Анализ погрешностей, вносимых конструктивными элементами стендов, на точность измерения параметров топливоподачи

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

2. Немцов, А.Е. Система технического сервиса в АПК / А.Е. Немцов. - Новосибирск, 2002. - 264 с.

3. Сухоставец, П.Г. Организационно-экономические основы технического оснащения села / П.Г. Сухоставец, А.С. Велиев, В.Д. Васин. - М.: ПРОДЭКО, 2005. - 382 с.

4. Вольф, А.К. Совершенствование обеспечения системы технического сервиса лесных машин запасными частями: на примере ОАО «КРАСЛЕ-СМАШ»: дисс. ... канд. техн. наук: 05.21.01 / А.К. Вольф. - М., 2006 - 125 с.

5. Конкин, Ю.А. Технический сервис - опыт и перспективы развития / Ю.А. Конкин, И.Г. Голубев,

М.Ю. Конкин, В.Н. Кузьмин. - М.: Росинформаг-ротех, 2011.- 340 с.

6. Сиротов, А.В. К вопросу применения нанотехнологий и наноматериалов в лесном машиностроении / А.В. Сиротов, Ю.А. Ша-марин, В.И. Панферов, К.В. Селиванов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - № 7. - 2012. -С. 147-149.

7. Селиванов, К.В. Диагностирование дизе-

лей лесных машин, работающих на биотопливе / К.В. Селиванов // Вестник

МГУЛ - Лесной вестник. - № 1. - 2013. -С. 142-145.

АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ, ВНОСИМЫХ КОНСТРУКТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СТЕНДОВ,

на точность измерения параметров топливоподачи

A. В. СИРОТОВ, проф. каф. ЭТЭ ПЛКМГУЛ, д-р техн. наук,

B. А. МАКУЕВ, проф. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, д-р техн. наук,

В.М. КОРНЕЕВ, доц. каф. ремонта и надежности машин ФГБОУВПО Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, канд. техн. наук,

Ю.А. ШАМАРИН, доц. каф. технологии машиностроения и ремонта МГУЛ, канд. техн. наук, К.В. СЕЛИВАНОВ, ст. препод. кафедры ЭТЭ ПЛК МГУЛ

По результатам производственных испытаний и исследованиям эксплуатационных характеристик конструктивных систем стендов установлено, что на процесс испытания и регулирования топливных насосов высокого давления (ТНВД) воздействуют незаметные для регулировщика входные и выходные факторы. К входным факторам можно отнести систему привода и систему топливоподачи, а к выходным - пропускную способность форсунок и нагнетательных трубопроводов, систему измерения подачи топлива [1-3]. Все эти погрешности в совокупности и приводят к значительным общим потерям точности при измерении диагностируемых параметров топливоподачи.

Влияние мензурочной измерительной системы

В настоящее время во всех отечественных стендах для испытания и регулирования ДТА измерение подачи топлива основано на считывании показаний объема топлива, собранного в стеклянную мерную емкость

selivanov_kv@mail.ru

за определенное число циклов. Технические характеристики мерных емкостей представлены в таблице.

Проанализируем основные причины, вызывающие возникновение случайных погрешностей. Возникновение погрешности слива топлива связано с взаимодействием молекул топлива и материала, из которого изготовлена мерная емкость. Это взаимодействие приводит к «прилипанию» топлива к стенкам мерной

Таблица

Технические характеристики мерных емкостей

Наименование показателя Значение показателя

Сосуд емкостью 40 мл Сосуд емкостью 135 мл

Вместимость (номинальная),

мл 40 135

Цена деления, мл 0,2 1,0

Вместимость, соответствующая

нижней отметке шкалы, мл 14 40

Габаритные размеры, мм 17,4x320 28,4x320

Масса, кг 0,070 0,117

12

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

емкости. В результате, после слива топлива из мензурок, небольшая его часть остается в мерной емкости, что при последующем измерении приводит к увеличению количества топлива, фактически поданного насосом.

Компенсировать погрешность слива топлива можно достаточно длительной выдержкой (до 2 мин) мерной емкости горловиной вниз, что в условиях испытаний насосов приводит к снижению производительности труда. Величина этой погрешности в значительной мере зависит от температуры (вязкости) топлива, степени очистки внутренних поверхностей мepных емкостей, уровня вибрации стенда, величины смоченной внутренней поверхности мерной емкости, а также от других факторов, связанных с особенностями физического состава и технологии изготовления мерных емкостей.

Погрешность осаждения топлива, так же как и погрешность слива топлива, обусловлена явлением смачивания внутренних поверхностей мерной емкости. В рассматриваемом классе мензурочных систем погрешность возникает в связи с неполным стеканием топлива с внутренних поверхностей мерной емкости в интервале времени между прекращением подачи топлива в мерную емкость и моментом считывания показаний собранного топлива в каждой мерной емкости. Из определения погрешности осаждения следует, что она, в отличие от погрешности слива, уменьшает фактически собранный объем топлива за период измерения. Для стабилизации стекания топлива с внутренних поверхностей мерных емкостей (стабилизация погрешности осаждения) перед считыванием показаний необходимо осуществлять тридцатисекундную выдержку времени. Погрешность осаждения зависит от тех же факторов, что и погрешность слива. Однако необходимо отметить, что если при увеличении заполнения мерных емкостей топливом погрешность слива увеличивается, то погрешность осаждения может уменьшаться, так как в этом случае уменьшается площадь смоченной поверхности выше уровня раздела сред «воздух-топливо».

Шкальная погрешность имеет место при считывании показаний по шкалам мер-

ных емкостей промышленного изготовления. Она обусловливается наличием мениска на поверхности раздела сред «воздух-топливо», а также неудобным для считывания показаний положением глаз оператора относительно шкалы мерных емкостей. При нормальных условиях испытания шкальная погрешность может равняться половине цены деления шкалы мерных емкостей, а в неблагоприятных - достигать величины цены деления шкалы. Влияние шкальной погрешности можно свести к минимуму конструктивно, путем использования в стендах мензурочной системы с нижним наполнением и принудительным вытеснением топлива из мерных емкостей.

Погрешность градуировки обусловлена технологией изготовления и конструкцией мерных емкостей (номинальная вместимость; цена деления; вместимость, соответствующая нижней отметке шкалы). Погрешность градуировки уменьшается при использовании мерных емкостей с рабочим объемом 40 и 135 мл, ценой деления 0,1 и 0,2 мл и нижней отметкой шкалы, начинающейся с нуля.

Погрешность, вносимая счетчиком циклов, приводит к попаданию в мерные емкости количества доз (единичных впрысков) топлива, больше или меньше установленного оператором. Погрешность циклов связана в основном с механизмом, который приводит в действие счетчик циклов. Погрешность счетчика и механизма привода лотка составляет один впрыск и наиболее весома при проведении измерений с использованием мензурок с наименьшим объемом (40 мл). Например, если вместо 100 заданных впрысков в мерные емкости попадает количество топлива от 103 впрысков, то при величине цикловой подачи топлива 200 мм3 (0,2 см3) ошибка циклов составит 0,4 ммЗ .

Наряду с отмеченными погрешностями в рассматриваемой мензурочной системе могут проявляться погрешности, которые трудно выявить и оценить. Например, на величину объема топлива, собранного за период измерения, влияет наличие пузырьков нерастворенного воздуха в топливе, разбрыз-

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 2/2014

13

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

гивание струи топлива лотком при перекрытии горловины, различие в гидравлическом сопротивлении отдельных линий нагнетания топлива и т.п.

Анализ погрешностей, вносимых мензурочной системой измерения подачи топлива, показывает, что наличие остаточного количества топлива в мерных емкостях, точность считывания оператором уровня мениска топлива по наружной шкале мерных емкостей, наличие пузырьков воздуха в мерных емкостях на поверхности раздела сред «воздух-топливо» вносят существенные погрешности в процесс измерения цикловой подачи топлива и являются достаточно значимыми. Согласно нормативным требованиям, номинальная погрешность измерения цикловой подачи топлива должна быть не более 1 %.

Также необходимо отметить, что еще одним существенным недостатком мензурочной системы измерения подачи топлива является повышенная экологическая опасность для оператора, связанная с выделением паров топлива в окружающую среду и их влиянием на состояние здоровья оператора.

При использовании мензурочных систем измерения подачи топлива считывание показаний по шкале 12-ти мерных емкостей вызывает повышенное напряжение зрения оператора (связано с небольшим расстоянием между соседними штрихами шкал), что приводит к повышению его утомляемости.

Таким образом, можно констатировать, что основными критериями совершенствования системы измерения подачи топлива должны быть:

- уменьшение погрешности измерения до 0,5 %;

- повышение производительности измерения не менее чем в 2 раза;

- повышение экологической безопасности для оператора.

Учитывая вышесказанное, стоит также отметить, что в последнее время ведутся исследования по разработке альтернативных методов диагностирования цикловой подачи дизельных топливных насосов высокого давления [4, 5].

Так, К.В. Селивановым [6] предложено диагностировать цикловую подачу ТНВД расчетным методом по разработанной им математической модели на основании измерения смежных параметров работы дизельной топливной аппаратуры: давление начала впрыскивания топлива и продолжительности впрыскивания, выраженного через разницу углов положения кулачкового вала в топливном насосе высокого давления в начале и конце топливоподачи.

Современные исследования и разработки авторов на их основе направлены на уменьшение погрешности диагностирования контролируемых параметров путем исключения или уменьшения факторов, их создающих. Использование расчетно-вычислительной техники, оптимальной компоновки диагностических стендов с применением современных измерительных датчиков и максимальное исключение человеческого фактора при проведении диагностировании положительно сказывается на точности получаемых данных.

Библиографический список

1. Габитов, И.И. Топливная аппаратура автотракторных дизелей / И.И. Габитов, А.В. Неговора. - Уфа: БГАУ, 2004. - 216 с.

2. ГОСТ 10578-96. Насосы топливные дизелей. Общие технические условия. - Минск: ИПК издательство стандартов, 1997. - 17 с.

3. Руководство по испытанию и регулировке топливной аппаратуры тракторных, комбайновых и автомобильных дизелей. - М.: ГОСНИТИ, 1990. - 186 с.

4. Селиванов, К.В. Электронная информация в системе диагностирования технического сервиса / К.В. Селиванов, Ю.А. Шамарин, В.И. Панферов, В.М. Корнеев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник.

- 2011. - № 5. - С. 49-52.

5. Данилов, С.В. Метод и цифровой прибор для автоматизированного определения цикловой подачи топлива при регулировании топливной аппаратуры дизелей: дис. ... канд. тех. наук: 05.20.03 / С.В. Данилов - М., 2010. - 125 с.

6. Селиванов, К.В. Повышение эффективности эксплуатации лесозаготовительных машин путем совершенствования диагностирования дизельной топливной аппаратуры: дисс. ... канд. техн. наук / К.В. Селиванов. - М.: МГУЛ, 2013.

7. Селиванов, К.В. Диагностирование дизелей лесных машин, работающих на биотопливе / К.В. Селиванов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник.

- № 1. - 2013. - С. 142-145.

14

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014