СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ ДИЗЕЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ В КЛИМАТИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ ВОЕННЫХ НАУК

3(24)/2008 (спецвыпуск)

УДК 621.136

В.Н. БОНДАРЬ,

канд. техн. наук, доцент, ЮУрГУ, г.Челябинск

А.А. МАЛОЗЕМОВ,

канд. техн. наук, доцент, ЮУрГУ, г.Челябинск

В.Н. БЕЛОУСОВ,

канд. техн. наук, ученый секретарь

ОАО «НИИ Автотракторной техники», г. Челябинск

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ ДИЗЕЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ В КЛИМАТИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ

Главной целью НИОКР в двигателестроении является обеспечение высокого технического уровня и, как следствие, конкурентоспособности продукции. Военная техника должна отвечать комплексу военно-технических требований, вытекающих из задач оперативно-тактического использования в специфических условиях армейской эксплуатации. В основе разработки требований лежит программная цель применения конкретного вида техники в Вооруженных Силах. Военная гусеничная (колесная) машина (ВМ) должна обладать необходимыми тактико-техническими и эксплуатационными свойствами, которые реализуются за счет определенных выходных свойств каждого конструктивного элемента рассматриваемого объекта, в том числе и силовой установки.

Существенную роль в обеспечении боевой готовности ВМ играет время, необходимое для приведения силовых установок в рабочее состояние. Основной составляющей этого времени является продолжительность пуска двигателя, которая при низких температурах окружающей среды определяет готовность боевых машин. Пуск многотопливных дизелей специального назначения должен обеспечиваться на различных видах топлива, в том числе и на нетрадиционных: бензине и его смесях с дизельным и другими видами топлив. Снижение продолжительности предпусковой подготовки и пуска дизелей также обеспечивает уменьшение выбросов вредных веществ с отработавшими газами.

Обязательные требования к характеристикам двигателей ВМ изложены в государственных и отраслевых стандартах, согласно которым дизель при работе на дизельном топливе по ГОСТ 305 должен обеспечивать:

- надежный пуск без применения средств предпускового подогрева и облегчения пуска при температуре - не более 5 °С;

- надежный пуск с использованием штатных средств облегчения пуска и маловязких масел при температуре - не более -25 °С (в течение времени не более 5 мин.

В перспективе, с учетом зарубежного опыта, минимальная температура пуска холодного дизеля должна быть не менее -32 °С, с применением средств подогрева - не менее -52 °С.

Исходя из вышеизложенного, одним из важнейших направлений повышения технического уровня, позволяющих повысить конкурентоспособность отечественных дизелей специального назначения, является улучшение пусковых свойств при пониженных температурах окружающей среды. Для подтверждения соответствия продукции нормативным требованиям, а также при совершенствовании пусковых характеристик дизелей, необходимы специальные испытания, как неотъемлемая часть жизненного цикла изделия. Программы и методики испытаний должны предусматривать применение прогрессивных, экономически обоснованных и обеспечивающих необходимую достоверность технических средств и методов.

Требования к объемам и методикам испытаний дизелей в военных машин строго регламентированы государственными и отраслевыми стандартами. Для оценки способности дизеля выполнять свои функции в условиях воздействия внешних факторов, проводят специальные стендовые испытания. Наибольшую сложность представляют испытания при пониженной температуре окружающей среды (оценка пусковых качеств), так как, для их проведения необходимо дорогостоящее сложное специальное оборудование - климатическое камера. Проведение пусковых испытаний в условиях окружающей среды крайне неэффективно, так как возможно только зимой при нестабильных температурах воздуха. При климатических испытаниях необходимо смоделировать не только атмосферные условия, но и влияние элементов объекта, в котором применяется дизель.

С целью обеспечения возможности проведения пусковых и других видов испытаний дизелей различного назначения в условиях воздействия низких температур окружающего воздуха, в Челябинском филиале НАТИ (ныне - ОАО «Научно-исследовательский институт автотракторной техники») была создана климатическая камера [1]. В ней, используя возможности раздельной имитации температур воздушного заряда, смазочного масла, охлаждающей жидкости, топлива, отдельных элементов конструкции, можно оценить влияние физико-химических свойств эксплуатационных жидкостей и конструкционных материалов, конструктивных и регулировочных решений по основным системам на эффективность процессов предпусковой подготовки, пуска, топливоподачи, уровни механической и тепловой нагруженности, надежность и затраты мощности на обеспечение работоспособности дизеля.

Созданная климатическая камера (габаритные размеры (Д х Ш х В) - 5 х 5 х 2,7 м, объем камеры, 67,5 м3) обеспечивает минимальную температуру минус 55 °С, максимальная отводимая от объекта испытаний тепловая мощность в условиях теплового баланса - 130 кВт (рисунок 1).

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ ДИЗЕЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ В КЛИМАТИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ

Методики испытания дизелей для военной техники были разработаны в соответствии с ОСТ В3-2133, для гражданской - по ГОСТ 20000 и ГОСТ 10150. Климатическая камера используется также для сертификационной оценки отдельных узлов и агрегатов силовых установок, например, предпусковых подогревателей, работающих на дизельном топливе с расходом до 50 кг/ч. Для этого она оснащается дополнительным оборудованием. Стенд позволяет проводить испытания подогревателей, работающих на жидких и газообразных видах топлива, с регулированием температуры воздуха на входе в подогреватель от плюс 20 °С до минус 50 °С.

За время существования камеры, объектами исследований являлись дизели В-84, В-92С2, В-99, В-58-7МС, А-85-3, А-57, конверсионные дизели В-31 и В-35, двигатели гражданского назначения (Челябинского тракторного, Алтайского моторного и других заводов), их системы предпусковой подготовки и пуска.

В развитие известных средств облегчения воспламенения топлива в цилиндрах (свечи накаливания, легковоспламеняющиеся жидкости, факельные подогреватели впускного воздуха) на дизелях типа В-2 и 2В, исследована система подогрева впускного воздуха (ПВВ) повышенной эффективности с использованием пневматического распыливания топлива. Доводочные испытания в климатической камере проводились с целью оптимизации расходов топлива и воздуха, а также продолжительности сопровождения процесса разгона дизеля работой системы ПВВ, обеспечивающих устойчивое горение топлива в период пуска и послепусковой период в режиме сопровождения. Включение системы ПВВ и маслозакачивающего насоса осуществлялось по программе, заложенной в блок управления и корректируемой в процессе испытаний. При использовании ПВВ, пуск дизеля А-85-3 на арктическом дизельном топливе обеспечивается при температуре минус 20 °С, а при использовании бензина А-76 -минус 5°С. Без применения системы ПВВ пуск дизеля осуществляется с использованием смазочного масла М-16ИХП и топлива ДЛ при температуре плюс 16 ОС, а при использовании бензина - плюс 36 °С.

Для осуществления пуска дизеля В-90С2 при температуре окружающей среды минус 20 °С на масле М-12В2РК изменен подвод топлива к ПВВ. Это позволило обеспечить пуск дизеля на топливах «3» и «А» в течение 175... 195 с.

При оценке холодного пуска дизеля В-99 (степень сжатия понижена до 13,5) в процессе испытаний на коленчатый вал был установлен маховик для имитации вращающихся масс объекта. Это мероприятие, а также увеличение продолжительности сопровождения работы дизеля на холостом ходу работой ПВВ позволило снизить неравномерность частоты вращения коленчатого вала и исключить «качание». Затраты времени на пуск дизеля составили 5 мин.

На дизелях А-57 для облегчения холодного пуска предложена система безфорсуночного подогрева впускного воздуха (БФП) испарительного типа (испарение с нагретой поверхности сетки). Эта система более чувствительна к расходам топлива и воздуха и поэтому ее работа на дизельном топливе менее стабильна. Испытания в климатической камере выявили, что применение системы БФП (4 свечи с терморезисторами, подключенными через блок управления) обеспечивает пуск дизеля с использованием бензина А-76 и смазочного масла МТЗ-10П при температуре окружающей среды до минус 25 °С. Однако при этом необходимо более длительное сопровождение послепусковой работы дизеля на холостом ходу работой системы БФП, так как после раннего отключения системы БФП самопроизвольно отключаются отдельные цилиндры, увеличивается неравномерность частоты вращения коленчатого вала. При этом возникает неустойчивый процесс изменения частоты вращения коленчатого вала - «качание», что обычно заканчивается остановкой дизеля и квалифицируется как неудачный пуск (рисунок 2).

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ ДИЗЕЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ В КЛИМАТИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ

При малых частотах вращения коленчатого вала дизеля имеют место значительные утечки воздушного заряда через поршневые кольца. Это приводит к снижению параметров сжатия и ухудшению пусковых качеств дизеля. Одним из мероприятий улучшения пусковых качеств дизелей является подача масла в цилиндры с пусковым воздухом, что способствует уплотнению зазора «поршень - гильза» и смазке этого сопряжения. Испытания устройства впрыскивания масла в цилиндры (УМВ) проводились на двигателях В-84 и А-57. Минимальное количество масла необходимое для смазывания и уплотнения цилиндров дизеля находится в пределах 120...180 г (10...15 г на цилиндр). Количество выносимого масла из резервуара УМВ зависит от его температуры и практически не зависит от давления пускового воздуха. Осциллографирование давления воздушного заряда в цилиндре показывает, что с применением УМВ оно в среднем на 0,15 МПа выше, чем без впрыскивания масла. Дизель В-84 с применением УМВ пускается на масле М-12В2РК при температуре минус 5...7 °С, а без применения УМВ - минус 2 °С.

Продолжительность пуска дизелей специального назначения должна быть минимально короткой. Для обеспечения этого требования разработана комбинированная система подготовки запуска (КСПЗ) дизеля В-58-7МС-1, состоящая из системы подогрева впускного воздуха (ПВВ), системы термостатирования масла (СТМ) и системы подогрева с подогревателем ПЖД-600. СТМ содержит термоизолированные масляные баки: основной и дополнительный с замкнутыми полостями, в которых установлены теплоэлектронагреватели (ТЭН) мощностью 500 Вт - в основном баке - 2 шт. и в дополнительном - 1 шт. Полости электронагревателей заполнены низкозамерзающей жидкостью. Совместная работа СТМ, подогревателя ПЖД и ПВВ обеспечивает подготовку и пуск дизеля при минус 40°С за время не превышающее 20 мин. При температуре минус 45°С суммарные затраты времени на пуск составляют 22 мин, а при минус 50°С - 26.. .28 мин. Система ПВВ показала приемлемую работоспособность во всем диапазоне температур окружающего воздуха, включая минус 50 °С.

В экстремальной ситуации при выходе из строя основных систем пуска используется твердотопливное пусковое устройство (ТТПУ), содержащее газогенератор с топливным элементом и пусковой пиропатрон. Испытания в климатической камере показали, что ТТПУ является эффективным средством прокручивания коленчатого вала дизеля. При температуре окружающего воздуха минус 25 °С частота прокручивания коленвала составила 175 мин-1.

Таким образом, созданная в ОАО «НИИ АТТ» климатическая камера позволила существенно улучшить пусковые характеристики дизелей специально го назначения ЧТЗ, поднять их технический уровень, повысить конкурентоспособность. Результаты исследований по улучшению пусковых свойств внедрены в серийное производство.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бондарь В.Н., Захаров И.А., Белоусов В.Н. и др. Стенд для пусковых испытаний двигателей внутреннего сгорания. Патент на полезную модель № 72324, дата приоритета - 09.01.2008.


Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

  • <a href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX" data-mce-href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX">InstaForex</a>
  • share4you сервис для новичков и профессионалов
  • Animation
  • На развитие сайта

    нам необходимо оплачивать отдельные сервера для хранения такого объема информации