Modernization of the fuel system of diesel engine of agricultural tractor


Cite item

Full Text

Abstract

The decrease in fuel systems reliability depends mostly on the fuel contamination. To solve the problem, an improved scheme of fuel system is proposed, it includes a fuel preheater and a rough filter of new design. A new design of rough filter is developed, it has a coiled filter element with the improved purification efficiency and good replacement life due to the effective spreading of porosity of filter material by means of its aimed crimping. This allows to reduce evenly the porosity in the direction of fuel stream and to increase the replacement life. The operational tests of improved fuel systems were performed on the basis of agricultural enterprises of the Tomsk region. The MTZ-82 agricultural tractor was chosen as subject of research. The working capacity of fuel system elements in regular and improved versions was evaluated by determining the numeral characteristics of random distribution of mean lifetime and parameters of reliability. Based on test results, the functions of distribution of probability of failure-free operation of the fuel injection pump plungers, the couple of injection jets, the injector spray nozzles of regular and improved diesel fuel systems are constructed. The study reveals that the improved version of fuel system decreases the failure rate of parts by 1.7-2.2 times in comparison with the regular one. It proves that the reliability is improved by means of reducing of contamination through the heated rough filter. The obtained results show the substantial improvement of fuel system reliability with the use of new rough filter.

Full Text

Введение При эксплуатации дизельной техники различного назначения в различных регионах страны наблюдается значительное последовательное повышение загрязненности и обводнения дизельного топлива при его движении от нефтеперерабатывающих заводов до топливных систем дизелей. Общая загрязненность топлива в топливных баках возрастает в 2,5-3 раза по сравнению с топливом, выпускаемым нефтеперерабатывающими заводами [1-3]. Высокие загрязненность и обводненность топлива приводят к значительному снижению надежности топливных систем дизелей. До 50% отказов машин в эксплуатации связаны с этим фактором, особенно при эксплуатации в условиях пониженных температур, что требует соответствующего усовершенствования топливных систем [4, 5]. Цель исследования Целевая модернизация большинства топливных систем сводится к следующему. Предлагается схема топливной системы, в которую дополнительно вводятся два элемента: предварительный подогреватель топлива и фильтр грубой очистки (ФГО) новой конструкции с повышенным качеством очистки топлива от эксплуатационных загрязнений, который продлевает ресурс фильтра тонкой очистки (ФТО), а также обеспечивает подогрев топлива без дополнительных электрических средств (рис. 1) [5]. В процессе работы машины топливо из бака поступает в предварительный подогреватель, последовательно проходит через ФГО и ФТО, где очищается от механических примесей, и поступает на топливный насос высокого давления (ТНВД). При эксплуатации машины в условиях отрицательных температур топливо нагревается до заданной температуры в предварительном подогревателе, поступает на ФГО со встроенным нагревательным элементом, где осуществляется второй этап подогрева, затем поступает на ФТО и далее на ТНВД. Желательно, чтобы ФГО выполнял функции нагревателя. Управление нагревателями производится с помощью специальной электрической схемы, встроенной в систему электрооборудования машины. Для рассматриваемой модернизации предложена новая конструкция ФГО (рис. 2, а) с навивным фильтроэлементом (рис. 2, б), который обладает повышенными эффективностью очистки и ресурсом до замены благодаря оптимальному распределению управляемой пористости фильтроматериала путем его целенаправленного обжатия. Это обеспечивает равномерное уменьшение пористости в направлении потока топлива и, как следствие, повышение его ресурса до замены [6]. Материалы и методы Эксперименты по подогреву элементов подачи и фильтрации топлива показали, что для типовой топливной системы (см. рис. 1) достаточным и экономичным можно считать включение двух нагревательных элементов - предварительного подогревателя и ФГО новой конструкции при использовании в качестве ФТО фильтроэлементов, отвечающих стандартным требованиям по качеству топлива. Многочисленными исследованиями и отраслевыми стандартами установлено, что надежная защита прецизионных пар ТНВД и форсунок дизельного двигателя может быть достигнута установкой ФТО, обеспечивающего полноту отсева массы частиц загрязнений φ = 95…98% при номинальной 95%-й тонкости фильтрации (очистки) d0,95 = 5…8 мкм. Исследование влияния модернизации топливных систем на надежность с.-х. тракторов МТЗ-82 проведено на предприятиях агропромышленного комплекса Томской обл. Оценка эффективности модернизированной системы выполнена по удельным (отказ/100 машино-дней) и количественным показателям (табл. 1). Таблица 1 Объем и распределение отказов деталей топливной системы дизеля Детали, отказавшие по причине загрязнения топлива Штатная топливная система Модернизированная топливная система Кратность снижения отказов Количество, шт. Доля от общего количества, % Количество, шт. Доля от общего количества, % Плунжер в сборе 68 17,84 37 18,68 1,84 Нагнетательная пара 92 24,15 44 22,22 2,09 Распылитель в сборе 63 16,53 36 18,18 1,75 Толкатель 53 13,91 30 15,15 1,76 Детали топливоподкачивающего насоса 55 14,4 28 14,14 1,96 ФТО 50 13,12 23 11,6 2,17 Итого 381 100 198 100 1,92 Результаты и их обсуждение Анализ данных табл. 1 показывает, что предлагаемая модернизация топливной системы дизеля позволяет значительно сократить число отказов деталей за счет повышения чистоты топлива, обусловленного резким снижением количества механических частиц неорганического происхождения и шламов, содержащих органические соединения и воду. Это приводит к повышению эксплуатационной надежности топливной системы и снижению до 2 раз количества отказов различных элементов топливной аппаратуры. Оценка работоспособности элементов топливных систем в штатном и модернизированном исполнении проведена путем случайного распределения наработки до отказа и параметров надежности. Использованы стандартные методики из теории вероятности и математической статистики. Результаты оценки приведены в табл. 2 и на рис. 3. На рис. 3 изображены функции распределения безотказной работы Р элементов системы питания в штатном и модернизированном исполнениях. Средняя наработка до отказа модернизированной системы увеличилась в 1,2-1,6 раза по математическому ожиданию. При равновероятностном событии, когда Р(τ) = F(τ) = 0,5, средняя наработка модернизированной топливной системы составляет от 1000 до 1250 ч, что весьма близко к математическому ожиданию (см. табл. 2). Таблица 2 Значения характеристик распределения наработки элементов системы питания дизеля до отказа Числовые характеристики распределения Штатная топливная система Модернизированная топливная система Плунжер в сборе Нагнетательная пара Распылитель Плунжер в сборе Нагнетательная пара Распылитель Математическое ожидание, ч 1193 1457 1172 1849 1814 1816 Дисперсия Дτ 113 507 250 229 219 847 121 500 271 944 143 562 Среднее квадратическое отклонение Sτ , ч 337 500 422 348 521 379 Коэффициент вариации ντ 0,28 0,34 0,36 0,19 0,28 0,21 Максимальная вероятностная, ч 2204 2953 2579 2893 3377 2953 Выводы Экспериментально установлено, что модернизированная топливная система снижает частоту отказов деталей в 1,7-2,2 раза по сравнению с серийной, что свидетельствует о повышении ее надежности за счет снижения уровня загрязнений, обеспечиваемого ФГО с подогревом. Полученные результаты свидетельствуют о явном повышении надежности топливной системы дизеля с новым ФГО.
×

About the authors

E. I Udler

Tomsk State University of Architecture and Building

DSc in Engineering Tomsk, Russia

D. V Khalturin

Tomsk State University of Architecture and Building

Email: dmitriihalturin@mail.ru
PhD in Engineering Tomsk, Russia

E. N Spirin

Tomsk State University of Architecture and Building

PhD in Engineering Tomsk, Russia

References

  1. Удлер Э.И. Фильтрация углеводородных топлив. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1981. 152 с.
  2. Лысунец А.В. Совершенствование топливных систем и средств их технического обслуживания с целью повышения надежности дорожных и строительных машин: Дис. … канд. техн. наук. Томск, 2006. 137 с.
  3. Исаенко В.Д., Исаенко П.В., Халтурин Д.В. Эффективность защиты топливной системы от загрязнений при эксплуатации мобильных машин // Тракторы и сельхозмашины. 2012, №1. С. 41-43.
  4. Удлер Э.И., Исаенко В.Д., Исаенко П.В. и др. Повышение эффективности очистки топлива при пониженной температуре // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2013, №5. С. 22-24.
  5. Халтурин Д.В. Подогрев и очистка топлива в условиях низких температур с целью повышения работоспособности сельскохозяйственных дизельных тракторов: Дис. … канд. техн. наук. Новосибирск, 2015. 161 с.
  6. Удлер Э.И., Халтурин Д.В., Готовцева Т.А. и др. Фильтроэлемент. Патент РФ № 2186608, 2002. 3 с.

Copyright (c) 2016 Udler E.I., Khalturin D.V., Spirin E.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies