Исследование гипотетической возможности улучшения показателей процесса подачи топлива при частичных нагрузках тракторного дизеля

УДК 621.436

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИПОТЕТИЧЕСКОЙ ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ ТОПЛИВА ПРИ ЧАСТИЧНЫХ НАГРУЗКАХ ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ

RESEARCH ON HYPOTHETICAL POSSIBILITY TO IMPROVE INDICES OF

FUEL SUPPLY PROCESS AT TRACTOR DIESEL ENGINES PARTIAL LOADS

В.М. Славуцкий, доктор технических наук, профессор А.В. Курапин, кандидат технических наук, доцент О.Л. Хуранов, инженер Н.К. Иконников, студент

V.M. Slavytskiy, A.V. Kurapin, O.L. Khuranov, N.K. Ikonnikov

Волгоградский государственный технический университет Volgograd State Technical University

Как правило, топливная аппаратура дизелей доводится и регулируется на номинальном режиме и при работе по внешней характеристике. При работе же на эксплуатационных режимах, в особенности на режимах частичных нагрузок (малых подач), нередко наблюдается периодическое чередование величины подачи от цикла к циклу, вызывающее повышенную неравномерность вращения коленчатого вала. При неустановившихся режимах отдельными исследователями также наблюдались отклонения в процессах топливоподачи системой с насосом, форсированным по частоте вращения вала. К тому же, скоростная характеристика насоса при этом - с положительной коррекцией. Всё это создаёт особые условия в системе и изменяет механизм подачи топлива. Эти обстоятельства оправдывают необходимость исследования процесса подачи топлива при частичных нагрузках дизеля. Исследовалась топливная система дизеля Д-144 с топливным насосом УТН-5.

As a rule, a diesel fuel injection equipment is brought and regulated at rated speed and at work at the external characteristic. When working on the same operating conditions, especially at part-load regimes (low innings) a periodic alternation of the supply amount from cycle to cycle is frequently observed, it causes an increase in non-uniformity of the rotation of the crankshaft. When transient modes individual researchers also observed abnormalities in the process of fuel system with a pump, forced on the shaft speed. In addition, the high-speed characteristics of the pump at the same time is with a positive correction. All this creates special conditions in the system and changes the fuel supply mechanism. These circumstances justify the need to study the fuel delivery process of a diesel engine at partial loads. We investigated the fuel system of a diesel engine D-144 with the fuel pump UTN-5.

Ключевые слова: интенсификация, нагнетательная магистраль, частичные нагрузки, номинальный режим, топливная система, регулировочные и конструктивные параметры системы, штуцер насоса, относительное количество сжимаемого топлива, давление впрыскивания топлива.

Key words: intensification, injection pipe, partial loads, rated operation, fuel system, adjusting and design parameters of system, pump nozzle, relative amount of compressed fuel, pressure fuel injection.

Введение. Исследовалась топливная система с удвоенной частотой вращения вала топливного насоса высокого давления. Важной особенностью, запатентованной сотрудниками кафедры «Транспортные машины и двигатели», топливной системы (далее опытной), отличающей ее от штатной (системы), является увеличение цикловой подачи топлива при снижении частоты вращения вала насоса. Это означает, что система обеспечивает скоростную характеристику с положительной коррекцией [6, 5]. Снижение цикловой подачи топлива с повышением частоты вращения вала насоса, также и при частичных нагрузках, указывает на правомерность механизмов,

ИЗВЕСТИЯ'

№ 2 (42), 2016

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

объясняющих это явление при полной нагрузке [7, 2, 3]. При общей тенденции к снижению цикловой подачи топлива при повышении частоты вращения вала насоса, требуется анализ довольно сложного характера изменения Qc как функции частоты вращения вала насоса, что особенно заметно при Qc = 75 %, 50 % и 30 %. Это, по нашему мнению, связано с особенностями действия искажающих факторов [4, 2]. Тем более это вызывает интерес, что при восстановлении (увеличении) цикловой подачи, другим становится характер изменения Qc. Изменяется, но остаётся сложной закономерность изменения Qc при нагрузке 50 % и 30 %. Во всяком случае, уменьшение объема штуцера насоса и повышение жесткости пружины нагнетательного клапана, как и при полной нагрузке, приводят к восстановлению (увеличению) цикловой подачи. Это доказывает схожесть изменений механизма подачи при скоростном форсировании топливного насоса в случае полной и частичной нагрузок [4, 2]. Ранее исследован механизм подачи топлива модернизированной системой на номинальном режиме. На результатах этих исследований и основаны предлагаемые методы изменения конструктивных и регулировочных параметров топливной системы.

Материалы и методы. В соответствии с принятым механизмом подачи топлива в опытной системе, рассчитано отношение объёмов топлива, сжатого в отдельных полостях системы Vсж к объёму цикловой подачи Vс.

При нагрузке 100 % (рисунок 1) в штуцере насоса Уш при пн =2000 мин-1 сжимается больше 100 % поданного плунжером топлива, то есть сжимается в одной из полостей системы топлива больше, чем подано плунжером (цикловая подача). Это однозначно объясняется высоким остаточным давлением в нагнетательной магистрали, что характерно для системы топливоподачи разделенного типа. Меньшее количество топлива сжимается в форсунке. В нагнетательном трубопроводе сжимается до 70 % топлива (рисунок 1). При нагрузке 75 % и пн = 2000 мин-1 в штуцере насоса сжимается 120 % топлива, в нагнетательном трубопроводе - от 70 до 80 %. В полости форсунки сжимается от 25 до 40 % топлива, во всем диапазоне изменения частоты вращения вала насоса. Если нагрузка двигателя 50 %, то в полости штуцера сжимается от 100 до 150 % топлива, поданного плунжером в нагнетательную магистраль. В нагнетательном трубопроводе - 80...100 % топлива. В полости форсунки - 40...50 % топлива.

Рисунок 1- Зависимость относительного количества топлива, сжимаемого в полостях системы от частоты вращения вала насоса пн; Qc = 100 %: 1 - штуцер насоса; 2 - трубопровод; 3 - форсунка

Результаты. Максимальное количество топлива, сжимаемого в полостях системы, отмечено при нагрузке 30 % (рисунок 2). Многими исследователями установлена особенность разделённой системы подачи, заключающаяся в значительном повышении остаточного давления в нагнетательной магистрали, что особенно выражено на частичных нагрузках и на режиме холостого хода. Это объясняет, во-первых, уменьшение цикловой подачи топлива большим количеством его (топлива), сжимаемого в полостях системы, а во-вторых, оправдывает уменьшение, например, объема штуцера насоса для восстановления (увеличения) цикловой подачи [5, 9].

\/сж/\/с — - —г- - —г- - - —г- —г- —|

1,6 1,2 0,8 0,4

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 пн,мин-1 Рисунок 2 - Зависимость относительного количества топлива, сжимаемого в полостях системы, от частоты вращения вала насоса пн; Qc = 30 %: 1 - штуцер насоса; 2 - трубопровод; 3 - форсунка

Обсуждение. Результаты проведенных численных экспериментов, имеют практическое значение. Общеизвестно, что при малых цикловых подачах заметно ухудшается процесс смесеобразования из-за некачественного распыления топлива. Таким образом, изменение конструктивных параметров системы можно рекомендовать как действенный метод интенсификации процесса подачи топлива при частичных нагрузках.

Очень информативным показателем степени интенсивности подачи топлива является давление начала впрыскивания. Обычно при этом, как и в нашем случае, имеют в виду давление перед сопловыми отверстиями распылителя.

Установлено повышение Рмах и Рср по мере скоростного форсирования топливного насоса. Особенно это касается нагрузок 100 и 75 %, и менее заметно при нагрузках 50 и 30 %. Среднее давление впрыскивания Рср при нагрузке 50 % незначительно повышается по сложному закону и практически не изменяется при нагрузке 30 %. Отношение среднего давления впрыскивания к максимальному Рср / Рмах, во всем диапазоне исследуемых нагрузок, уменьшается. Наиболее это выражено при нагрузке 30 % [9].

Предпринята попытка повысить давление впрыскивания топлива при нагрузке 30%. Поскольку, как уже можно считать доказанным, при скоростном форсировании насоса изменение в механизме подачи топлива, при полной и частичной нагрузках, качественно одинаковы, то вполне оправдано использование таких же (по существу) перенастроек системы, что и при восстановлении (увеличении) подачи, когда нагрузка полная [1, 3, 5].

Уменьшался объем штуцера от 2,74 до 0,5 см . Уменьшался диаметр отсечного отверстия от 3 до 1 мм. Повышалась жесткость пружины нагнетательного клапана от 82 до 200 Н/см.

В результате численных экспериментов выяснено следующее. При Qc=30 % наибольшее значение Рмах = 45 МПа достигается при уменьшении объёма штуцера (рисунок 3). Среднее давление Рср =18,2 МПа можно обеспечить путем уменьшения диаметра отсечного отверстия до 1,0 мм, или путем уменьшения объема штуцера до 0,5см3' Высокое значение Рср / Рмах во всем диапазоне частоты вращения вала насоса отмечено при диаметре отсечного отверстия 0,15 мм (рисунок 3). Наибольшее отношение Рср / Рмах - при диаметре отсечного отверстия 0,10 мм, но только в диапазоне изменения пн от 1000 до 1400 мин -1 Очень незначительно на Рмах влияет жесткость пружины нагнетательного клапана. В диапазоне частот вращения вала от 1200 до 1700 мин-1 увеличение жесткости пружины повышает Рмах на 3-5 МПа. Очень мало изменяется этот параметр при изменении пн от 1800 до 2000 мин-1.

Ртах, МПа 45

40

35

30

25

20

15

10

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 tlH, MUH

Рисунок 3 - Зависимость максимального давления Рмах от частоты вращения вала насоса пн: опытная система (уменьшался объем штуцера насоса Уш); Qc=30 %

Среднее давление впрыскивания топлива по мере повышения жесткости

пружины увеличивается на 2-3 МПа в диапазоне изменения пн от 1300 до 1900 мин-1.

Отношение Рср /Рмах повышается по мере увеличения жесткости пружины

нагнетательного клапана в диапазоне изменения пн от 1200 до 1800 мин-1. Давление,

при котором начинается подъем иглы распылителя, называют давлением начала подачи

топлива Рф. Исследовалось влияние давления начала подачи топлива Рф на

максимальное давление впрыскивания Рмах при различных нагрузках. Если нагрузка

дизеля 100 %, то во всем исследуемом диапазоне пн увеличение Рф приводит к

повышению Рмах. Наибольшее влияние оказывают Рф в диапазоне изменения пн от 1 1 1000 до 1300 мин- и в диапазоне от 1800 до 1900 мин- ' При нагрузке 75 % и

изменении частоты вращения вала насоса пн от 1400 до 2000 мин-1 повышение Рф

приводит к увеличению максимального давления впрыскивания от 17 до 25 МПа.

Несколько больше влияет Рф на Рмах в том же диапазоне изменения пн при нагрузке 50

%. Обратное влияние Рф =25 МПа оказывает на Рмах при нагрузке 30 %. В диапазоне

изменения пн от 1300 до 1700 мин-1 повышение Рф до 25 МПа приводит к снижению

Рмах на 1,3 МПа. Следовательно, увеличение давления начала подачи для повышения

максимального давления впрыскивания можно рекомендовать только при нагрузках

100, 75 и 50 % [1]'

При нагрузке 30 % повышение давления впрыскивания топлива Рф в диапазоне изменения пн от 1000 до 2000 мин-1 приводит к сокращению продолжительности процесса впрыскивания. Максимальное сокращение продолжительности процесса впрыскивания составляет 0,5..0,8 град. при пн = 1200, 1600 и 2000 мин-1.

Заключение. По результатам численных экспериментов, с использованием математических моделей и программного комплекса (разработаны на кафедре «Транспортные машины и двигатели» Волгоградского государственного технического университета), можно заключить, что в качестве методов интенсификации процесса подачи топлива в дизеле при частичных нагрузках следует применять скоростное форсирование топливного насоса и изменение конструктивных и регулировочных параметров топливной системы. Эффективным способом интенсификации является уменьшение объема штуцера насоса и диаметра отсечного отверстия.

Библиографический список

1. Дозирование цикловой порции топлива в дизеле при интенсификации процесса подачи [Текст]/ В.М. Славуцкий, В.И. Липилин, З.Х. Харсов, О.Л. Хуранов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - № 2. - C. 130-138.

2. Зубченко, В.А., Исследование возможности интенсификации процесса подачи топлива дизеля [Текст] : специальность 05.04.02: дисс. канд. техн. наук / В.А. Зубченко. -Волгоград, 1998. - 260 с.

3. Зубченко, В.А. Интенсификация процесса подачи топлива в дизеле [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.04.02: защищена 26.06.1998: утв. / Зубченко Владимир Александрович. -Волгоград, 1998. - 243 с.

4. Показатели тракторного дизеля при скоростном форсировании топливного насоса [Текст]/ В.М. Славуцкий, А.М. Ларцев, Н.Н. Косырева, З.Х. Харсов // Известия ВолгГТУ. Серия «Процессы преобразования энергии и энергетические установки» : межвуз. сб. науч. ст. / науч. ред. Е. А. Федянов; ВолгГТУ. - Волгоград, 2008. - Вып. 1, № 6. - C. 63-68.

5. Салыкин, Е.А. Улучшение показателей процесса топливоподачи в дизеле путем скоростного форсирования насоса высокого давления [Текст]: специальность 05.04.02: дисс. канд. техн. наук / Е.А. Салыкин. - Волгоград, 2003. - 264 с.

6. Способ регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля [Текст]: пат. № 2187688 Рос. Федерация, МПК7 F 02 M 63/04 / В.М. Славуцкий, В В. Славуцкий, В.А. Зубченко,

A.В. Курапин, В.И. Липилин, А.М. Ларцев, В.О. Ульянов, Е.А. Салыкин; заявитель и патентообладатель Волгоград. гос. техн. ун-т. - № 2000128585/06; заявл. 15.11.2000; опубл. 20.08.2002. бюл № 23.

7. Способ регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля [Текст] : пат. 2330176 РФ, МПК F 02 M 63/04. /В.М. Славуцкий, Ю.В. Белозубов, З.В. Каныгин, З.Х. Харсов; ВолгГТУ. - 2008.

8. Устройство управления топливоподачей дизеля [Текст]: пат. № 2260145 Рос. Федерация, МПК7 F 02 M 59/36. / Славуцкий В. М., Славуцкий В. В., Поляков Д. А., Липилин

B. И., Ларцев А. М., Салыкин Е. А., Бажин К. Л.

9. Улучшение показателей процесса подачи топлива при частичных нагрузках дизеля [Текст]/ В.М. Славуцкий, О.Л. Хуранов, З.Х. Харсов, З.В. Каныгин // Известия ВолгГТУ. Серия «Процессы преобразования энергии и энергетические установки» : межвуз. сб. науч. ст. / науч. ред. Е. А. Федянов; ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - Вып.3, № 8. - C. 40-43.

Reference

1. Dozirovanie ciklovoj porcii topliva v dizele pri intensifikacii processa podachi [Tekst]/ V.M. Slavuckij, V.I. Lipilin, Z.H. Harsov, O.L. Huranov // Izvestija Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2009. - № 2. - P. 130-138.

2. Zubchenko V.A. Issledovanie vozmozhnosti intensifikacii processa podachi topliva dizelja: special'nost' 05.04.02 [Tekst] : diss. kand. tehn. nauk / V.A. Zubchenko; VolgGTU. - Volgograd, 1998. - 260 p.

3. Zubchenko, V.A. Intensifikacija processa podachi topliva v dizele: dis. ... kand. tehn. nauk: 05.04.02: zashhishhena 26.06.1998: utv. / Zubchenko Vladimir Aleksandrovich. - Volgograd, 1998. -243 p.

4. Pokazateli traktornogo dizelja pri skorostnom forsirovanii toplivnogo nasosa / V.M. Slavuckij, A.M. Larcev, N.N. Kosyreva, Z.H. Harsov // Izvestija VolgGTU. Serija «Processy preobrazovanija jenergii i jenergeticheskie ustanovki» : mezhvuz. sb. nauch. st. / nauch. red. E. A. Fedjanov; VolgGTU. - Volgograd, 2008. - Issue 1, № 6. - P. 63-68.

5. Salykin, E.A. Uluchshenie pokazatelej processa toplivopodachi v dizele putem skorostnogo forsirovanija nasosa vysokogo davlenija: special'nost' 05.04.02: diss. kand. tehn. nauk / E.A. Salykin; VolgGTU. - Volgograd, 2003. - 264 p.

6. Sposob regulirovanija podachi topliva v cilindry dizelja [Tekst]: pat. № 2187688 Ros. Federacija, MPK7 F 02 M 63/04 / V.M. Slavuckij, V.V. Slavuckij, V.A. Zubchenko, A.V. Kurapin, V.I. Lipilin, A.M. Larcev, V.O. Ul'janov, E.A. Salykin; zajavitel' i patentoobladatel' Volgograd. gos. tehn. un-t. - № 2000128585/06; zajavl. 15.11.2000; opubl. 20.08.2002. bjul № 23.

7. Sposob regulirovanija podachi topliva v cilindry dizelja [Tekst]: pat. 2330176 RF, MPK F 02 M 63/04. / V.M. Slavuckij, Ju.V. Belozubov, Z.V. Kanygin, Z.H. Harsov; VolgGTU. - 2008.

8. Ustrojstvo upravlenija toplivopodachej dizelja [Tekst] : pat. № 2260145 Ros. Federacija, MPK7 F 02 M 59/36. /Slavuckij V. M., Slavuckij V. V., Poljakov D. A., Lipilin V. I., Larcev A. M., Salykin E. A., Bazhin K. L.

9. Uluchshenie pokazatelej processa podachi topliva pri chastichnyh nagruzkah dizelja [Tekst] / V.M. Slavuckij, O.L. Huranov, Z.H. Harsov, Z.V. Kanygin // Izvestija VolgGTU. Serija «Processy preobrazovanija jenergii i jenergeticheskie ustanovki»: mezhvuz. sb. nauch. st. / Nauch. red. E. A. Fedjanov; VolgGTU. - Volgograd, 2011. - Issue 3, № 8. - P. 40-43.

E-mail: viktorslav39@gmail.com

УДК 631.33.024.2:633.16:631.8

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОСЕВНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ СЕЯЛКИ НА СКОРОСТЬ СЕМЯН И ГИДРОГЕЛЯ

ПРИ ИХ ПОДАЧЕ В РЯДОК

INFLUENCE OF DESIGN PARAMETERS OF SEEDING DRILLS SPEED AND SEEDS HYDROGELS WHEN SUBMITTING THEM TO THE ROW

А.Н. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.В.Тимошенко, аспирант С.И. Богданов, кандидат технических наук, доцент A.N. Tseplyaev, V.V. Timoshenko, S.I. Bogdanov

Волгоградский государственный аграрный университет

Volgograd State Agricultural University

Рациональное применение удобрений позволяет получать ежегодно высокие устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур. Одним из наиболее эффективных способов использования удобрений является внесение их в жидком виде, то есть в более доступной и легкоусвояемой для растений форме. На данный момент наша промышленность выпускает огромное количество машин и оборудования для внесения жидких удобрений [9, 10]. Однако, как бы правильно ни применяли современные технологии внесения, растения используют только незначительную их часть. Вызвано это тем, что данные удобрения имеют высокую летучесть и легко вымываются в нижние слои почвы. Во избежание вышеперечисленных проблем, нами