, що залежність (3) є відома.
Якщо припустити, що швидкість зношення прецизійних сполучень, через зазори яких витікає рідина з домішками абразивних частинок, буде тим більша, чим більша кількість цих частинок пройде через них, то елементарний знос Их при проходженні маси gх частинок розміром х разом з дизельним паливом через зазор сполучення, наприклад, плунжерної пари паливного насоса високого тиску (ПНВТ), буде дорівнювати:
, мкм (4)
де J - питома швидкість зношення, обумовлена ймовірністю Рх проникнення в зазор плунжерної пари величиною, а, мкм частинок абразиву розміром х, мкм.
В свою чергу:
, (5)
, (6)
де - коефіцієнт, що характеризує конструктивні особливості плунжерної пари;
і - середньоарифметичне і середньоквадратичне значення розмірів механічних домішок у дизельному паливі;
k - коефіцієнт, який враховує властивості матеріалів деталей плунжерної пари і механічних домішок у дизельному паливі.
Із літератури відомо, що в більшості випадків дисперсний склад механічних домішок в дизельному паливі апроксимується логарифмічно нормальним законом розподілу.
У процесі роботи дизельного двигуна з паливного баку разом з витратою палива затримуються системою фільтрів механічні домішки. Частина палива q вертається в бак, друга частина Q попадає в ПНВТ і зношує поверхні тертя плунжерної пари.
Одночасно з цим, з різних причин у паливний бак із навколишнього середовища надходить повітря, що містить абразивні домішки. Швидкість надходження цих частинок складає х для розміру х, а фракційний склад може відрізнятися від фракційного складу механічних домішок, що залишилися в баку.
Таким чином, концентрація і фракційний склад механічних домішок у дизельному паливі, що знаходиться в баку, безперервно змінюється, і для частинок розміром х за час t буде складати:
, г/т (7)
де gx, - концентрація механічних домішок, що потрапили в бак із навколишнього середовища за час t;
gx - концентрація механічних домішок, затриманих фільтром за час t;
gx, - концентрація механічних домішок, які пройшли через зазори плунжерних пар ПНВТ за час t.
Якщо припустити, що t, то можна скласти диференціальне рівняння, яке описує динаміку концентрації механічних домішок у дизельному паливі, що знаходиться в баку.
, , (8)
де Q –витрата палива через ПНВТ, кг/год;
q –витрата палива, яка повертається в бак з ПНВТ, кг/год;
Кх - коефіцієнт фільтрації частинок розміром х ;
V –місткість паливного баку, кг;
t - час роботи двигуна з моменту заправки паливного баку, год.
Якщо рішення рівняння (9) підставити в (gx) і проінтегрувати по t в межах від t до t, то знайдемо концентрацію механічних частинок, які пройшли через плунжерну пару за відрізок часу .
(9)
де - час спорожнювання баку; ;
Підставивши (10) в (5) і, переходячи до безрозмірних величин: , , , , отримаємо рівняння сумарного зносу плунжерної пари:
(10)
Для дослідження рівняння (10) нами розроблено програму для ПЕОМ. При цьому невідомі коефіцієнти k, і визначили шляхом співставлення експериментального калібровочного графіку И = f(t), одержаного на дослідному зразку сполучення за допомогою машини тертя і розрахованому по рівнянню (11). Значення цих коефіцієнтів для подальшого дослідження (10) приймалися наступними:
k = 0,1; = 2,5; = 20.
Задавшись різними початковими концентраціями і фракційним складом механічних домішок у дизельному паливі, які можуть бути в умовах експлуатації мобільної сільськогосподарської техніки, одержано ряд залежностей сумарного зносу плунжерної пари від часу її роботи.
Аналіз результатів дослідження виразу (10) дозволяє констатувати, що наявність механічних домішок у дизельному паливі є важливим фактором, впливаючим на ресурс прецизійних сполучень паливної системи. Наприклад, ресурс плунжерної пари при використанні неочищеного палива складає 540 мотогодин, а при використанні серійного фільтра тонкої очистки –мотогодин, а при подвійному очищенні серійним фільтром і додатково - електрофільтром - ресурс досягає 2370 мотогодин. Це показує, що при сучасній системі очищення, тонкість якої, наприклад, на тракторі Т-150К складає 20 мкм, якщо перед заправкою палива в бак очистити його фільтром з тонкістю фільтрації 10мкм, то ресурс плунжерної пари можна збільшити в 2,6 раза.
Використовуючи розроблену математичну модель, змінюючи характеристики забрудненості дизельного палива, які залежать від грунтокліматичних умов та виду технологічних операцій, і конструктивні параметри паливної системи, можна прогнозувати ресурс будь-яких прецизійних сполучень, що є важливим при проектуванні нових зразків паливної апаратури.
Для забезпечення нормовуваного ресурсу важливо знати, яку норму забрудненості можна припустити в експлуатаційних умовах. З цією метою за допомогою прискорених зношувальних іспитів на модельних зразках одержані графіки залежностей швидкості зношування від концентрації механічних домішок у дизельному паливі і від розмірів цих домішок (рис. 2).
Аналіз графіків, наведених на рис. 2, дозволяє установити, що припустима масова частка механічних домішок у дизельному паливі розмірами 4…6 мкм не повинна перевищувати 25г/т, для розмірів 8…10мкм –г/т, а для розмірів більше 15мкм –г/т. Найбільш небажаними розмірами механічних домішок у дизельному паливі, які викликають найбільшу швидкість зношення плунжерних пар ПНВТ дизельних двигунів сільськогосподарських тракторів, зернозбиральних комбайнів і інших мобільних енергетичних засобів (Т-150, Т-150К, Дон-1500, “Ротор”, КС-6), є 6мкм. Найбільша концентрація частинок такого розміру (6 мкм) знаходиться у навколишньому середовищі при технологічних операціях грунтообробки, зернозбирання та інших.
Для забезпечення наведених технічних вимог до чистоти дизельного палива найбільш перспективним є використання електрофільтрів з діелектричними наповнювачами в міжелектродному просторі.
Розділ 3. “Програма і методика досліджень”. Викладено програму і методику досліджень, які передбачали розробку методик прискорених зношувальних випробувань прецизійних сполучень паливної апаратури, перевірки достовірності математичних моделей, вимірювання параметрів забрудненості дизельного палива, розробки і лабораторних випробувань дослідного зразка електрофільтра та дослідження впливу забрудненості дизельного палива на надійність та функціональну стабільність машинно-тракторного агрегату.
Особливість методики прискорених зношувальних випробувань полягає в тому, що за результатами триботехнічних випробувань модельних пар тертя, використовуючи теорію подібності, було встановлено масштаби часу і швидкості зношення, І. Це дозволило зіставляти результати експериментальних досліджень з розрахунковими, на будь-якому тимчасовому відрізку часу, що відповідають реальним умовам експлуатації.
Iec, /*10-1
Iec, /*10-1
0,0
0,0
0,0
0,0