В современной технологии ремонта топливной аппаратуры (ТА) строго регламентирован диапазон изменения производительности топливных насосов высокого давления (ТНВД), посредством разбиения их на группы, которое производится по результатам их испытаний на специальных стендах. Данные стенды оснащены штатными нагнетательными трубопроводами и форсунками, как правило, случайным образом установленными на стенд. Однако, как показывают исследования [1], эффективные проходные сечения нагнетательных трубопроводов μfтр и форсунок μfф могут изменяться в широких диапазонах и оказывать значительное влияние на выходные показатели комплекта ТА (ТНВД, нагнетательный трубопровод, форсунка), что необходимо учитывать при оснащении стендов.
Поэтому проведена оценка возможных параметров гидравлических характеристик (ГХ) элементов ТА - μfтр (трубопровода) и μfф (форсунки), составляющих комплект. Выделение диапазона изменения этих величин определяет границы значений обобщенных показателей трубопроводов и форсунок. Изучено влияние отдельных характеристик элементов комплекта ТА на его выходные показатели. Исследовано комплексное влияние выбранных ГХ на выходные показатели комплектов, рассмотрены способы корректировки ГХ с целью устранения неравномерности подачи, связанной с разной длиной нагнетательных трубопроводов у комплектов, что имеет место, например, у дизелей типа ПД1М.
Исследования проводились с помощью автоматизированного стенда для контроля гидравлических сопротивлений каналов топливной аппаратуры дизелей [2], где эффективному проходному сечению элемента или его гидравлическому сопротивлению прямо пропорционально время истечения заданного количества топлива через данный элемент [3].
С помощью математической обработки экспериментального материала, полученного при обследовании ТА дизеля ПД1М, найдены распределения ГХ нагнетательных трубопроводов и форсунок и минимальной производительности ТНВД.
Эффективное проходное сечение нагнетательных трубопроводов μfтр может изменяться в диапазоне от 3,3 · 10-6 до 7,5 · 10-6 м2, а эффективное проходное сечение форсунок μfф - в диапазоне от 0,3 · 10-6 до 0,7 · 10-6 м2.
Указанный разброс эффективного проходного сечения трубопроводов μfтр приводит к изменению производительности комплекта ТА, замеренной на стенде для испытания ТНВД, в диапазоне от 275 до 390 мл за 800 ходов плунжера на режиме холостого хода и от 600 до 650 мл за 400 ходов плунжера на номинальном режиме.
Разброс эффективного проходного сечения форсунок μfф приводит к изменению производительности комплекта ТА в диапазоне от 290 до 370 мл за 800 ходов плунжера на режиме холостого хода и от 420 до 670 мл за 400 ходов плунжера на номинальном режиме.
Таким образом, с увеличением эффективного проходного сечения трубопроводов и форсунок производительность комплекта ТА увеличивается.
Зависимость производительности комплекта ТА от эффективного проходного сечения трубопроводов имеет точку экстремума. Это объясняется увеличением объема трубопровода и наличием остаточного давления в нем.
Продолжительность впрыска топлива в цилиндры зависит от эффективного проходного сечения трубопровода на номинальном и минимальном режимах. В обоих случаях с увеличением μfтр увеличивается продолжительность впрыска в цилиндры дизеля - на номинальном режиме с 22 до 42 градусов поворота коленвала, на минимальном режиме - с 15 до 18 градусов. Причем, чем больше плотность плунжерной пары ТНВД, тем больше увеличение продолжительности впрыска. Это обусловлено тем, что у ТНВД с большой плотностью меньше утечек давления в плунжерной паре.
С изменением длины нагнетательного трубопровода от 200 до 1400 мм эффективное проходное сечение трубопровода уменьшается с 4,6 · 10-6 до 1,9 · 10-6 м2.
С увеличением эффективного проходного сечения трубопровода увеличивается фактический угол опережения впрыска топлива. В комплекте с ТНВД большой плотности изменение фактического угла опережения впрыска топлива может достигать 1,5 - 2 градуса.
Анализ комплексного влияния ГХ форсунок, нагнетательных трубопроводов и ТНВД на выходные показатели комплекта ТА был выполнен в виде полного факторного эксперимента с числом опытов 23. На двух уровнях варьировались три фактора: x1 - эффективное проходное сечение нагнетательного трубопровода μfтр; x2 - эффективное проходное сечение форсунок μfф; x3 - группа ТНВД по минимальной производительности Qmin (табл. 1).
Таблица 1
Уровни варьирования факторов
|
Факторы |
Уровни варьирования |
||
|
основной |
нижний |
верхний |
|
|
x1 - mfтр, 10-6м2 |
6,20 |
3,95 |
7,34 |
|
x2 - mfф, 10-6м2 |
0,670 |
0,590 |
0,699 |
|
x3 - Qmin, г/400 ходов |
342,5 |
335,0 |
365,3 |
Эксперимент проведен для двух режимов работы дизеля: режимов минимальной подачи топлива (холостой ход) и максимальной подачи (номинальный режим).
План полного факторного эксперимента приведен в табл. 2, а значение функции отклика - в табл. 3, где в числителе даны значения коэффициентов регрессии, соответствующие режиму холостого хода, а в знаменателе - номинальному режиму.
Таблица 2
План полного факторного эксперимента
|
№ п/п |
xo |
x1 |
x2 |
x3 |
x1x2 |
x1x3 |
x2x3 |
x1x2x3 |
|
1 |
+ |
- |
- |
- |
+ |
+ |
+ |
- |
|
2 |
+ |
+ |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
|
3 |
+ |
- |
+ |
- |
- |
+ |
- |
+ |
|
4 |
+ |
+ |
+ |
- |
+ |
- |
- |
- |
|
5 |
+ |
- |
- |
+ |
+ |
- |
- |
+ |
|
6 |
+ |
+ |
- |
+ |
- |
+ |
- |
- |
Таблица 3
Значения коэффициентов уравнения регрессии
|
Выходные характеристики комплекта |
bo |
b1 |
b2 |
b3 |
b1,2 |
b1,3 |
b2,3 |
|
y1 |
70,58 571,17 |
2,99 9,49 |
-14,5 -7,75 |
24,5 4,67 |
-1,58 2,58 |
1,92 -2,00 |
-3,42 -0,58 |
|
y2 |
78,44 500,83 |
3,44 5,83 |
0,94 40,83 |
-0,31 -13,33 |
0,94 -6,67 |
2,19 1,67 |
-0,31 9,17 |
|
y3 |
4,5 |
1,0 |
-2,5 |
-8 |
0 |
-0,5 |
0 |
Коэффициенты уравнений регрессии определены по формуле:
где i - 0; 1; 2;...;
m - номер последнего столбца в плане полного факторного эксперимента.
Результаты опытов описывались уравнениями регрессии следующего общего вида:
y = bo + b1x1 + b2x2+ b3x3 + b1,2x1x2 + b1,3x1x3 + b2,3x2x3 + b1,2,3x1x2x3.
В итоге получены уравнения регрессии для производительности комплекта ТА для дизеля ПД1М:
1) на режиме холостого хода:
y1 = 70,58 + 2,99x1 + 14,5x2 + 24,5x3 - 1,58x1x2 + 1,92x1x3 - 3,42x1x3,
2) на режиме максимальной подачи топлива:
y2 = 571,2 + 9,5x1 - 7,75x2 + 4,7x3 + 2,6x1x2 - 2,0x1x3 - 0,6x2x3.
Уравнение регрессии для фактического угла опережения впрыска топлива записывается в следующем виде:
y3 = 4,5 + 1,0x1 - 2,5x2 - 0,5x1x3.
Адекватность полученных моделей проверена по критерию Фишера.
Таким образом, с помощью полученных регрессионных зависимостей можно выполнить подбор устанавливаемых на стенды для испытания ТНВД нагнетательных трубопроводов и форсунок по их гидравлическим характеристикам с целью исключения их неравнозначного влияния на выходные параметры комплектов ТА многоцилиндровых дизелей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Подача и распыливание топлива в дизелях / И. В. Астахов, В. И. Трусов, А. С. Хачиян и др. / Под ред. И. В. Астахова. - М.: Машиностроение, 1972. - 359 с.
- Стенд для измерения гидравлического сопротивления узлов и деталей топливной аппаратуры / П.Н. Блинов, А.И. Володин, В.П. Шаповал, А.М. Сапелин // Исследование надежности и экономичности дизельного подвижного состава. - Омск, 1981. - с. 27 - 29.
- Блинов П.Н., Блинов А.П. Теоретическое обоснование выбора технических средств контроля гидравлических сопротивлений каналов // Материалы международной научной конференции "Технические науки и современное производство". - Франция (Париж) / Ж. "Успехи современного естествознания". - 2009. - № 11. - с. 66 - 69.