Повышение долговечности распределительных топливных насосов высокого давления путем модернизации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат технических наук Иванов, Владимир Андреевич

• Иванов, Владимир Андреевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иванов, Владимир Андреевич

Введение

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Проблема недоиспользования ресурса изделий в эксплуатации и при ремонте

1.2. Показатели технического уровня ТНВД

1.3. Сравнительный анализ конструктивного исполнения топливных насосов автотракторных дизелей

1.4. Факторы, влияющие на работоспособность плунжерных пар и анализ причин их отказов

1.5. Анализ дефектов плунжерных пар ТНВД

1.6. Функциональные показатели плунжерных пар и анализ способов восстановления их рабочих поверхностей

1.7. Критерии оценки показателей работоспособности и концепция ремонта ТНВД

1.8. Краткие выводы по состоянию вопроса и задачи исследования

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА «ЗАПИРАНИЯ» ЗОН ИЗНОСА В ПЛУНЖЕРНОЙ ПАРЕ '

2.1. Модель по определению утечек топлива через локальные участки износа распределительной плунжерной пары в такте нагнетания

2.2. Метод теоретического определения площади микроканалов износа на деталях плунжерной пары в поперечном сечении

2.3. Определение режимов течения жидкости и величины утечки топлива

2.4. Определение координат расположения локальных участков износа в поперечных сечениях плунжерной пары

2.5. Выводы

Глава 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ *

3.1. Общая программа исследований

3.2. Методика определения технического состояния плунжерной пары

3.3. Методика определения величин износов плунжерных пар ТНВД распределительного типа

3.4. Методика определения форм износов плунжерных пар ТНВД НДна кругломере типа КД

3.5. Методика исследования утечек топлива в плунжерных парах по зонам износа

3.6. Методика проведения эксперимента по определению факторов, влияющих на цикловую подачу ТНВД '

3.7. Методика проведения эксперимента по способу восстановления работоспособности путем его модернизации

3.8. Методика оптимизации структуры привода удлинителя кулачкового вала и снятия характеристики нагнетания топлива модернизированного ТНВД НД-22/4М

3.9. Методика проведения стендовых ускоренных испытаний модернизированного ТНВД НД-22/4М

3.10. Методика проведения эксплуатационных испытаний

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Анализ ремонтного фонда по показателям оценки работоспособности плунжерных пар

4.2. Результаты исследования площади износа и определение эмпирической зависимости •

4.3. Результаты определения формы износа плунжерных пар

4.4. Определение распределения утечек топлива по зонам износа

4.5. Определение количественных показателей, влияющих на цикловую подачу топлива и давление, развиваемое плунжерной парой

4.6. Оптимизация входных параметров при модернизированнии ТНВД

4.7. Оптимизация привода удлинителя кулачкового вала и моделирование характеристики нагнетания топлива модернизированного ТНВД

4.8. Результаты сравнения характеристик работы серийного и модернизированного ТНВД 135 ' 4.9. Результаты стендовых ускоренных испытаний серийного и модернизированного ТНВД

4.10. Результаты эксплуатационных испытаний модернизированного

4.11. Краткие выводы

Глава 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

ТНВД ПУТЕМ ИХ МОДЕРНИЗАЦИИ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение долговечности распределительных топливных насосов высокого давления путем модернизации»

Стратегическим направлением развития технического сервиса машин в АПК является обеспечение работоспособности и? продление сроков службы имеющегося МТП за счет повышения качества и ресурса;машин и агрегатов на основе; освоения прогрессивных технологий; их обслуживания и; ремонта с применением- средств диагностики, процессов восстановления изношенных деталей и модернизации [97]. • .

Участники научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ Селиванова А.И., отмечают, что в современных условиях при острейшем дефиците сельскохозяйственной техники, экономическом и техническом кризисе в производстве сельхозпродукции и в условиях рыночной экономики практическую значимость и первостепенное значение приобретает освоение методов высокоэффективного использования имеющегося парка машин и оборудования-на селе, технического сервиса и модернизации машин.

В настоящее время эксплуатируемые мобильные технологические машины в сельском хозяйстве более чем на 75 - 85% выработали свой ресурс [127], дальнейшее поддержание их в работоспособном состоянии зависит от обоснованного выбора стратегии ремонта. Надёжность, эффективность и экономичность отремонтированных двигателей в значительной степени зависят от качества ремонта топливных насосов высокого давления (ТНВД).

Между тем в условиях ремонтных предприятий всех уровней Агропрома технологически сложно обеспечивать высокое качество ремонта составных частей дизельной топливной аппаратуры с минимальными затратами из-за дороговизны- покупных; изделий и низкой эффективности восстановления изношенных деталей существующими методами.

Решение о назначении ремонта любого изделия: связано как с общей оценкой технического состояния ремонтного фонда, так и с выбранной стратегией ремонта. При субъективной оценке технического состояния ремонтного фонда со списанных объектов растут дополнрггельные расходы энергетических ресурсов, а значит, будет происходить перепроизводство, как отдельных узлов и агрегатов, так и в целом машин для удовлетворения потребности в них.

Но, как известно из литературных источников, при перепроизводстве материальные затраты увеличиваются в 10 раз в сравнении- с затратами при капитальном ремонте [129]. Дополнительные расходы напрямую связаны с вредными выбросами, которые негативно отражаются на экологической безопасности.

Вышеуказанная проблема стала ещё актуальней для сельскохозяйственной отрасли, пользующейся, в частности, мобильными сельскохозяйственными машинами с силовыми агрегатами СМД - 31, 60/61, 62/63, 66, 72/73, которые из-за низкой надежности и дороговизны запчастей стали неэффективными. По данным М.А.Халфина [124], в настоящее время 80%-й ресурс отремонтированных двигателей СМД-62 не превышает 500-570 мото-ч. вместо 4500 по нормативу. Многие ремонтно-технические предприятия (РТП), имея лицензию, назревшую проблему начали решать заменой силовых агрегатов СМД на ЯМЗ - 236.

По сведениям Министерства сельского хозяйства Чувашской Республики (15.02.2005 г., № 02 - 13/63), количество сельскохозяйственных машин с силовыми агрегатами СМД - 31, 60/61, 62/63, 66, 72/73 на территории республики составляет 723 шт. В целом по России насчитывается около 70 - 80 тыс. шт. сельскохозяйственных машин с силовыми агрегатами СМД -31, 60/61, 62/63, 66, 72/73. Количество топливных насосов еще больше, так как они поступают в качестве запчастей и имеются в обменном фонде агрегатов.

Актуальность работы. Технико-экономические и экологические показатели автотракторных дизелей во многом определяются техническим состоянием и качеством работы основных элементов топливного- насоса высокого давления (ТНВД). В процессе эксплуатации ТНВД вследствие износа деталей нарушаются регулировочные параметры, которые приводят к постепенным отказам топливных насосов. Исследования показали, что до 40% отказов тракторов происходят из-за неисправности топливной аппаратуры.

Основными элементами ТНВД, от которых главным образом зависит его работоспособность, являются прецизионные пары: плунжерные и нагнетательные клапаны. Уровень их надежности определяется конструктивными, технологическими и эксплуатационными факторами. Исследованиями ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» установлено, что по причине конструктивно-технологического несовершенства, низкого качества сборки и нарушения правил эксплуатации интенсивность поступления на ремонтные предприятия ТНВД НД-21 в 1,7 раза выше, чем НД-22. Тем не менее ТНВД НД-22 не нашел широкого применения у сельскохозяйственных товаропроизводителей из-за высокой стоимости ремонта, что привело к накоплению их ремонтного фонда на ремонтных предприятиях. Между тем за последние годы резко сократился парк исправных машин у сельскохозяйственных товаропроизводителей, что также способствовало накоплению неработоспособных ТНВД и у них.

Установлено, что до 50 % прецизионных пар ТНВД распределительного типа, поступивших на ремонтные предприятия, имеют остаточный ресурс, в отдельных случаях соизмеримый с межремонтной наработкой.

В связи с этим научные исследования, направленные на повышение долговечности распределительных ТНВД из имеющегося» ремонтного фонда, являются актуальными и имеют научную и практическую значимость.

Диссертационная работа выполнена в соответствии, с планом НИОКР ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» и с положениями «Стратегии машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010г.» [128].

Объект исследования: двухплунжерные ТНВД распределительного типа НД-22/6, утратившие работоспособность по критерию минимума пусковой подачи топлива.

Предмет исследования: закономерности изменения характеристик ТНВД в зависимости от износа плунжерных пар, технологии восстановления работоспособности ТНВД распределительного типа и ресурс их работы.

Цель исследования: повышение ресурса распределительных топливных насосов высокого давления методом создания ремонтных деталей и использования неизношенных участков деталей плунжерной пары.

Методика исследования. Методологической основой исследований является теория потенциала работоспособности машин, разработанная проф. Дехтеринским Л.В., дополненная положением, в соответствии с которой возможность восстановления работоспособности обусловлена наличием скрытой части активного потенциала, которая реализуется путем модернизации конструкции.

В качестве основных методик в теоретических исследованиях применялись системные исследования (системный подход и системный анализ), логика научных исследований, положения теории надежности и теории вероятностей, математическое моделирование. Экспериментальные исследования проведены с применением теории планирования экспериментов с использованием методов математической статистики, статистического и регрессионного анализа, современных приборов и вычислительных средств.

Научную новизну результатов исследования представляют:

- аналитические зависимости и математические модели для оценки технического состояния плунжерных пар распределительного ТНВД НД-22/6 по величине износа в характерных участках и найденные технические решения для использования неизношенных участков как скрытого потенциала работоспособности;

- способ восстановления работоспособности распределительных ТНВД путем модернизации для продления их ресурса (патент на изобретение № 2331787 и патент на полезную модель № 74168).

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: применением средств измерения параметров топливоподачи высокого давления, использованием средств•: испытаний ТНВД и сопоставлением: полученных данных и зависимостей с результатами прямых измерений, результатами^ теоретических и экспериментальных исследований, результатами производственных испытаний модернизированного насоса;

Практическая значимость работы заключается в разработке методики выявления:, и реализации; остаточного . ресурса плунжерных, пар распределительного ТНВД;, а также в разработке и применении в- ремонтном производстве технологии, повышения долговечности распределительных ТНВД путем их модернизации.

Реализация результатов исследований. Разработанные организационно-технологические мероприятия по восстановлению работоспособности ТНВД распределительного типа дизелей методом ремонтных деталей при их модернизации применены в ОАО «Моргаушскагропромтехсервис» Чувашской Республики, в ряде: хозяйств Чувашской; Республики, а также используются'в учебном процессе в ФГОУ В ПО «Чувашская ГСХА».

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации докладывались/ на . научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» (2003.2010 г.г.); на научно-практической конференцииг СПГАУ в 2005; на Международной научно-технической конференции «Научные проблемы развития ремонта,, технического* обслуживания; машин, восстановления и упрочнения деталей», ГНУ ГОСНИТИ, 2008 г., 2009 г. и 2011 г.

Положения, выносимые на защиту:

- аналитические зависимости и математическая модель для оценки технического состояния плунжерных пар распределительного ТНВД НД-22/6 по величине износа в характерных участках и найденные технические решения для использования неизношенных участков как скрытого потенциала работоспособности;

- результаты теоретических И: экспериментальных" исследований влияния износов деталей.плунжерной пары на величину утечек топлива;

- результаты экспериментальных исследований модернизированных

ТНВД; - результаты производственных испытаний, применения и технико-экономической оценки результатов исследований.

Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в 11 печатных работах, из которых 2 работы опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК Федерального агентства по образованию РФ, и 2 патента РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, приложений, списка литературы из 149 наименований. Общий объем диссертации составляет 176 страниц, в том числе на 161 странице изложен основной текст с 64 рисунками и 27 таблицами.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве», Иванов, Владимир Андреевич

Результаты исследования влияния угла поворота плунжера на цикловую подачу топлива и давление, развиваемое плунжерной парой в зависимости от профиля кулачка вала насоса, представлены в таблицах 4.5 - 4.7 и на рисунках 4.23 -4.25.