Дипломная работа

Улучшение пусковых качеств автотракторных дизелей в зимний период эксплуатации

Содержание

Введение

1. Проблемы эксплуатации АТД в условиях низких температур

1.1 Влияние низких температур окружающей среды на пуск АТД

1.2 Процессы впрыскивания, смесеобразования и горения при низких температурах

2. Параметры топлива, влияющие на эксплуатационные качества АТД в условиях низких температур

2.1 Ассортимент и состав дизельных топлив

2.2 Низкотемпературные свойства дизельных топлив

2.3 Процесс кристаллизации н-парафинов и методы улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива

3. Работа топливной системы при низких температурах. способы обеспечения работоспособности

3.1 Особенности работы топливной аппаратуры дизеля при низких температурах

3.2 Обзор устройств для разрушения кристаллов н-парафинов в дизельном топливе

3.3 Современные способы облегчения пуска двигателей в зимнее время

4. Методы расчета элементов топливной аппаратуры при низких температурах

4.1. Определение пределов работоспособности топливной системы при низких температурах

4.2 Методика расчета теплоемкости дизельного топлива при температурах ниже температуры помутнения

4.3 Методы расчета нагревательных элементов установленных в топливной системе дизеля

4.3.1 Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена

4.3.2 Уравнение движения жидкости в трубопроводе

4.3.3 Уравнение неразрывности потока жидкости

4.3.4 Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена в цилиндрических координатах

4.3.5 Режим течения дизельного топлива в трубопроводе

4.3.6 Граничные условия и краевая задача конвективного теплообмена

4.3.7 Расчет геометрических размеров подогревателя дизельного топлива

4.3.8 Математическая модель расчета расхода тепловой энергии на плавление кристаллов углеводородов дизельного топлива

4.3.9 Расчет тепла на плавление кристаллов

4.3.10 Расчет удельной мощности подогревателя для подогрева топлива в заданном интервале температур

5. Эксплуатационные испытания электронагревательного устройства

5.1 Показатели качества пусковых процессов дизеля

5.2 Влияние подогрева топлива на пусковые качества дизелей работающих на летнем топливе

5.3 Результаты использования предлагаемых устройств для обеспечения надежной и безотказной работы автотракторной техники в условиях реальной эксплуатации хозяйствами АПК

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение

автотракторный дизель эксплуатация

Эксплуатация автотракторной техники, оснащенной дизельными двигателями, в зимний период сопряжена с большим расходом топлива и тепловой энергии. Это обусловлено тем, что при отрицательных температурах окружающей среды в дизельном топливе образуются кристаллы углеводородов парафинового ряда, которые накапливаются в узких местах штуцеров и топливопроводов, забивая фильтры грубой и тонкой очистки. При этом увеличивается их сопротивление, что приводит, как правило, к разрыву бумажного элемента и работе дизеля на неочищенном топливе. В результате происходит быстрый выход из строя топливного насоса и форсунок, во многом определяющих работоспособность дизеля. Кроме того, при отрицательных температурах затрудняется пуск холодного дизеля.

Для разрушения кристаллических структур углеводородов перед пуском двигателя в зимних условиях используют подогрев топлива. Расчеты показывают, что при температуре атмосферного воздуха -20 ⁰С, на подготовку к пуску дизельного двигателя средней мощности расходуется около 1100 МДж тепловой энергии. Такое количество тепла выделяется при полном сгорании 2,5 кг дизельного топлива. При высоких ценах на горюче-смазочные материалы разработка вопросов экономии топливных и энергетических ресурсов имеет первостепенное значение для всех субъектов хозяйствования.

Температура окружающего воздуха оказывает существенное влияние на протекание физических процессов, связанных с кристаллизацией парафинистых углеводородов, конденсацией и растворением воды в топливе, мощностные, энергетические и экологические характеристики двигателя, надежность и долговечность работы топливной аппаратуры и двигателя в целом.

Поэтому, исследования в области обоснования критериев и разработке простых, дешевых и долговечных приборов для пуска и прогрева дизельных двигателей в зимний период эксплуатации имеют важное практическое значение для различных отраслей промышленного и сельскохозяйственного производства Республики Беларусь.

1. Проблемы эксплуатации атд в условиях низких температур

Наличие обширного парка дизельных силовых установок, работающих длительное время в зимний период эксплуатации в условиях низких температур, большая удаленность этих зон эксплуатации от источников снабжении, сложность поставки запасных частей и агрегатов требует значительного повышения надежности эксплуатируемой техники.

Опыт эксплуатации машин показывает, что их надежность существенно зависит от климата. Это становится особенно заметным в том случае, если машины в целом или отдельные их элементы работают в климате, на который они не рассчитаны. Исследованиями [1] установлено, что количество отказов, интенсивность изнашивания деталей в условиях зимней эксплуатации техники в три ‑ пять раз выше, чем при положительной температуре окружающей среды. Влияние отрицательных температур на интенсивность изнашивания деталей дизельного двигателя отмечено в работах [2, 3, 4 и др.]. Исследованиями [5] установлено, что снижение температуры окружающего воздуха от 20 ⁰С до -35 ⁰С приводит к повышению износа двигателя Д-37 М в среднем на 50...60%. Износ гильз цилиндров дизеля А-41 под нагрузкой при уменьшении температуры от 0 ⁰С до -20 ⁰С возрастает в 1,5...2,0 раза, а поршневых колец в 2...2,7 раза [6]. Сложность поддержания оптимального теплового состояния двигателя в зимний период эксплуатации, понижение температуры жидкости в системе охлаждения ведет к снижению температуры подаваемого в цилиндры топливно-воздушного заряда и задержке его самовоспламенения. Уменьшение температуры охлаждающей жидкости в двигателе с 85 ⁰С до 45 ⁰С приводит к снижению эффективной мощности дизеля на 5¸6% [7], износ зеркала цилиндра возрастает в 4 раза (по сравнению с износом при нормальном тепловом состоянии).

Из-за сложности поддержания оптимального теплового состояния двигателя снижается температура жидкости в системе охлаждения, что ведет к снижению температуры подаваемого в цилиндры топливовоздушного заряда и задержке его самовоспламенения. Падение температуры охлаждающей жидкости в двигателе с 85 до 45 °С приводит к снижению эффективной мощности дизеля на 5...6%. Расход топлива повышается на 6...7 %. Низкая температура охлаждающей жидкости ускоряет образование смолистых и окисляющих веществ. В результате резко увеличивается отложение нагара, быстрее изнашиваются поршни, поршневые кольца и стенки цилиндров. Износ зеркала цилиндров возрастает также за счет смывания слоя смазки конденсирующимся топливом и водой. По сравнению с износом при нормальном тепловом режиме при понижении температуры охлаждающей жидкости до 55°С износ увеличивается в 4 раза, до 40 °С — в 12 раз, до 30 °С — в 20 раз [7].

Зимой с понижением температуры окружающего воздуха от 20 ⁰С до минус 37 ⁰С вызывает уменьшению температуры воздуха во впускном коллекторе с 21 ⁰С до минус 31 ⁰С. Впрыскивание топлива, имеющего пониженную температуру, в холодную воздушную среду вызывает увеличение периода задержки самовоспламенения. Это в конечном итоге приводит к неполному сгоранию топлива, жесткой работе двигателя, возрастанию среднего индикаторного давления, увеличению удельного расхода топлива. Так, при эксплуатационных испытаниях системы питания автомобиля КамАЗ обнаружено, что на дымность отработавших газов и эксплуатационный расход топлива достигают минимума при температуре топлива в баке 36...37 ⁰С. Первый показатель возрастает в несколько раз, а второй увеличивается на 30...35% при снижении температуры топлива до 0 ⁰С [8].

Одновременно с понижением температуры окружающей среды пропорционально увеличивается число отказов двигателей и других систем и механизмов трактора. Практика показывает, что наибольшее число отказов дизелей (до 50%) происходит вследствие нарушения работы топливоподающей системы. Это обусловлено тем, что ее агрегаты располагаются по всей длине трактора и не имеют системы поддержания оптимальной температуры. Часть агрегатов (топливный насос высокого давления, фильтры тонкой и грубой очистки) находятся рядом с двигателем и нагреваются от него, другие (топливный бак, всасывающий топливопровод) расположены на значительном удалении от двигателя и охлаждаются окружающим воздухом.

Температура окружающего воздуха оказывает существенное влияние на протекание физических процессов, связанных с кристаллизацией парафинистых углеводородов, конденсацией и растворением воды в топливе, на характеристики отдельных агрегатов топливной системы, мощностные характеристики двигателя, надежность и долговечность работы топливной аппаратуры и двигателя в целом.