Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Зимние условия эксплуатации предъявляют высокие требования к надежности подвижного состава, к качеству эксплуатационных материалов и технологическому оборудованию по предпусковой подготовке [3].

В условиях Сибири в зимний период отрицательные температуры опускаются ниже отметки –20 0С, при которых в условиях безгаражного хранения мобильной техники холодный пуск дизельного двигателя становится серьезной проблемой [2].

В связи с этим повышение пусковых качеств дизельных двигателей и создание эффективных способов предпусковой подготовки представляет собой актуальную и многоплановую задачу.

Другой актуальной задачей, связанной с низкотемпературной эксплуатацией, является снижение пусковых износов деталей двигателя [5].

Анализ факторов воздействия низких температур на ресурс двигателей показал, что значительное влияние на увеличение износов при пуске, а также на общую надежность пуска оказывает запаздывание поступления масла к деталям двигателя [2].

Для решения проблемы пусковых износов в системах смазки современных двигателей применяют различные конструктивные и эксплуатационные мероприятия, обеспечивающие принудительную подачу масла к поверхностям трения в первый послепусковой период работы [1].

Данные устройства и способы можно разделить на 3 группы [1]:

1) устройства, обеспечивающие предпусковую подачу смазочного материала к узлам трения двигателя с помощью масляных насосов различного типа и конструкции;

2) устройства, в которых для подачи смазочного материала используются гидравлические аккумуляторы, обеспечивающие накопление масла во время работы двигателя и его подачу под давлением непосредственно перед пуском;

3) различные конструктивные особенности смазочной системы, обеспечивающие уменьшение задержки при подаче смазочного материала во время пуска двигателя (использование в системе смазки запорных клапанов, повышение давления открытия редукционного клапана и т. п.).

Рассмотренные устройства для предпусковой прокачки моторного масла лишь ограниченно применяются в высокофорсированных дизельных двигателях специализированной техники.

Конструкторская разработка

На основе анализа рассмотренных устройств для предпусковой прокачки моторного масла наиболее простым и эффективным устройством является применение гидравлических аккумуляторов [4]. Поэтому нами предлагается на базе гидравлического аккумулятора для широко используемого в зимний период трактора МТЗ-80 разработать конструкцию устройства для принудительной подачи моторного масла к трущимся элементам двигателя Д-240 перед пуском.

С целью снижения тепловых потерь моторного масла в гидравлическом аккумуляторе и поддержания температуры технической жидкости в период его межсменного хранения предлагается корпус устройства поместить в тепловую оболочку и дополнительно установить электрический нагревательный элемент.

Основной целью модернизации системы смазки двигателя (рис. 1, 2) является сокращение времени поступления моторного масла к деталям двигателя Д-240 в процессе холодных пусков путем сохранения положительной температуры масла в гидравлическом аккумуляторе в период межсменного хранения и предпусковой подачи масла из гидравлического аккумулятора к трущимся элементам двигателя. Таким способом обеспечивается сокращение времени работы подшипников коленчатого вала и турбокомпрессоров на неблагоприятных режимах (в режиме сухого и граничного трения).

Данное устройство имеет следующие особенности (рис. 1, 2):

1) использование штатных отверстий в системе смазки двигателя позволяет устанавливать устройство предпусковой смазки без внесения каких-либо изменений в конструкцию двигателя. Так можно проводить модернизацию тракторных двигателей, находящихся в эксплуатации;

2) применение тепловой изоляции для разработанного устройства позволит повысить эффективность сохранения тепла моторного масла в период межсменного хранения техники, что способствует облегчению пуска при низких температурах;

3) применение саморегулирующего нагревательного элемента в разработанном устройстве позволяет в автоматическом режиме обеспечивать разогрев моторного масла в гидравлическом аккумуляторе.

Устройство работает следующим образом (рис. 1). По окончании смены работы трактора механизатор открывает кран 8, и разогретое моторное масло при работающем двигателе с использованием штатного масляного насоса двигателя из картера частично закачивается в тепловой аккумулятор (примерно 60–70% от общего объема жидкости в масляном картере), где в межсменный период хранения техники происходит сохранение (аккумулирование) тепла моторного масла. В процессе запуска двигателя открываем кран 8, и под действием создаваемого дополнительного давления воздуха (0,3–0,5 МПа) внутри гидравлического аккумулятора (с помощью воздушного насоса, ресивера) часть моторного масла  направляется в главную масляную магистраль, осуществляя тем самым предпусковую прокачку масла в течение 20–40 с, а оставшаяся часть моторного масла направляется по дополнительным шлангам непосредственно в картер двигателя через сливное отверстие.

 

 

Рис. 1. Схема устройства для предпусковой подачи масла в систему смазки двигателя Д-240:

1 – маслозаборник; 2 – масляный насос; 3 – предохранительный клапан; 4 – центрифуга; 5 – клапан термостат радиатора; 6 – радиатор; 7 – указатель манометра; 8 – кран; 9 – масляный нагреватель; 10 – теплоизоляция; 11 – гидроаккумулятор; 12 – сливное отверстие масляного картера; К и Ш – коренные и шатунные подшипники; Р – опоры распределительного вала

Методика проведения эксперимента

Контроль за процессом зарядки и разрядки гидравлического аккумулятора осуществляется по штатному масляному датчику давления, расположенному на приборной панели трактора МТЗ-80 (рис. 3).  Результаты проведенных испытаний показывают, что при температуре масла в гидравлическом аккумуляторе 40 0С и давлении воздуха 0,3 МПа давление масла в главной масляной магистрали в момент подачи рабочей жидкости  составило 0,22  МПа (в пределах допустимого рабочего давления) и не менялась в течение 40–60 с.

Рис. 2. Устройство для предпусковой подачи масла в систему смазки двигателя Д-240:

1 – гидроаккумулятор в тепловой изоляции; 2 – блок для подключения масляного нагревателя к внешней сети; 3 – кран; 4 – счетчик жидкости; 5 – тройник; 6 – главная масляная магистраль; 7 - масляный картер двигателя Д-240;  8 – штуцер сливного отверстия

Рис. 3. Зависимость давления в главной масляной магистрали от давления воздуха в гидравлическом аккумуляторе (температура моторного масла в гидравлическом аккумуляторе 38–42 0С, температура окружающей среды -18 … - 24 0С, марка моторного масла М-10Г2 )

Предпусковая прокачка моторного масла позволяет сократить время поступления масла к узлам трения и повысить долговечность двигателя.

При дальнейшем совершенствовании предлагаемой конструкции нами предложено установить внутри гидроаккуммулятора саморегулируемый нагревательный элемент 9 (рис. 1 и рис. 4), запитанный от внешнего источника для поддержании температуры рабочей жидкости и при необходимости - разогрева моторного масла перед пуском двигателя.

 

 

Рис. 4. Саморегулируемый нагревательный элемент мощностью 30 Вт

 

В качестве нагревательного устройства был выбран стержневой электрический нагревательный элемент с терморегулятором мощностью 30 Вт с максимальной температурой нагрева жидкости 55 0С.

Также в процессе эксперимента регистрировались эффективность тепловой изоляции по скорости остывания моторного масла в гидравлическом аккумуляторе и динамика разогрева жидкости нагревательным элементом 9 (рис. 1) в предложенном устройстве.   В качестве тепловой изоляции использовалось базальтовое волокно, пенофол и экструдированный пенополистирол (рис. 5).

 

Рис. 5 .  Гидравлический аккумулятор в тепловой изоляции:

1 - базальтовое волокно; 2 – пенофол; 3 - экструдированный пенополистирол

 

Средняя скорость остывания моторного масла в тепловом аккумуляторе составила 1,5–2 0С/час (рис. 6) при температуре окружающей среды -18 …-23 0С, а скорость нагрева моторного масла в тепловом аккумуляторе с помощью электрического нагревательного устройства составила 3–5 0С/час (рис. 7), что показывает достаточно эффективные показатели применения разработанного устройства.

Рис. 6. График нагрева моторного масла в гидравлическом аккумуляторе (мощность нагревательного устройства N=30 Вт, температура окружающей среды Т=-20 …-25 0С )

 

Рис. 7. График остывания моторного масла в гидроаккумуляторе (температура окружающей среды Т= -18… -23 0С )

По результатам испытаний были сделаны предварительные выводы об эффективности работы устройства предпусковой смазки:

1) устройство обеспечивает поступление достаточного объема смазочного материала к подшипникам коленчатого вала перед пуском двигателя, позволяет уменьшить время поступления масла к деталям во время холодного пуска и предотвратить их повышенный пусковой износ;

2) устройство обеспечивает поддержание давления в системе смазки перед пуском двигателя в пределах 0,1–0,2 МПа в зависимости от начальной температуры моторного масла в устройстве и в картере двигателя, а также давления в гидравлическом аккумуляторе;

3) применение тепловой изоляции и нагревательного устройства позволяет повысить эффективность применения гидравлического аккумулятора для предпусковой прокачки масла, в условиях отрицательных температур.

Рецензенты:

Бураев М.К., д.т.н., процессор, заведующий кафедрой «Технический сервис и общеинженерные дисциплины» ФГБОУ ВПО Иркутская государственная сельскохозяйственная академия, г. Иркутск;

Полтавцев В.И., д.т.н., профессор ФГБОУ ВПО Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт, г. Кемерово.