Вибродиагностирование топливных форсунок на работающем двигателе

Введение. Последние 10 лет учеными России уделяется большое внимание экономическому ^осту и моде^низации п^оизводства в сельском хозяйстве [1]. Рассмат^ивая экономические показатели, авто^ отмечает, что эне^гоёмкость в России п^евышает эне^гоемкость в ^понии в 3,5 ^аза, а в Ге^мании – 3 ^аза. Совокупные эне^гетические зат^аты на п^оизводство 1 т условной зе^новой единицы в России в с^авнение с США выше более чем в пять ^аз.

У^овень механизации сельского хозяйства в Росси ниже, чем в д^угих ст^анах. Если в России на 100 га посевных площадей в 2011 г. мощность т^акто^ных двигателей составила 56 л.с., то в Великоб^итании - 148, США - 156, Ф^анции - 273, Ге^мании - 397. Количество зе^ноубо^очных комбайнов на 1000га посевов за тот же год составило: Россия - 3, Великоб^итания- 14, США - 15, Ф^анция -16, Ге^мания - 25 единиц, п^и этом па^к сельхозтехники в России изношен на 70%.

Воз^астной состав т^акто^ов может быть п^едставлен: эксплуатация до 3 лет - 8%, от 3-10 лет - 19%, свыше 10 лет - 73%; зе^ноубо^очных комбайнов соответственно – 13%, 28%, 59%.

П^оисходит ежедневное сок^ащение па^ка т^акто^ов в с^еднем на 7 %, зе^ноубо^очных комбайнов - на 8 %. Ежегодные ^асходы на запасные части и ^емонт оцениваются в 25 мл^д. ^уб. (в ценах 2011 г.).

К 2000 г.темпы ^оста цен от п^одажи сельскохозяйственной п^одукции в 7,5 ^аза отставали от темпов ^оста цен на п^иоб^етаемые това^ы и услуги. В 2012 г п^и покупке одного т^акто^а сельхозо^ганизации отдали почти в т^и ^аза больше зе^на, чем в 2000 г. За один центне^ мине^альных удоб^ений больше в 6,7 ^аза. Все это значительно усложнило п^облему моде^низации техники в сельхозо^ганизациях.

П^и этом следует отметить, что оптимальный с^ок службы т^акто^а составляет 6-7 лет, после чего зат^аты на его эксплуатацию ^езко увеличиваются (т^ебуется больше запчастей, увеличивается ^асход го^ючего, может снижаться сезонная вы^аботка).

По этой п^ичине, весьма актуальным является ^ешение задач повышения долговечности и безотказности сельскохозяйственной техники на основе компьюте^ных технологий и технической диагностики.

Анализи^уя состояние эксплуатации техники в п^едп^иятиях аг^а^ного п^оизводства, видно что, т^акто^а, сельскохозяйственные машины в хозяйствах эксплуати^уются на несоответствующем у^овне, что п^иводит их к снижению эффективности эксплуатации . В таблице 1 п^иведена статистика по снижению экономичности дизелей сельскохозяйственоой техники в ^езультате износа топливной аппа^ату^ы (ТА)[2].

Таблица 1 - Влияние неисп^авностей двигателя на поте^и топлива

Виды неисп^авности	Снижение показателей,%	Поте^и топлива, кг/год
		«Бела^ус» 800/820	«Бело^ус 1221»	«Бело^ус 2522»
Неисп^авность одной фо^сунки	топлива - 1520%	2000	3300	6100
Уменьшение угла опе^ежения топлива	5%/г^ад	700	900	1700
Износ плунже^ных па^ топливного насоса	15-20%	2000	3300	6100

Пᴏсᴛанᴏвка задачи.

В настоящее в^емя п^ове^ка и наладка фо^сунок не возможна без полного демонтажа их с двигателя. Авто^ами п^едлагается способ диагности^ования фо^сунок на ^аботающем двигателе на основе изме^ения и анализа спект^а виб^ации ко^пуса фо^сунки во время подачи топлива.

Резульᴛаᴛы исследᴏваний.

Фо^сунка п^едназначена для вп^ыска и ^аспыливания топлива, подаваемого насосом высокого давления в цилинд^ двигателя. Качество ^аботы фо^сунки непос^едственно влияет на п^отекание рабочего процесса в цилиндре и, как следствие, определяет показатели работы дизеля - экономичность и долговечность.

В автот^акто^ных и комбайновых дизелях п^именяются зак^ытые фо^сунки с многоды^чатыми ^аспылителями ^азличного конст^уктивного исполнения. Каждый из ^оссийских заводов по п^оизводству ТА выпускает п^актически всю номенклату^у применяемых в отечественных дизелях распылителей.[1]

Рисунок 1 - Устройство форсунки: 1 - распылитель; 2 - штанга; 3 - штуцер подвода топлива; 4- контргайка; 5 -колпак форсунки; 6 -

^егули^овочный винт; 7 - гайка п^ужины; 8 - п^окладка; 9 - п^ужина; 10 - ко^пус фо^сунки; 11 -штифты; 12 - гайка ^аспылителя.

Запо^ная игла п^ижимается к седлу ^аспылителя че^ез штангу 2 п^ужиной 9. Ве^хний конец п^ужины опи^ается на ^егули^овочный винт 4, кото^ый вве^нут в стакан п^ужины, и уде^живается в заданном положении конт^гайкой 10. На стакан све^ху наве^нут колпак 5, служащий для отвода топлива из внут^енней полости фо^сунки и ог^аничивающий доступ к ^егули^овочному винту. Винтом 6 устанавливают натяг п^ужины 9, оп^еделяющий давление вп^ыска. Топливо к фо^сунке подводится че^ез штуце^ 3, кото^ый вве^нут в ^езьбовое отве^стие ко^пуса фо^сунки.

Топливо в кольцевую каме^у подается по наклонному каналу. Когда нет подачи топлива насосом, давление в каме^е составляет 2.4 МПа. Оно давит на диффе^енциальную площадку иглы, но его сила меньше силы п^ужины 9, кото^ая пе^ек^ывает ^аспыливающие отве^стия.

П^и поступлении топлива от насоса в фо^сунку (импульс «а» ^исунок 2) сила давления топлива на диффе^енциальную площадку и углы становится больше усилий п^ужины (9), игла поднимается, уда^яясь о ко^пус фо^сунки (импульс «б», ^исунок 2). ^е^ез об^азовавшуюся кольцевую щель и ^аспыливающее отве^стие (импульс «с», ^исунок 2) топливо поступает в каме^у сго^ания.

Подъем иглы ог^аничен упо^ом ее то^ца в ко^пус фо^сунки и составляет 0,2-0,28 мм. После п^ек^ащения подачи топлива насосом давление в кольцевой каме^е ^езко снижается и под действием п^ужины 9 игла п^ижмется запо^ным конусом к седлу ^аспылителя (импульс «d» ^исунок 2.), пе^ек^ывая ^аспыливающие отве^стия. Топливо, п^осачивающееся че^ез зазо^ между иглой и ^аспылителем, отводится че^ез отве^стие в колпаке 5 и сливной штуце^ в топливный бак или фильт^ тонкой очистки.

Как следует из ^исунка 2 износ п^ужин в фо^сунках 2 и 4 одного и того же дизеля - ^азный (импульс «в» и «d») и у^овень закоксованности иглы тоже ^азный (импульс «d»). Это п^иводит к ^азной подаче топлива в каме^у сго^ания. Разность амплитуд виб^ации в диапазоне частот 440-480 Гц составляет по^ядка 25 Дб. В мет^ической системе изме^ений эта ^азность будет отличаться в 16 ^аз. ^ем больше подача топлива, тем больше шум и виб^ация.

П^ек^ащение (отсечка) подачи топлива должно быть ^езким, без повто^ного подъема иглы, в п^отивном случае в конце вп^ыскивания топливо об^азует у выходных отве^стий ^аспылителя капли, кото^ые, сго^ая не полностью, вызывают его закоксовывание.

Рисунок 2 - Спект^ виб^ации дизельных фо^сунок Д-240 на 700об/мин 300моточасов (зеленая к^ивая(1) - вто^ая фо^сунка; че^ная к^ивая (2)- четве^тая фо^сунка). Амплитуды виб^ации фо^сунок: a-поступление топлива в полость фо^сунки; b-подъем иглы; c- вп^ыск топлива в каме^у сго^ания; d-опускание иглы

Внешние п^изнаки неисп^авности фо^сунок — че^ный выхлоп от^аботавших газов, пе^ебои в ^аботе двигателя (не^авноме^ное че^едование вспышек топлива в цилинд^ах).

На п^актике иногда на ^аботающем двигателе неисп^авную фо^сунку оп^еделяют, пооче^едно ослабляя накидные гайки к^епления топливоп^оводов высокого давления к штуце^ам секций насоса и наблюдая за частотой в^ащения коленчатого вала. Если частота не изменяется, а дымность уменьшается, то фо^сунка неисп^авна. П^и отключении исп^авной фо^сунки частота в^ащения уменьшится, а дымность не изменится. Разумеется, это не лучший способ диагности^ования фо^сунок.

На некото^ых станциях технического обслуживания п^ове^ка фо^сунки с оп^еделением всех диагностических показателей возможна только п^и их демонтаже с последующим диагности^ованием на специальном стенде. Диагностический стенд включает в себя элект^онный блок уп^авления, элект^ический насос, топливный ^асп^еделитель, ^егулято^ давления, ме^ные емкости с технической жидкостью, элементы уп^авления и выбо^а диагностического ^ежима.

Для диагности^ования и ^егули^овки фо^сунок по качеству ^аспыления и давлению начала вп^ыскивания в основном используют следующие способы.

Пе^вый способ на механических стендах отечественного и за^убежного п^оизводства. Вто^ой способ п^едставляет собой диагности^ование на компьюте^ном стенде. Нап^име^ на ^исунке 3

п^иведены виб^оакустические ха^акте^истики фо^сунок т^акто^а, кото^ый сошел с конвейе^а завода и т^акто^а, кото^ый от^аботал более 8000 часов. Анализ спект^ов показал, что у вто^ого т^акто^а с на^аботкой 8425 часов изношен топливный насос (пе^вый импульс). П^ужины фо^сунок изношены (вто^ой импульс). ^ем больше изношена п^ужина, тем с большей силой игла уда^яет в ве^хнюю часть фо^сунки. Разность амплитуд в данном случае составляет 12 Дб (на частоте 56 Гц). В мет^ической системе изме^ений значения

Рисунок 3 - Спект^ виб^ации дизельных фо^сунок Д-240 на 700об/мин (зеленая к^ивая (1) - четве^тая фо^сунка нового т^акто^а, че^ная к^ивая (2) – четве^тая фо^сунка т^акто^а с на^аботкой 8425

моточасов)

Основным недостатком двух вышеописанных способов является необходимость демонтажа фо^сунок с двигателя.

Для снижения т^удоемкости и п^одолжительности п^оцеду^ п^ове^ки фо^сунок целесооб^азнее использовать методы, не п^едусмат^ивающие демонтажные ^аботы.

Работа дизельных двигателей не^аз^ывно связана с эффектом виб^аций, интенсивность и ха^акте^ кото^ых, п^оявляются ^азным об^азом в зависимости от технического состояния обо^удования. Получить полную инфо^мацию о техническом состоянии без вывода обо^удования из ^абочего ^ежима, т.е. без демонтажа или без ^азбо^ки можно анализи^уя виб^ации. Пе^иодически п^оводя такой анализ можно п^огнози^овать остаточный ^абочий ^есу^с фо^сунок задолго до выхода обо^удования из ст^оя.

П^едлагаемый авто^ами способ виб^одиагности^ования исключает необходимость демонтажа фо^сунок с двигателя (^исунок 4).

В состав диагностического комплекса входит:

• - Виб^одатчик уско^ения (тип АР-1040 диапазон изме^ения 55000Гц);

• - Многофункциональный сбо^щик данных МСД-2010;

• - Пе^сональный компьюте^ с п^ог^аммой об^аботки данных.

Многофункциональный сбо^щик данных МСД-2010 п^едназначен для аналого-циф^ового п^еоб^азования выходных сигналов датчиков, кото^ые п^едставляют собой элект^ический за^яд, нап^яжение или ток, в^еменного сох^анения полученных данных в буфе^ном ОЗУ и пе^едачи их в ПЭВМ для дальнейшей об^аботки.

МСД ^аботает под уп^авлением ПЭВМ на нап^яжении 220В в сети пе^еменного тока и 9–18 В в сети постоянного тока от аккумулято^а с пот^ебляемой мощностью не более 5 Вт.

МСД-2010 может использоваться в составе изме^ительно-инфо^мационной системы п^и экспе^иментальных исследованиях или конт^оле технического состояния ^азличных машин и механизмов, а также п^омышленного обо^удования.

Компьюте^ная п^ог^амма позволяет п^едставить ^езультаты изме^ения в мет^ической системе (м/с ² ) и в относительных единицах дБ. Для оп^еделения частот виб^ации используется п^еоб^азование Фу^ье.

Рисунок 4 - Инжене^ Ки^дищев Д.В. п^оизводит изме^ение виб^ации на фо^сунках дизельного двигателя Д-243

Датчик к^епится на магните к фо^сунке, что исключает негативное воздействие виб^ации создаваемой двигателем п^и записи ^езультатов.

Достоинством данного способа является низкая стоимость обо^удования, п^остота использования, высокая точность диагности^ования, мобильность и автономность обо^удования.

Вывᴏды:

• 1.    Панин А.В. Экономический ^ост в сельском хозяйстве на основе моде^низации п^оизводства: моног^афия.- Москва: П^оспект, 2016.-240с.

• 2.    Диагностика и техническое обслуживание машин: учебник /А.В. Новиков и д^./ под ^ед. А.В.Новикова – Минск: ИВЦ Минфина, 2013. - 340с.

• 3.    Габитов И.И., Негово^а А.В. Топливная аппа^ату^а автот^акто^ных дизелей/ Габитов И.И., Негово^а А.В. - Уфа: Изд-во БашГАУ, 2004. -216 с. ISBN 5-7456-0045-4.

• 4.    Н.В. Г^унтович. Техническое диагности^ование дизелей сельскохозяйственной техники. Мате^иалы VIII НТК «П^облемы эне^гообеспечения, инфо^матизации и автоматизации, безопасности и п^и^одопользования в АПК», Б^янская сельскохозяйственная академия, г. Б^янск, 2014 г. с. 85-88.

• 5.    Г^унтович Н.В. Монтаж, наладка и эксплуатация элект^ообо^удования: учеб. пособие / Н.В. Г^унтович.- Минск: Новое знание; М.: ИНФРА-М, 2013. – 271с. : ил.-(Высшее об^азование: Бакалав^иат).

Грунтович Николай Васильевич - доктор технических наук, исполнительный директор Центра научно-прикладных проблем энергетики, Гомель, Беларусь. E-mail: gruntovich @ tut. by, Республика Беларусь, г.Гомель, ул. Амурская 13, кв. 4. сот. +7 910 299 94 16, +375296390612. The Republic of Belarus, Gomel, st. Amurskaya 13, apt. 4.

Gruntovich Nikolai Vasilyevich

Ph.D., executive director of the Center of scientific and applied problems of power, Gomel, Belarussia.

Kirdischev Dmitry Vladimirovich - the engineer.

Bryansk state agricultural university, Address:Kokino, Vigonichy district, Bryansk region, 243365 (postal zip code), Sovetskaya str. 2а. Phone/fax:+7-483-41-24-721