Підвищення паливної економічності дизеля на польових роботах застосуванням універсального регулятора - Автореферат

Імовірний характер тягового опору робочих машин в поєднанні з неперервними змінами опору пересування трактора по полю викликають коливання частоти обертання колінчастого валу дизеля, які позначаються на змінах у наповненні циліндрів зарядом, коливанням у подачі палива. Однак, використання цього методу в складі тяговоприводних та приводних агрегатів не завжди доцільно, оскільки зміна частоти обертання колінчастого вала дизеля може призвести до порушення технологічного процесу під час виконання агротехнічних операцій. Виконане дослідження є складовою частиною науководослідної роботи держбюджетного замовлення за темою: “Розробка пристроїв і прийомів їх використання для оптимізації режимів роботи тракторів з метою підвищення їх паливної економічності при виконанні польових робіт”, яка виконувалась на кафедрі “Трактори і автомобілі” Подільської державної аграрно-технічної академії (номер реєстрації 0196U016341; вихідний № 701418 01.96; замовлення Міністерства агропромислового комплексу України). Розробити механізм для безступінчатого вибору режимів потужності дизеля без зміни частоти обертання колінчастого вала з метою підвищення його завантаженості і паливної економічності. Для теорії мають значення: отримання рівняння переміщення рейки паливного насоса при застосуванні механізму корекції подачі палива; встановлена аналітична залежність переходу із зовнішньої на часткову швидкісні характеристики дизеля корекцією подачі палива без зміни частоти обертання колінчастого вала; виведена формула погектарної витрати палива в залежності від питомої витрати і коефіцієнта експлуатаційної завантаженості дизеля.Теоретично встановлено, що при коефіцієнті завантаження дизеля XNE = 0,5 ефективна питома витрата палива відносно свого мінімального значення збільшується на 20 - 24 %. Підвищити завантаженість дизеля під час польових робіт можна двома шляхами: 1) підвищенням тягової (ефективної) потужності, яка використовується машинними агрегатами, до номінального (максимального) значення, яку розвиває дизель; 2) зниженням номінальної потужності дизеля до ефективного значення. Для таких агрегатів, доцільно переходити на часткові режими без порушення частоти обертання колінчастого вала дизеля шляхом корекції подачі палива. Виходячи з цього необхідно забезпечити такі режими роботи дизеля, щоб питома витрата палива знаходилась у межах номінальної питомої витрати палива або була б нижча від неї при даній ефективній потужності. Виходячи з даних аналізу графіку виведено аналітичну залежність питомої витрати палива від коефіцієнта експлуатаційного завантаження дизеля XNE через годинну витрату палива для оцінки формули: ge = kggен, (1) де ge - питома витрата палива, г/КВТ·год; kg - коефіцієнт збільшення питомої витрати палива в залежності від коефіцієнта завантаження дизеля; geн - номінальна питома витрата палива, г/КВТ·год.У даній роботі запропоновано й розвязано задачу підвищення паливної економічності дизеля у складі приводних і тяговоприводних машинних агрегатів застосуванням безступінчастого вибору режимів потужності при незмінній частоті обертання колінчастого валу. У ній запропоновано і досліджено схему регулятора, яка дозволяє вибирати економічні режими роботи дизеля у складі МТА, що відповідають оптимальним технологічним умовам виконання польових робіт . Теоретично визначено інтервал, на якому доцільно проводити вибір режимів потужності дизеля корекцією подачі палива за допомогою універсального регулятора. Розроблено і досліджено механізм корекції подачі палива для вибору режимів потужності дизеля без зміни частоти обертання колінчастого валу. Конструкція забезпечує подачу палива прогресивно з випередженням по параболічному закону і створює таку регуляторну характеристику, яка в межах номінальних обертів зменшує вплив коливань неусталених навантажень на рейку паливного насосу в межах номінальних обертів в 2 рази, оскільки амплітудні коливання рейки менші амплітудних коливань важеля регулятора.

2. Основний зміст роботи

1. Ефективне використання машинних агрегатів оптимізацією режимів роботи дизелів призводить до поліпшення паливної економічності. Відомо, що перевитрата палива при 50% значенні коефіцієнта експлуатаційної завантаженості дизеля може теоретично досягати 20% значення. У даній роботі запропоновано й розвязано задачу підвищення паливної економічності дизеля у складі приводних і тяговоприводних машинних агрегатів застосуванням безступінчастого вибору режимів потужності при незмінній частоті обертання колінчастого валу. У ній запропоновано і досліджено схему регулятора, яка дозволяє вибирати економічні режими роботи дизеля у складі МТА, що відповідають оптимальним технологічним умовам виконання польових робіт .

2. Теоретично визначено інтервал, на якому доцільно проводити вибір режимів потужності дизеля корекцією подачі палива за допомогою універсального регулятора. Питома витрата палива при цьому зменшується або залишається в межах номінальної питомої витрати. Цей інтервал для дизелів типу Д240Л знаходиться в межах від номінальної потужності Neн до 0,5 Neн.

3. Розроблено і досліджено механізм корекції подачі палива для вибору режимів потужності дизеля без зміни частоти обертання колінчастого валу. Конструкція забезпечує подачу палива прогресивно з випередженням по параболічному закону і створює таку регуляторну характеристику, яка в межах номінальних обертів зменшує вплив коливань неусталених навантажень на рейку паливного насосу в межах номінальних обертів в 2 рази, оскільки амплітудні коливання рейки менші амплітудних коливань важеля регулятора. Завдяки цьому має місце приріст моменту, а, як наслідок, і потужності дизеля в регуляторній зоні при наближенні обертів колінчастого вала до номінальних. Отримано теоретичні залежності роботи механізму.

4. Обґрунтовано доцільність використання вибору режимів потужності дизельних двигунів без зміни частоти обертання колінчастого вала у складі МТА при виконанні польових робіт. Отримана залежність погектарної витрати палива від коефіцієнта збільшення питомої витрати палива, яка показує, що при виборі встановленого режиму потужності дизеля в 60% від номінальної без зміни діапазону частоти регулювання теоретично досягається зменшення погектарної витрати палива на 17% при незмінній продуктивності.

5. Теоретичні викладки склали похибку 3 % відносно експериментальних результатів досліджень. Самі викладки дають можливість застосовувати їх для теоретичного прогнозування роботи універсального регулятора при різних варіантах конструкцій самого регулятора та завантажень дизеля.

6. Встановлено, що на відміну від існуючих регуляторів даний універсальний регулятор з вмонтованим механізмом корекції подачі палива вирішує задачу ефективного використання машинних агрегатів на всіх основних видах робіт в сільському господарстві в тому числі і на транспортних роботах. Економія палива становить при цьому в середньому 5 - 10 %.

7. Проведені експериментальні дослідження підтвердили, що при виборі режимів роботи дизеля середнє зниження погектарної витрати палива при максимальному завантажені XNE = 0,6 для машинного агрегату у складі трактора МТЗ80Л і розкидача мінеральних добрив МВУ0,5 склало до 11 %. Отже при середньорічному завантажені дизеля на польових роботах XNE = 0,6 застосування універсального регулятора дизеля і запропонованого способу вибору режимів регулювання приведе до зниження витрати палива в аграрному секторі економіки України з 357 кг на 1 га ріллі до 321 кг, або з 51 кг до 47 кг на тонну сільськогосподарської продукції в зерновому еквіваленті.

8. Експлуатаційні дослідження показали погектарну економію палива при приведені максимальної потужності до ефективного значення для агрегатів МТЗ80Л і розкидач мінеральних добрив МВУ0,5 рівну 11%, ТМЗ80Л і оприскувач “MASTER” рівну 9%, МТЗ80Л і фрезерний культиватор ФП2 рівну 5%. Це показує ефективність даного способу вибору режимів потужності дизеля для оптимізації робіт машинних агрегатів і підвищення його паливної економічності. Під час господарських випробувань на різних роботах при наробітку дизеля 1400 мотогод економія палива склала в середньому 6,4%.

1. Чекменьов В.В. Про регулювання потужності тракторних двигунів// Науковий вісник Національного аграрного університету. - К., 1997 Вип.34. 2001. - С. 191195.

2. Водяник І.І., Чекменьов В.В. Безступінчасте регулювання потужності дизельного двигуна при постійній частоті обертання колінчастого вала// Науковий вісник Національного аграрного університету. - К., 1997 Вип.41. 2001. - С. 150 154.

Автором проаналізовано стан питання про існуючі методи вибору режимів (регулювання) потужності дизеля.

3. Чекменьов В.В. Підвищення експлуатаційних властивостей МТА при виконанні сільськогосподарських робіт// Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. “Підвищення надійності відновлюємих деталей машин”. - Харків. Вип. 8, т. 2. -2001. - С. 139-143.

4. Чекменьов В.В. Раціональне використання тракторів у складі машиннотракторних агрегатів шляхом зменшення циклової подачі палива//Збірник наукових праць. - КАМЯНЕЦЬПОДІЛЬСЬКИЙ. ПДАТА. Вип. 9. - 2001. - С. 458-461.

5. Повышение загрузки дизеля путем бесступенчатого регулирования его мощности при неизменяемой частоте вращения коленчатого вала. // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. „Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні”. - Харків . Вип.. 40, 2005 - С. 366374.

6. Деклараційний патент на винахід 50051 А Україна 7 Н02Р5/00. Регулятор частоти обертання колінчастого вала/ Водяник І.І., Чекменьов В.В. (Україна). - № 2001042498; Заявл. 13.04.2001; опубл.15.10.2002, Бюл. № 10.

Здобувачем запропонований принцип роботи механізму, а також, безпосередньо, реалізовано й проведено теоретичні і практичні дослідження роботи механізму вмонтованого в серійний регулятор УТН5А з паливним насосом 4УТНМ із метою зменшення витрати палива дизелем під час виконання ним польових робіт у складі МТА, які викладені в матеріалах дисертації. Іншим співавтором запропоновано схему механізму корекції подачі палива і його кінематичну модель.

7. Чекменьов В.В. Підвищення завантаженості дизеля шляхом безступінчастого регулювання потужності при постійній частоті обертання колінчастого вала// Збірник наукових праць. “Аграрна освіта і наука на початку третього тисячоліття”. - Львів. Т. 2 - 2001. - С. 313321.

8. Чекменьов В. В. Безступінчасте регулювання потужності тракторних двигунів з метою підвищення їх завантаженості без зміни частоти обертання колінчастого вала// Тези Міжнародної науковопрактичної конференції, присвяченої памяті професора Євгена Храпливого. “Теорія і практика розвитку агропромислового комплексу” - Львів. - 1999. - С. 153-154.