Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
АБРАРОВ Марсель Альмирович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ДИЗЕЛЯ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА ЭЛЕКТРОННЫМ
РЕГУЛИРОВАНИЕМ ТОПЛИВОПОДАЧИ
Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург - Пушкин - 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет
Научный руководитель: доктор технических наук, доцент
Габдрафиков Фаниль Закариевич
Официальные оппоненты:
Сковородин Василий Яковлевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, кафедра Надежность и технический сервис машин, профессор
Горбатенков Александр Иванович кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО Тверская государственная сельскохозяйственная академия, кафедра Техническая эксплуатация автомобилей, доцент
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева
Защита диссертации состоится л30 мая 2012 г. в 13.30 ч. на заседании диссертационного совета ДМ 220.060.05 при ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный аграрный университет по адресу: 196601, Санкт-Петербург-Пушкин, Академический проспект, д.23, аудитория 2-529, факс(812)465-05-05, e-mail: uchsekr@spbgau.ru
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Санкт - Петербургского государственного аграрного университета.
Автореферат разослан л____________2012г и размещен на сайте www.spbgau.ru
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор технических наук, профессор Салова Тамара Юрьевна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Машино - тракторные агрегаты (МТА) эксплуатируются в широких диапазонах изменения скоростных и нагрузочных режимов работы. В общем балансе рабочего времени почти 50% приходится на малоэнергоемкие работы и, как следствие, значительную часть времени двигатели МТА работают в режимах частичных нагрузок и низких частот вращения коленчатого вала, а 90% времени в режимах неустановившихся нагрузок.
Такие условия эксплуатации отрицательно влияют на работу двигателя, обуславливают снижение эффективности функционирования дизеля МТА и повышение расхода топлива из-за ухудшения качества работы топливных систем дизелей, связанное, прежде всего, с неспособностью механического регулятора топливного насоса своевременно реагировать на изменение внешних условий работы (они хорошо работают в условиях номинального и установившегося режима эксплуатации).
Дальнейшее повышение эффективности функционирования дизелей МТА можно достичь совершенствованием топливных систем с учетом условий их работы и режимов эксплуатации.
Одним из возможных направлений при этом, для дизеля с топливоподающей системой непосредственного действия, уже хорошо доведенных конструктивно и находящихся в эксплуатации, могут быть системы с электронным регулированием топливоподачи по частоте вращения и нагрузки.
В этой связи исследования направленные на повышение эффективности функционирования дизеля МТА, путем воздействия на орган управления являются весьма актуальными.
Работа выполнена в соответствии с научно-исследовательской и опытно-конструкторской программой на 2010 - 2012 гг. Разработка систем управления дизельными двигателями (Рег. № 01.2010.58514) на кафедре Теплотехника и энергообеспечение предприятий ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ.
Цель исследований. Повышение эффективности функционирования дизеля МТА электронным регулированием топливоподачи на частичных и неустановившихся режимах работы.
Объект исследования. Дизель МТА с системой топливоподачи непосредственного действия с электронным управлением с дополнительным импульсом по нагрузке.
Предмет исследования. Закономерности изменения показателей двигателя при частичных и неустановившихся нагрузках, характерных при эксплуатации МТА.
Методика исследований. Включала в себя лабораторные испытания топливного насоса высокого давления и двигателя оснащенного электронным регулятором по частоте вращения коленчатого вала и дополнительным импульсом по нагрузке. Испытания включали в себя статические и динамические исследования. Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных и частных методик, экспериментальные данные обработаны методами математической статистики на ЭВМ.
Научная новизна:
- информационная модель функционирования дизеля МТА в динамических режимах, представляющая собой совокупность моделей технологических и рабочих процессов узлов, систем и механизмов машинно-тракторного агрегата, объединенных причинно-следственными связями;
- математическое описание работы дизеля МТА с электронным регулятором;
- получено аналитическое выражение, описывающее движение рейки электронного регулятора топливного насоса высокого давления дизеля МТА;
- разработана оригинальная конструкция электронного регулятора частоты вращения дизельного двигателя (новизна технических решений подтверждена положительным решением о выдаче патента на изобретение по заявке №2010111992/06 - электронный регулятор частоты вращения дизельного двигателя);
- результаты безмоторных и моторных экспериментальных исследований, подтверждающие целесообразность использования электронного регулятора частоты вращения коленчатого вала на дизелях МТА.
Практическая значимость. Разработанный электронный регулятор частоты вращения дизельного двигателя, позволяющий корректировать подачу топлива в зависимости от величины момента сопротивления, и как следствие, уменьшающее фазовое отставание регулирования подачи топлива, обеспечивает повышение динамических свойств дизельного двигателя на режимах частичных и неустановившихся нагрузок.
Реализация результатов исследований. Разработки внедрены и используются в ГУСП МТС Центральная Республики Башкортостан, НПФ ООО Башдизель, в учебном процессе и научных исследованиях кафедры Теплотехника и энергообеспечение предприятий ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ.
Вклад автора в проведенное исследование состоит в разработке электронного регулятора частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя, математического описания работы дизеля МТА с электронным регулятором, в проведении исследований и обработки полученных данных, обобщении и анализе результатов.
Апробация работы. Результаты работ докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях Молодежная наука и АПК: проблемы и перспективы (Башкирский ГАУ, г. Уфа) в 2009Е2011 гг.; Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках XIX Международной специализированной выставки АгроКомплекс-2009. ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ, г. Уфа; III этап Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Минсельхоза России, ФГОУ ВПО Саратовский ГАУ, г. Саратов, 2010 г.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 работы в центральных изданиях рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Основной материал диссертационной работы представлен на 117 страницах машинописного текста и содержит введение, пять глав, выводы и приложение. Диссертация содержит 11 таблиц, 56 рисунков и иллюстраций. Список использованной литературы включает 118 источников, из них 6 на иностранном языке.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
- технология регулирования топливоподачи дизеля МТА электронным регулятором по частоте вращения и нагрузке;
- математическая модель работы дизеля МТА с электронным регулированием топливоподачи;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований, подтверждающие целесообразность регулирования по частоте вращения и нагрузке при эксплуатации дизеля МТА на частичных и неустановившихся режимах.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы и необходимость ее разработки, изложена общая характеристика работы, цель и задачи исследований, научные положения выносимые на защиту.
В первой главе Состояние проблемы, цели и задачи исследования проведен анализ особенностей условий работы дизелей МТА при выполнении сельскохозяйственных операций, рассмотрено влияние неустановившихся и частичных режимов нагрузки на двигатель. Проведен анализ двухимпульсного регулирования двигателей сельскохозяйственных тракторов.
Большой вклад в исследование проблем управления и регулирования двигателей при частичных нагрузках и неустановившихся режимах работы внесли В.Н.Болтинский, В.И.Крутов, Н.С.Ждановский, А.К.Юлдашев, Н.Н.Патрахальцев, В.А.Аллилуев, Д.Д.Багиров, А.Б.Лурье, Р.М.Баширов, С.А.Иофинов, А.В.Николаенко, В.С.Шкрабак, А.В.Соминич, Г.Д.Гришин, Б.А.Иткин, Б.И.Морозов, А.П.Иншаков, Ф.З.Габдрафиков, Д.А.Вахрамеев и др.
Многочисленные исследования показали, что во время движения МТА при выполнении сельскохозяйственных операций на двигатель действует постоянно изменяющаяся нагрузка. Неустановившийся характер нагрузки очень характерен именно для дизелей МТА. Для качественного выполнения операции, в соответствии с агротребованиями, рекомендуется недогружать двигатель МТА на 20 - 30%, что приводит к значительным потерям мощности и, как следствие, ухудшение в целом эффективности функционирования.
Большое влияние на качество выполняемой работы МТА оказывают резкие набросы нагрузки, которые способствуют переходу режима работы двигателя на корректорную ветвь регуляторной характеристики. При малоинерционных, например, электронных регуляторах, такое влияние не ощущается, и переходный процесс получается более качественным. В этой связи, одним из важнейших путей повышения качества функционирования дизеля МТА может быть использование именно малоинерционных систем регулирования.
На основании изучения литературных источников и в соответствии с поставленной целью в настоящей работе сформулированы следующие задачи исследования:
- Провести анализ условий работы дизелей МТА при выполнении сельскохозяйственных работ;
- Разработать математическую модель работы дизеля МТА в динамических режимах с использованием электронного регулятора;
- Провести стендовые испытания топливного насоса и моторные испытания дизеля МТА с целью оценки показателей его работы при использовании различных способов регулирования;
- Разработать рекомендации по регулированию по нагрузке двигателя МТА электронным регулятором частоты вращения.
Вторая глава Математическое описание функционирования дизеля МТА с электронным регулированием топливоподачи
Функционирование дизеля МТА на неустановившихся и частичных режимах рассматривается как элемент сложной динамической системы, в которой динамические характеристики рабочих процессов двигателя должны быть согласованы с характером нагружения и может быть представлено в виде соответствующих моделей, построенных по принципу вход-выход (рисунок 1). Функционирование агрегата - это его реакция на входные воздействия, которые заданы многомерным вектором X(t)={x1(t); x2(t); Е; xi(t); Еxn(t)}. Результат его работы - выходной вектор - функция Y(t)={y1(t); y2(t); Е; yi(t); Е; ym(t)}, характеризующая состояние МТА и его технологического процесса при управлении U(t)={u1(t); u2(t); Е; ui(t);Еuk(t)} и фиксированных значениях конструктивных параметров K={k1; k2; Е; ki;Еkj}.
Подсистемой в МТА является топливная аппаратура (ТА), входной связью (координатой) которой будет положение рейки топливного насоса hр(t), а выходной координатой - цикловая подача топлива gц, зависящая также от частоты вращения коленчатого вала двигателя (n) и, следовательно, от входной координаты nн(t) - частоты вращения кулачкового вала насоса.
Равновесный режим работы дизеля МТА может поддерживаться в течении конечного интервала времени только при условии равенства количества энергии, вырабатываемого двигателем, количеству энергии, поглощаемой потребителем. Если эти количества энергии охарактеризованы крутящим моментом двигателя (Мкр) и моментом сопротивления (Мс), приведенным к валу двигателя (частота вращения коленчатого вала остается постоянной по времени), то условие получения равновесного режима обуславливается уравнением статического равновесия (1).
(1)
Установившийся режим работы двигателя с течением времени может нарушаться по различным причинам, вызывающим кратковременные изменения в условиях работы или двигателя или потребителя. К таким причинам можно отнести, например, неравномерность топливоподачи, пропуск вспышки в одном из цилиндров двигателя, отчего получается кратковременное уменьшение крутящего момента или выглубление рабочего органа МТА вызывающего изменение характеристики сопротивления.
Нарушение установившегося режима вызывает изменение частоты вращения вала в ту или иную сторону.
На рисунке 2 представлен график, на котором совмещены характеристики двигателя (кривые Мкр, Мкр1, Мкр2) с характеристиками потребителя (Мс, Мс1, Мс2). Точки пресечения их (А, В, D) характеризуют установившиеся режимы работы, так как удовлетворяют условию (1). График показывает также и то, что при выбранных положениях органа управления (выбрана частичная характеристика двигателя, например, кривая Мкр) и характеристике потребителя (например, кривая Мс) равновесный режим (точка А) для данного вида характеристик соответствует определенной частоте вращения коленчатого вала n.
Переходной процесс рассмотрим на примере работы двигателя с механическим регулятором частоты вращения.
В случае нарушения равновесия в связи с увеличением Мс (наброс нагрузки) до значения в точке В (рисунок 2) возникает недостаток крутящего момента Мкр и происходит резкое уменьшение частоты вращения до тех пор, пока не установится условие Мкр=Мс. При выравнивании значений Мкр и Мс дальнейшее уменьшение угловой скорости предотвращается. Двигатель переходит в новое равновесное состояние в точке С. Аналогично при уменьшении Мс (сброс нагрузки) до значения в точке D. Новое равновесное состояние установиться в точке Е.
Рассмотрим переходной процесс двигателя из условия постоянства угловой скорости при регулировании по нагрузке Мс, то переходной процесс допустимо рассматривать как статически равновесный режим. Отличительной особенностью такого рассмотрения является не возможность восстановления исходных значений статического равновесия, так как воздействие, нарушающее равновесие, не исчезает с течением времени. Вследствие этого, равновесное состояние устанавливается уже в другой точке, соответствующей иным значениям Мс, Мкр, что намного усложняет поддержание постоянной угловой скорости.
Рассматривая работу регулятора с дополнительным импульсом по нагрузке и малоинерционным исполнительным механизмом управления топливоподачей, переходной процесс, описанный выше, несколько изменится.
При набросе нагрузки происходит переход характеристики потребителя с Мс на характеристику Мс1, одновременно электронный регулятор частоты вращения перемещает рейку топливного насоса в сторону увеличения цикловой подачи, для того, чтоб восполнить недостаток крутящего момента, т.е. характеристика двигателя с Мкр переходит на характеристику Мкр1. Новое равновесное состояние установиться в точке В. Аналогично при сбросе нагрузки происходит переход характеристики с Мс на характеристику Мс2, рейка топливного насоса перемещает рейку топливного насоса в сторону уменьшения цикловой подачи, т.е характеристика двигателя с Мкр переходит на характеристику Мкр2.
Разработанный регулятор частоты вращения с дополнительным импульсом по моменту сопротивления дает существенный эффект снижения инертности по сравнению с существующими и, как следствие, повышение качества топливоподачи. Новое техническое решение позволяет поддерживать угловую скорость коленчатого вала двигателя своевременным увеличением крутящего момента в соответствии с изменением момента сопротивления электронной системой управления топливоподачей дизеля МТА.
Крутящий момент дизеля связан с эффективным коэффициентом полезного действия () и величиной цикловой подачи топлива () соотношением:
, (2)
где ,
- теплотворная способность топлива,
- число цилиндров двигателя,
- тактность дизеля.
Как видно из уравнения (2), крутящий момент определяется как среднее значение на каком-то установившемся режиме, и в нем не учитывается в явной форме запаздывание развития крутящего момента. Если рассматривать это уравнение с точки зрения теории автоматического управления, то имеем уравнение, описывающее нелинейный элемент, входным параметром которого является при допущении, что является переменным при постоянной величине - что вполне справедливо, так как известно, что эффективный КПД определяется полнотой сгорания топлива и не является постоянной величиной.
Крутящий момент дизеля, в соответствии с принятыми упрощениями, т.е. без учета указанного запаздывания, связан с эффективным КПД и величиной цикловой подачи топлива соотношением:
, (3)
Эффективный КПД определяется в виде:
, (4)
где и - индикаторный и механический КПД.
После разложения зависимости (4) в ряд Тейлора и последующей линеаризации получим
. (5)
Уравнение для приращения индикаторного КПД:
, (6)
где - изменение коэффициента избытка воздуха.
Для установившегося режима коэффициент избытка воздуха:
, (7)
где - рабочий объем цилиндра дизеля,
- коэффициент наполнения цилиндра,
- плотность воздуха перед впускными клапанами,
- количество воздуха, необходимо для сгорания 1 кг топлива.
Допустим, что функции коэффициента избытка воздуха дифференцируема в области изменения аргумента . В силу этого допущения полное приращение коэффициента избытка воздуха при нулевых начальных условиях, учитывая, что , и постоянны для всех нагрузочных режимов, при использовании первого приближения:
. (8)
После подстановки соотношений (8) в уравнение (6) получим:
. (9)
При работе дизеля на режимах малых и средних нагрузок изменения механического КПД становится существенными:
. (10)
Приращение крутящего момента дизеля:
(11)
Введя относительные переменные, приняв за базовые координаты на установившемся режиме, получим:
, (12)
где - безразмерное изменение крутящего момента;
- безразмерное изменение величины цикловой подачи топлива.
Уравнение движения двигателя внутреннего сгорания имеет вид:
, (13)
где - коэффициент, имеющий размерность времени; он характеризует относительную инертность регулируемого объекта;
- безразмерный коэффициент, характеризующий способность регулируемого объекта к самовыравниванию.
Решение дифференциального уравнения будет иметь следующий вид:
. (14)
В соответствии с задачами исследования был разработан электронный регулятор частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя оригинальной конструкции (положительное решение о выдачи патента по заявке №2010111992/06).
Функциональная схема электронного регулятора приведена на рисунке 3.
Регулятор частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя работает следующим образом.
Требуемое положение рейки 1 ТНВД 2 определяется контроллером 3 по сигналам датчиков 4,5 и 6, а действительное датчиком 7. Если эти положения не совпадают, то на электромагниты 8 и 9, якоря которых жестко связаны между собой и рейкой топливного насоса, согласованно подаются напряжения U1 и U2. При этом под действие возникающего магнитного поля якорь и рейка ТНВД перемещаются в том или ином направлении. Величина и характер изменения U1 и U2 зависят от требуемого перемещения и принятого закона движения.
Уравнение движения рейки топливного насоса:
, (15)
где -масса сердечников электромагнита;
- перемещение рейки топливного насоса;
- фактор торможения электромагнита;
Сила тяги электромагнитов может быть найдена по формуле:
, , (16)
где U1, U2 - напряжения, подводимые к катушке электромагнитов;
Rэм - сопротивление обмотки катушки;
Так как , Rм и Sм зависят только от конструкции электромагнитов, то для выбранного электромагнита -
Внешний вид топливного насоса высокого давления с разработанным электронным регулятором и блока его управления представлены на рисунке 4.
а) б)
В третьей главе Программа и методика экспериментальных исследований описана принятая программа, методика стендовых и моторных исследований, а также используемое оборудование.
Стендовые испытания проводились на экспериментальной установке на базе стенда для испытаний и регулировки топливных насосов высокого давления КИ22210 (рисунок 5).
Моторные испытания проводились на экспериментальной установке, включающая в себя дизельный двигатель Д-144, балансирного динамометра DS 926-4V, контрольно-измерительную регистрирующую аппаратуру (рисунок 6).
а) б)
Весь объем экспериментальных исследований, согласно поставленным задачам, был разделен на три этапа. На первом этапе снималась стационарная характеристика двигателя. На втором этапе были получены стационарные характеристики двигателя с целью получения отправных данных для исследования дизеля при динамических режимах. На третьем этапе снимались динамические характеристики двигателя при работе с механическим и электронным регулятором.
Основные показатели процесса топливоподачи и работы двигателя определялись по общепринятой методике, а обработка экспериментальных данных проводилась на персональном компьютере с помощью программ MathCAD, Excel 2007 и программными продуктами фирмы ZetLab.
В четвертой главе лРезультаты экспериментальных исследований и их анализ приведены результаты безмоторных и моторных экспериментальных исследований.
Рисунок 7 Регуляторная характеристика топливного насоса и неравномерность топливоподачи с механическим (пунктирная линия) и электронным регулятором (сплошная линия)
Межсекционная неравномерность топливоподачи (δ) топливного насоса высокого давления при работе с электронным регулятором снизилась на 2-7%. Основной причиной снижения неравномерности явилось снижение амплитуды колебаний дозирующий рейки топливного насоса при работе с электронным регулятором. Амплитуда колебания дозирующий рейки при работе с механическим регулятором достигала Δ=0,52 мм, в то время как, при использовании электронного регулятора максимальная амплитуда колебаний рейки составила всего Δ=0,12мм, что на 44% меньше.
Были проведены сравнительные моторные испытания дизеля при различных способах регулирования. Результаты исследования на режиме n=1200мин-1 и Мкр=100Нм (при набросе нагрузки δ=0,8) представлены на рисунках 8-9.
а) б)
Рисунок 8 Изменение момента сопротивления и крутящего момента(а) и частоты вращения коленчатого вала двигателя (б).
а) б)
Рисунок 9 Изменение эффективной мощности двигателя (а) и изменение удельного эффективного расхода топлива (б).
Сравнительным анализом показателей работы двигателя во время переходного процесса было установлено улучшение работы двигателя при использовании электронного регулятора с регулированием по частоте вращения и нагрузке. Об этот свидетельствуют практически все показатели эффективности работы двигателя. Так, заброс частоты вращения уменьшился на 70 мин-1, продолжительность переходного процесса сократилась на 1,4с., повышение мощности составило 13,5%, эффективный удельный расход топлива снизился на 23,8%. Следует также отметить, что при работе с механическим регулятором двигатель выходит на новый установившийся режим с частотой вращения n=1110мин-1, что в конечном счете повлияет на скорость движения МТА.
Результаты исследований переходного процесса дизеля МТА при меньших значениях величины наброса нагрузки (δ=0,2; δ=0,4; δ=0,6) представлены на рисунках10-14.
а) б)
Рисунок 10 Изменение крутящего момента во времени при различных способах регулирования: а - штатное; б - экспериментальное (электронное).
а) б)
Рисунок 11 Изменение частоты вращения коленчатого вала во времени при различных способах регулирования: а - штатное; б - экспериментальное (электронное).
а) б)
Рисунок 12 Изменение эффективной мощности во времени при различных способах регулирования: а - штатное; б - экспериментальное (электронное).
а) б)
Рисунок 13 Изменение удельного эффективного расхода топлива во времени при различных способах регулирования: а - штатное; б - экспериментальное (электронное).
а) б)
Рисунок 14 Изменение величины заброса частоты вращения коленчатого вала двигателя (а) и изменение продолжительности переходного процесса при использовании механического и электронного регулятора.
Анализ результатов при меньших величинах наброса (δ=0,2; δ=0,4; δ=0,6) также позволил выявить преимущества электронного регулирования. Следует отметить, что с ростом величины наброса нагрузки преимущество электронного регулирования становиться более существенным.
Аналогичные испытания были проведены при частотах вращения коленчатого вала равных n=1300, 1400, 1500 мин-1. Режимы нагружения аналогичны.
Результаты экспериментальных данных, а именно зависимость заброса частоты вращения коленчатого вала двигателя и продолжительность переходного процесса от величины наброса нагрузки, при различных начальных условиях (n=1200, 1300, 1400, 1500 мин-1) представлены на рисунках 15-16.
а) б)
Рисунок 15 Зависимость заброса частоты вращения коленчатого вала двигателя от величины наброса нагрузки, при различных установившихся режимах: а - штатное; б - экспериментальное (электронное).
а) б)
Рисунок 16 Зависимость продолжительности переходного процесса от величины наброса нагрузки, при различных установившихся режимах: а - штатное; б - экспериментальное (электронное).
Полученные результаты при различных частичных режимах(n=1200, 1300, 1400, 1500 мин-1) позволяют сделать вывод, что электронное регулирование по частоте вращения и нагрузке наиболее эффективно на низких частотах вращения коленчатого вала. Так, если при n=1200 мин-1 (δ=0,8) повышение мощности составило 13,5 %, то при n=1500 мин-1 только 6,7%.
При электронном регулировании снижается заброс частоты вращения, происходит увеличение мощности двигателя во время переходного процесса. Рост крутящего момента происходит интенсивнее, что позволяет двигателю преодолевать возникающие перегрузки более эффективно, как следствие происходит снижение удельного эффективного расхода топлива и увеличение эффективного КПД дизеля, что в конечном счете позволяет обеспечить качественное выполнение технологических операции при значительных набросах нагрузки (при частичных и неустановившихся режимах работы).
В пятой главе Оценка экономической эффективности рассмотрены вопросы технико-экономической эффективности предложенных мероприятий.
Результаты расчетов показали, что при годовой загрузке МТА на базе трактора ЛТЗ-60 в 1100 часов применение электронного способа регулирования топливоподачи по частоте вращения и нагрузке позволит сэкономить 0,4 т. дизельного топлива. Годовой экономический эффект составит около12500 рублей на один МТА.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
- Установлено, что электронное регулирование частоты вращения коленчатого вала двигателя с дополнительным импульсом по моменту сопротивления дает существенный эффект снижения инертности регулятора и повышение качества топливоподачи и, как следствие, технико-экономических показателей дизелей МТА.
- Обосновано, что при электронном регулировании снижается заброс частоты вращения, происходит увеличение мощности двигателя во время переходного процесса. Рост крутящего момента происходит интенсивнее, что позволяет двигателю преодолевать возникающие перегрузки более эффективно.
- Разработана информационная модель функционирования дизеля МТА в динамических режимах, представляющая собой совокупность технологических моделей и рабочих процессов узлов, систем и механизмов машинно-тракторного агрегата, объединенных причинно-следственными связями.
- Разработана математическая модель работы двигателя МТА, позволяющая определить закономерности изменения скоростного режима в зависимости от действующих возмущений: увеличения цикловой подачи топлива и степени неравномерности момента сопротивления.
- Предложен электронный регулятор частоты вращения дизельного двигателя, позволяющий регулировать топливоподачу в зависимости от изменения не только скоростного режима, но и нагрузочного (положительное решение о выдачи патента по заявке №2010111992/06).
- Установлено на основании моторных испытаний на частичных и неустановившихся режимах необходимость увеличения цикловой подачи топлива относительно увеличения момента сопротивления дизеля МТА. При значениях степени неравномерности момента сопротивления 0,20-0,80 электронное регулирование позволит уменьшить заброс частоты вращения на 20Е70 мин-1, сократить время переходного процесса на 0,2Е1,4 с на частичных режимах(n=1200мин-1, Мкр=100Нм).
- Установлено, что использования электронного регулятора топливоподачи по частоте вращения и нагрузке при выполнении МТА сельскохозяйственных работ позволит увеличить его производительность за счет повышения эффективной мощности и сэкономить 0,4 т. дизельного топлива в год. При годовой нагрузке в 1100 ч экономический эффект составит 12500 руб. в год на один МТА.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
в изданиях, рекомендованных ВАК РФ
- Абраров М.А. Повышение качества топливоподачи в дизелях / Ф.З. Габдрафиков, М.А. Абраров, С.Б. Шамукаев // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2010. - №3. - С.5-6.
- Абраров М.А Возможные направления повышения технико-экономических показателей тракторных дизелей / Ф.З. Габдрафиков, С.Б. Шамукаев, М.А. Абраров, Е.П. Мехоношин // Тракторы и сельхозмашины, 2011. - №2. - С.23-27.
- Абраров М.А. Повышение равномерности топливоподачи дизелей малоинерционными системами регулирования / Ф.З. Габдрафиков, М.А. Абраров // Вестник Башкирского ГАУ, 2011. - №4. - С.55-57.
в других изданиях:
- Абраров М.А. Совершенствование технологии регулирования процессса топливоподачи электронным регулятором / Ф.З. Габдрафиков, М.А. Абраров // Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках XIX Международной специализированной выставки АгроКомплекс-2009. - Уфа: ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ, 2009. - С. 33-36.
- Абраров М.А.Технологические приемы повышения качества работы систем топливоподачи в дизелях // Материалы III Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и аспирантов Молодежная наука и АПК: проблемы и перспективы - Уфа: ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ, 2009. - С.90-92.
- Абраров М.А. Электронное регулирование подачи топлива в дизельных двигателях на неустановившихся режимах работы / Ф.З. Габдрафиков, М.А. Абраров // Информационные технологии и приборы в АПК. Ч.1. Материалы 4-й международной научно-практической конференции АГРОИНФО-2009 - Новосибирск: Рос. Акад.с.-х. наук Сиб. Отд-ние, Сиб. Физико-техн. Ин-т аграр. Проблем, 2009. - С.371-374.
- Абраров М.А. Повышение качества переходного процесса в дизелях / М.А. Абраров, И.А. Абраров // Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых Молодежная наука и АПК: проблемы и перспективы - Уфа: ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ, 2011. - С.93-95.
Подписано в печать 25.02.2012. Формат бумаги 60841/16. Усл. печ. л. 1,10. Бумага офсетная
Печать трафаретная. Гарнитура Таймс. Заказ 257. Тираж 100 экз.
Типография ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет
450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям