Совершенствование технологии и технических устройств безразборной очистки деталей дизельных энергетических установок сельскохозяйственной техники от нагароотложений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Север Александр Викторович

• Север Александр Викторович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Север Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ эксплуатации и технического состояния образцов сельскохозяйственной техники в современном агропромышленном комплексе

1.2 Способы безразборной очистки деталей дизельной энергетической установки

от нагароотложений

1.3 Способы и технические устройства для подачи воды в камеру сгорания дизельной энергетической установки

2. РАСЧЁТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ БЕЗРАЗБОРНОЙ ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ ОТ НАГАРООТЛОЖЕНИЙ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДИЗЕЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ НА ПАРОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

2.1 Теоретическое моделирование безразборной очистки деталей дизельной

энергетической установки

2.1.1 Моделирование процесса воздействия паровоздушной смеси на поверхность нагароотложений в камере сгорания дизельной энергетической установки

2.2 Расчетно-теоретический анализ показателей работы дизельной энергетической установки на паровоздушной смеси

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Методика проведения экспериментальных исследований по определению эксплуатационных и экологических показателей дизельной энергетической установки в зависимости от состава паровоздушной смеси

3.2 Разработка испытательного стенда по определению эксплуатационных и экологических показателей дизельной энергетической установки в зависимости

от состава паровоздушной смеси

3.3 Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ БЕЗРАЗБОРНОЙ ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ ДИЗЕЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ОТ НАГАРООТЛОЖЕНИЙ

4.1 Разработка технологии и комплекса технических устройств для безразборной

и и и С» «

очистки деталей дизельной энергетической установки от нагароотложений

4.1.1 Разработка комплекса технических устройств для безразборной очистки деталей дизельной энергетической установки от нагароотложений на экспериментальной установке

4.1.2 Разработка комплекса технических устройств для безразборной очистки деталей дизельной энергетической установки от нагароотложений на тракторе МТЗ-82

4.2 Результаты проведенных исследований по проверке работоспособности разработанного комплекса технических устройств для безразборной очистки

и __и и о ОЛ

деталей дизельной энергетической установки от нагароотложений

4.3 Результаты исследований по определению эксплуатационных и экологических показателей экспериментальной дизельной энергетической установки при использовании технологии и комплекса технических устройств для безразборной очистки деталей от нагароотложений

4.4 Эксплуатационные испытания тракторов и оценка эффективности от применения разработанной технологии и комплекса технических устройств

4.5 Рекомендации по практическому применению разработанной технологии и комплекса технических устройств для безразборной очистки деталей дизельной

энергетической установки от нагароотложений

5.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1 Расчет затрат на изготовление и монтаж разработанного комплекса технических устройств для безразборной очистки деталей дизельной энергетической установки от нагароотложений

5.2 Оценка экономической эффективности от внедрения разработанной технологии и комплекса технических устройств для безразборной очистки

и и и и 1^о

деталей дизельной энергетической установки от нагароотложений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии и технических устройств безразборной очистки деталей дизельных энергетических установок сельскохозяйственной техники от нагароотложений»

Введение

Актуальностьтемы исследования

На сегодняшний момент одной из задач современной науки и практики является повышение эффективности использования образцов сельскохозяйственной техники (СХТ), эксплуатируемых сельскохозяйственными предприятиями (СХП). Данная техника включает различные образцы машинно-тракторного парка (МТП): тракторы, комбайны, грузовую автомобильную технику и др. Приобретение СХП новых современных образцов СХТ могут позволить только крупные аграрные холдинги, а мелкие предприятия агропромышленного комплекса (АПК) эксплуатируют, в основном, технику с большим сроком службы (более 10 лет), произведенную в нашей стране, или в странах содружества независимых государств. В процессе эксплуатации образцов СХТ происходит ухудшение эксплуатационно-технических показателей дизельных энергетических установок (ДЭУ), вызванное образованием нагароотложений на внутренних стенках деталей камеры сгорания (КС). Это приводит к существенному ухудшению процесса сгорания топлива в ДЭУ, теплообмену из-за теплоизолирующих свойств нагара. Эксплуатация таких образцов СХТ для предприятий АПК экономически затратная, так как при достижении толщины нагароотложений в 0,8 мм происходит снижение мощности ДЭУ на 10...15%, приводящее к перерасходу топлива до 20%, а также ухудшению показателей экологичности в 1,5.. .2 раза.

Сложившаяся в настоящее время сложная внешнеполитическая обстановка из-за введенных санкций в отношении нашей страны привела к удорожанию запасных частей и увеличению времени их доставки. В связи с этим, на современном этапе развития АПК и СХП его обеспечивающих, наряду с закупкой новых образцов СХТ, первостепенное значение имеет поддержание на требуемом уровне эксплуатационных и экологических показателей ДЭУ, снятых с гарантийного обслуживания образцов техники. Поэтому, в интересах улучшения данных показателей ДЭУ образцов СХТ, с точки зрения минимизации расходов, целесообразно усовершенствовать существующие технологии и устройства для эффективного удаления нагароотложений с деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) и газораспределительного механизмов (ГРМ) и недопущения их дальнейшего образования.

На данный момент используются различные способы, а также составы для удаления нагароотложений во многих Европейских странах, Китае, США и др.

Однако технологии использования безразборных способов очистки не всегда высокоэффективны и не позволяют полностью очистить от нагара детали ДЭУ, не говоря о том, чтобы полностью предотвратить его образование.

Следовательно, восстановление до номинальных значений и поддержание на требуемом уровне эксплуатационных и экологических показателей ДЭУ за счет реализации технологии и технических устройств безразборной очистки деталей ЦПГ и ГРМ от нагароотложений в процессе эксплуатации образцов СХТ, снятых с гарантийного обслуживания, представляет собой актуальную задачу, требующую сопутствующих решений.

Степень разработанности темы исследования.

Значительный вклад в развитие исследований в области безразборной очистки деталей ДЭУ различными методами и способами внесли ученые Г.П. Дегтерев, В.М. Юдин, A.B. Николаенко, А.И. Меленчук, В.П. Зуев, А.П. Картошкин, Н.П. Парфенов, Ю.М. Пименов, В.А. Татарницев, Ю.В. Катаев и др.

Вопросам научных исследований по применению воды в качестве компонента для рабочей смеси и подаче в КС различными способами (водотопливных эмульсий, водяного пара, и др.) посвящены работы ученых Р.Н. Сафиуллина, А.Е. Ломовских, И.А. Иванова, А.М. Гаврилова, В.С. Панова, М.В. Рыблова, Б.В. Гавкалюка, И.Г. Мироненко, Ю.А. Панова, С.С. Павлова, М.В. Хергеледжи, Н.И. Акулова, А.С. Сафронова, Г.М. Камфера и др.

После изучения данных научных трудов выдвигается предположение о возможности восстановления до номинальных значений и поддержания на требуемом уровне эксплуатационных и экологических показателей ДЭУ, образцов СХТ, снятых с гарантийного обслуживания, на основе совершенствования технологии и технических устройств по безразборной очистке деталей ЦПГ и ГРМ от нагара, путем подачи паровоздушной смеси (ПРВС) во впускной коллектор, что является актуальной задачей, от решения которой, зависит эффективность функционирования образцов СХТ, эксплуатируемых предприятиями АПК.

Научные исследования выполнены на материальные средства поощрительной премии ежегодного межвузовского конкурса инновационных проектов «Кубок инноваций» в 2023 году (приложение А).

Цель исследования. Восстановление и поддержание на требуемом уровне, эксплуатационных и экологических показателей ДЭУ, снятых с гарантийного обслуживания образцов СХТ, за счет применения технологии и комплекса технических устройств безразборной очистки деталей ЦПГ и ГРМ от нагароотложений в процессе эксплуатации, путем подачи ПРВС во впускной коллектор.

Задачи исследования:

1. На основе анализа эксплуатации образцов СХТ, а также существующих технологий и технических устройств очистки деталей ДЭУ от нагароотложений, обосновать комплекс мероприятий по восстановлению и поддержанию на требуемом уровне эксплуатационных и экологических показателей ДЭУ, без вывода техники из эксплуатации.

2. Выполнить теоретическое моделирование процесса воздействия кинетической энергии молекул пара с поверхностью нагароотложений в КС четырехтактной ДЭУ.

3. Разработать математическую модель, позволяющую смоделировать процесс тепломассообмена капли ПРВС при каждом такте в цилиндрах ДЭУ, а также оценить влияние содержания пара в ПРВС (КПРВС), количества оборотов ДЭУ (пдэу) и положения рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД) (иптр) на эксплуатационные и экологические показатели ДЭУ, и определить аналитические зависимости эффективной мощности (Мдэу), удельного расхода топлива (£дэу), содержания углерода в выхлопных газах (Ссажи) ДЭУ от исследуемых величин.

4. Разработать технологию безразборной очистки деталей (БОД) ДЭУ от нагароотложений и комплекс технических устройств, реализующих данную технологию параллельно штатной системы питания образцов СХТ и эмпирически произвести оценку ее функционирования.

5. Обосновать рекомендации по практическому использованию разработанной технологии и комплекса технических устройств, реализуемых параллельно штатной системе питания ДЭУ в процессе эксплуатации техники и выполнить оценку экономической эффективности от внедрения.

Объект исследования. Процесс функционирования ДЭУ с применением технологий и комплекса технических устройств безразборной очистки деталей ЦПГ и ГРМ от нагароотложений, путем подачи различной по составу ПРВС во впускной коллектор.

Предмет исследования. Закономерности изменения эксплуатационных и экологических показателей ДЭУ образцов СХТ при использовании технологии и комплекса технических устройств безразборной очистки деталей ЦПГ и ГРМ от нагароотложений.

Исследуемые эксплуатационные и экологические показатели ДЭУ:

эффективная мощность, количество оборотов ДЭУ, удельный расход топлива, содержание углерода в выхлопных газах (ВГ).

Научная новизна:

1. Получена аналитическая модель процесса воздействия кинетической энергии молекул пара на поверхность нагароотложений в КС четырехтактной дизельной ЭУ, отличающееся от известных тем, что учитываются рабочие процессы действительного цикла (такты: «впуск», «сжатие», «рабочий ход», «выпуск»), проходящего в цилиндрах при подаче ПРВС, описанных в виде четырех последовательных этапов.

2. Разработана математическая модель изучаемого процесса, отличающаяся от известных тем, что позволяет теоретически определять эффективную мощность (^эу), удельный расход топлива ^дэу), содержание показателей углерода (Ссажи) в ВГ дизельной ЭУ в зависимости от состава ПРВС (КПРВС), количества оборотов ДЭУ (пдэу), положения топливной рейки ТНВД (иптр) и обосновать оптимальное содержание пара в ПРВС при котором возможна работа ДЭУ без потери мощности и ухудшения экологических показателей.

3. Разработана технология БОД от нагароотложений и дальнейшего предотвращения их образования, основанная на взаимодействии молекул водяного пара с поверхностью нагара, отличающаяся от существующих, совокупностью операций по применению комплекса технических устройств, и реализуемая путем предварительного смешивания воздушного потока с водяным паром во впускном коллекторе, диспергации полученной смеси и подачи ее в КС в парообразном состоянии, в зависимости от режимов работы ДЭУ без вывода из эксплуатации, снятой с гарантийного обслуживания техники (эксплуатация 3...5 лет), что приводит к увеличению среднего значения компрессии по цилиндрам на 15,3%, мощности ДЭУ на 16%, снижению удельного расхода топлива на 18% и содержания углерода в ВГ на 14%.

4. Разработан комплекс технических устройств, размещенных параллельно штатной системы питания ДЭУ, на образцах СХТ, который, в отличие от известных, позволяет преобразовать воду в парообразную фазу (пар) в генераторе водяного пара, используя энергию горячих ВГ, подать перегретый пар во впускной коллектор, диспергировать его в высокодисперсную ПРВС и автоматически оптимизировать ее подачу в КС в зависимости от режимов работы ДЭУ (5-6% при работе на холостом ходу, до 23% при повышении оборотов около 1900 мин-1 и положении топливной рейки ТНВД до 85%), с помощью разработанного дозатора в зависимости от нагрузки на ДЭУ.

5. Разработаны рекомендации по практической реализации технологии БОД от нагароотложений и комплекса технических устройств на образцах СХТ, обоснованные проведенными эксплуатационными испытаниями исследуемой техники.

Теоретическая и практическая значимость работы. Совершенствование теоретического обоснования, формирования и модернизации конструктивной схемы комплекса технических устройств БОД для использования в штатной системе питания ДЭУ, а также теоретическое обоснование режимов их работы. Разработанная технология и технические устройства для БОД от нагаротложений практически реализованные на образцах СХТ.

Методология и методы исследования. Заключается в совершенствовании методологической основы повышения эффективности материально-технического обеспечения АПК в части разработки и внедрения разработанной технологии БОД от нагароотложений и комплекса технических устройств для ее реализации в штатной системе питания ДЭУ. Методологической основой исследования выступают принципы, модели и методы, которые изложены в трудах ученых в изучаемой предметной области.

Для решения научной задачи результативно использованы существующие базовые методы исследования.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Аналитическая модель процесса воздействия кинетической энергии молекул пара на поверхность нагароотложений в КС четырехтактной дизельной ЭУ.

2. Математическая модель процесса влияния содержания пара в ПРВС (КПРВС), количество оборотов (пдэу) и положения топливной рейки ТНВД (иптр) на эксплуатационные и экологические показатели ДЭУ (^эу, gдэ}„ Ссажи).

3. Технология БОД от нагароотложений и дальнейшего предотвращения их образования.

4. Комплекс технических устройств, размещенных параллельно штатной системы питания ДЭУ, на образцах СХТ, снятых с гарантийного обслуживания.

5. Рекомендации по практическому применению технологии БОД от нагароотложений и комплекс технических устройств, реализуемых параллельно штатной системы питания образцов СХТ без вывода их из эксплуатации.

Степень достоверности и апробация результатов. Обеспечивается и подтверждается проверкой адекватности разработанной модели на основе достаточного количества выполненных экспериментов и высокой сходимостью результатов полученных расчетным и экспериментальным способами.

Результаты диссертационных исследований доложены на конференциях следующих образовательных учреждений: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ (2017-2020 гг.), НИЦ г. Уфа (2024 г.), ФГБОУ ВО Керченский ГМТУ (2024 г.), Санкт-Петербургский ГАУ (2024 г.), Липецкий ЛГТУ (2024 г.), Луганский ГПУ (2023-2025 гг.), Мичуринский ГАУ (2025 г.), межотраслевой молодежный конкурсс научно-технических работ и проектов «Молодежь и будущее авиации и космонавтики» г. Москва (2023 г.), ежегодный межвузовский конкурс инновационных проектов «Кубок инноваций» (2023 г.).

Личный вклад автора. Проведение анализа научной и патентной литературы по теме диссертации; постановка цели и задач исследований, создание теоретической основы для определения эксплуатационных показателей ДЭУ с применением технологий и комплекса технических устройств для безразборной очистки деталей ЦПГ и ГРМ; создание и комплектацию экспериментальной установки; проведение стендовых и эксплуатационных испытаний; анализ результатов исследований; подготовку научных публикаций, подача заявок для получения патентов на изобретения были выполнены лично автором или под руководством научного руководителя.

Реализация результатов исследований. Научные результаты исследований внедрены в сельскохозяйственное предприятие акционерное общество «Родина» станицы Копанской, Ейского района, Краснодарского края и учебный процесс ФГБОУ ВО «Мичуринский государственный аграрный университет».

Публикации. По теме диссертационных исследований опубликовано 20 печатных работ. Из них: 1 - статья из перечня изданий, индексируемых Scopus, 4 - статьи из

перечня изданий, рекомендованных ВАК, 2 - свидетельства о регистрации программного продукта для ЭВМ, получено 2 - патента на изобретение. Общий объем публикаций составляет 7,48 у.п.л., из них, лично автору принадлежит 5,99 у.п.л.

Соответствие паспорту специальности. Диссертационные исследования соответствуют паспорту специальности «Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса» пункта 4 «Механизированные, автоматизированные и роботизированные технологии, и технические средства для агропромышленного комплекса» и пункта 6. «Методы и средства оптимизации технологий, параметров и режимов работы машин и оборудования».

Структура и объем диссертации. Диссертационное исследование состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованной литературы, включающего 124 наименований и приложений на 17 страницах. Диссертационная работа изложена на 166 страницах, включает 81 рисунок и 21 таблицу.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ эксплуатации и технического состояния образцов сельскохозяйственной техники в современном агропромышленном комплексе

т-ч и о

В последние годы отрасль сельского хозяйства и продовольственной промышленности в Российской Федерации (РФ) активно развивается, в том числе благодаря финансовой поддержке со стороны государства [1].

Сельскохозяйственный сектор экономики страны является одним из основных движущих сил, оказывающий существенное влияние на обеспечение не только продовольственной безопасности, но и на устойчивое социально-экономическое развитие государства в целом [2, 3].

Учитывая тенденции, происходящие в мировой экономике, связанные с последствиями распространения новой коронавирусной инфекции в 2020-2021 годах, а также увеличившимся внешним геополитическим и санкционным давлением на Российскую экономику с 2022 года, в отечественной отрасли сельскохозяйственного машиностроения возникли проблемы с поставками комплектующих запасных частей на различные образцы СХТ, снятых и находящихся на гарантийном обслуживании.

Большинство иностранных компаний отказались от поставок запасных частей для поддержания техники иностранного производства в работоспособном и технически исправном состоянии. При этомвозникает необходимость в развитии отечественного сельскохозяйственного машиностроения агропромышленного сектора РФ [1-3].

Развитие должно способствовать динамичному и устойчивому росту каждого СХП, основанному на повышении эффективности производства продукции [1-3].

Рост объемов производства сельскохозяйственной продукции обуславливает необходимость модернизации ДЭУ образцов СХТ: использование нетрадиционных видов топлива, совершенствование процессов сгорания топлива, повышение эксплуатационных показателей ДЭУ, использование систем электронной подачи топлива и др. [4].

Производительность современного АПК зависит от количества и технического состояния образцов СХТ, которые используются для производства различных видов

сельскохозяйственной продукции. Процесс повседневного функционирования АПК и выполнение спектра технологических операций не возможен без каждодневной эксплуатации СХТ. Если в хозяйствах АПК не хватает необходимого количества СХТ, или большая часть одновременно находится в ремонте, то это приводит к нарушению регламентированных сроков агротехнических работ, что негативно сказывается в целом на показателях экономического роста производства.

На сегодняшний день, для успешного функционирования и решения задач по обеспечению продовольственной безопасности, а также роста показателей производительности СХТ Российской Федерации, эксплатируемой МТП должен насчитывать порядка 494260 тракторов и 176526 комбайнов [1-3].

По состоянию на 11 мая 2023 года у сельхозпроизводителей находилось в эксплуатации всего 429728 тракторов, 124179 зерноуборочных и 15355 кормоуборочных комбайнов. Недостаток тракторов и комбайнов в общем количестве составляет более 107000 единиц [1].

Трактор! 3»риоу6орочмы« Кормоубороииы*

комбайны комбайны

Рисунок 1.1 - Количество необходимых, и фактически имеющихся образцов СХТ

Из данных, приведенных на рисунке 1.1, видно, что дефицит образцов СХТ составляет более 14% в виде тракторов, 21% зерноуборочных и 20% кормоуборочных комбайнов [1].

Проведенный статистический анализ эксплуатации образцов СХТ на примере сельскохозяйственного предприятия акционерного общества (АО) «Родина» станицы Копанской, позвололил выявить, что из общего числа СХТ в количестве 116 единиц (приложение Л) составтракторов, эксплуатируемых свыше 10 лет составялет 64% от общего количества тракторов, 42% зерноуборочных и 43% кормоуборочных комбайнов (рисунок 1.2).

II

Зерноуборочные комбайны Кормоуборочные комбайны ■ свыше 10 лет ■ 5-10 лет ■ до 5 лет

Рисунок 1.2 - Возрастной состав образцов СХТ в АО «Родина»

Анализ данных, представленных на рисунках 1.1 и 1.2, показывает, что в настоящее время СХП испытывают дефицит образцов СХТ, а также возникают трудности с обновлением МТП.

Анализ литературного источника [5] показывает, что затраты на эксплуатацию СХТ за весь срок службы превышают в 5-6 раз затрат на её изготовление. Большая часть затрат приходится на проведение технического обслуживания и капитального ремонта ДЭУ (до 35%), так как она является самой дорогостоящей в ремонте и чаще, чем остальные агрегаты выходит из строя.

Так, по состоянию на 31.12.2023 г. в АО «Родина» в эксплуатации находилось 30 единиц СХТ иностранного и 86 единиц отечественного производств, что в процентном соотношении составляет 26% и 74% соответственно.

Из общего количества техники 34 единицы находились в технически неисправном состоянии из-за отказов основных агрегатов и узлов. Анализ технической неисправности по видам техники представлен на рисунке 1.3.

Трактора

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

■ Неисправное состояние

■ Исправное состояние

Трактора

Зерноуборочные комбайны

Кормоуборочные комбайны

Рисунок 1.3 - Техническое состояние образцов СХТ в АО «Родина»

Основная доля ремонтов производилась из-за отказов ДЭУ (более 50%). Основные отказы узлов и агрегатов СХТ приведены на рисунке 1.4.

Дизельная энергетическая установка

Трансмиссия Гидросистема Другие

Рисунок 1.4 - Анализ отказов образцов СХТ

Анализ основных отказов, приходящийся на долю ДЭУ, рассматривался на основе образцов СХТ, имеющихся в АО «Родина» (см. приложение Л). Перечень основных неисправностей представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Перечень основных неисправностей механизмов и деталей ДЭУ образцов СХТ

Наименование техники Причины отказа техники Процент от общего количества отказов

Образцы СХТ Неисправность ЦПГ 54%

Неисправность ГРМ 17%

Неисправность системы смазки 12%

Нарушение регулировок ТНВД 9%

Неисправность распылителей форсунок 8%

Результаты таблицы 1.1 показывают, что большая часть отказов приходится на детали ЦПГ и ГРМ (более 70%). Это связано с тем, что образцы СХТ работают в тяжелых полевых условиях (вспашка, культивация почвы и т.д.), когда обороты ДЭУ низкие, а нагрузка значительная. При таких условиях работы полного сгорания дизельного топливав цилиндрах не происходит, что является следствием повышенного отложения нагаров на поверхностях деталей ГРМ и ЦПГ, основой которых являются сажевые частицы, которыевместе с органически связывающим

материалом и низкомолекулярными продуктами накапливается на огневых поверхностях, образующих КС [6-8].

Предопределяющим фактором образования нагароотложений является физико-химический состав и качество ДТ (фракционный состав; количество соединений, содержащий серу; характер смолистых и неуглеводородных примесей и др.). В результате применения горюче-смазочных материалов (ГСМ) низкого качества происходит неполное сгорание ДТ, приводя к образованию нагара [9-11].

Процесс образования нагароотложений при неполном сгорании ДТ [6] представлен на рисунке 1.5.

Горючая смесь

—У

Окисленные мономеры

_м

Продукты неполного сгорания,

на, нсы, со

Смолисто - лаковые отложения

г

Разложенце продуктов

сгорания

У г

| г 1

Н20 + 50 + 502 + N0

Н2503 + конечные продукты окисления

-> Нагароотложений 4

Рисунок 1.5 - Схема процесса образования нагароотложений

Исследования [6, 12, 13] показывают, что большая часть нагароотложений появляется на днище поршня, клапанах, распылителях форсунок и др. Разновидность нагароотложений представлена в таблице 1.2.

Таблица 1.2 -Внешний вид загрязнений и отложений в ДЭУ

№ п/п Описание Внешний вид нагароотложений

Нагароотложения на внутренних деталях системы впуска ДЭУ

1.

Образование «шубы» на поверхности клапанов, образующееся из-за тяжелых фракций дизельного топлива (нагароотложения на поверхности составляют до 2,5 мм.)

2.

3.

Нагароотложения на деталях ЦПГ и камеры сгорания

Твердые отложения углеродистых соединений черного цвета толщиной более 4 мм

Отложение углеродистых соединений в виде сажи толщиной более 3 мм

Нагароотложения на деталях ГРМ

4.

Асфальто-смолистые отложения в виде осадков. Субстанция черного цвета в виде мази, являющейся эмульсией моторного масла с водой, загрязненными различными примксями - такими как сажа, дизельное топливо и зольные компоненты. Толщина образований достигает 2 мм.

5.

Отложения в виде лаковых налетов, сформированных в виде тонкой пленки толщиной до 0,5 мм.

Закоксовывание сопловых отверстий распылителей форсунок

Коксовые отложения в виде твердых углеродистых веществ, обрующихся локально на поверхности распылителей форсунок, толщиной до 2 мм.

Из таблицы 1.2 видно, что отложения различных видов оказывают негативное влияние на эксплуатационные и экологические показатели ДЭУ, и чем толще, тем негативнее оказываются последствия. Поэтому, накопление нагароотложений является неотъемлемым компонентом процесса функционирования ДЭУ.

Следует отметить, что образование нагароотложений зависит от конструкции КС дизельной ЭУ и условий эксплуатации СХТ. Было выявлено, что увеличение рельефности поверхностей деталей ЦПГ и ГРМ приводит к росту образования нагара [14]. При этом высокотемпературные отложения могут обладать разной степенью твердости и адгезии, в зависимости от рабочего режима ДЭУ, а также качества используемого топлива и моторного масла (ММ) [6].

Появление нагароотложений на поверхностях клапанов приводит к нарушению их герметичности. Обрастание нагаром продувочных окон ухудшает продувку цилиндров. Основные же отрицательные явления связаны с образованием отложений на иглах распылителей форсунок, которые приводят к их зависанию, т. е. такому положению, когда игла перестает плотно садиться в гнездо распылителя и не полностью закрывает канал распылителя форсунки. В этом случае ухудшается распыл топлива и происходит просачивание топлива, падает мощность и экономичность ДЭУ, дымность в ВГ [15-18].

В связи с увеличением разнообразия используемых топлив, исследования доказали влияние физико-химического состава ДТ на процесс образования нагароотложений. Повышенное содержание серы в 4 раза позволяет ускорить образование нагара в 2-4 раза. Сгорание высокосернистых топлив образует нагар, который обладает большей твердостью, что приводит к повышенному износу деталей ДЭУ [13, 19, 20].

Таким образом, при эксплуатации ДЭУ с нагароотложениями наблюдается рост давления в конечной фазе такта «сжатие», приводящий к усилению «жесткости» процесса сгорания ДТ (более 0,25...0,30 МПа) на каждый градус поворота коленчатого вала [21, 22].

При «жесткой» работе ДЭУ возникают ударные нагрузки на поршень, увеличивается максимальное давление на подшипники, вызывая их ускоренный износ, а иногда и механическое разрушение. Жесткая работа ДЭУ может сопровождаться деформацией поршневых колец (вплоть до их разрушения) и прорывом в картер значительного количества ВГ [23].

Нагароотложения уменьшают эффективность передачи тепла к охлаждающему контуру, так как являются хорошим теплоизолятором. Это приводит к перераспределению тепловых потоков, снижая эффективность отвода тепла от деталей, что ведет к повышению температуры в КС и перегреву поверхностей, не покрытых нагаром [24—29].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Север Александр Викторович, 2026 год

список

технического состояния образцов сельскохозяйственной техники в АО «РОДИНА»

№ п/п Вид техники Марка Модель Год выпуска Мощность ДЭУ.кВт Наработка, и/час, га Наработка за 2023г., ы/ч, га Техническое состояние Толщина (мм)/ твердость нагароотложений (огн.ед) Наработка ДЭУ (после кап. ремонта)

1. Трактор John Deere 8430 2009 300 26839 1834,5 исправен 2.7/ 3T 3200

2. Трактор John Deere 8430 2007 300 38200 2343,0 исправен 0.8Я 1200

3. Трактор John Deere 7830 2010 200 23400 1656,0 исправен 1.8/2Т 2500

4 Трактор John Deere 8430 2008 300 28800 ¡756,1 исправен 1.9/2T 2500

5. Трактор John Deere 7830 2011 200 24100 1873,0 исправен 0,6/Т ТОО

6. Трактор New Holland Т7060 2020 200 4530 1132,3 исправен ЗД/ЗТ

7. Трактор New Holland Т7060 2020 200 3700 988,0 исправен 2,6/ЗТ -

8. Трактор Case 450 2012 450 16800 ¡432,0 исправен 1,3^ 2100

9. Трактор Case 340 2017 340 8600 1423,3 исправен 3.7/3T 5000

11). Трактор Case 210 2017 210 5400 801,9 исправен З.б/ЗТ -

li- Трактор Case 210 2018 210 5200 1220,0 исправен 3.5/3T -

li. Трактор RSM 3535 2021 540 3080 1000,4 исправен 3.4/3T -

13. Трактор JCB 541-70 2019 100 7500 1489.0 исправен 0,6/Т 1300

14. Комбайн (эерн.) Tucano 580 2019 205 1900 475,8 исправен \.2ГТ ■

15, Комбайн (эерн,) Tucano 580 2019 205 1850 508,2 исправен 1.3/т ■

16. Комбайн (эерн.) Tucano 580 2017 205 3300 206,3 неиагравеи (снижение компрессии в цилиндрах ДЭУ, закоксование (зависание) компрессионных колец, требуется капитальный ремонт) 2,9/ЗТ -

17. Комбайн (эерн.) Tucano 580 2017 205 3100 484,2 ненравен 2,7/ЗТ

18 Комбайн (эерн.) Tucano 580 20)7 205 3400 516,4 ненравен 2,6/ЗТ -

19. Комбайн (терн,) Tucano 580 2017 205 3360 490,2 исправен 2,7/ЗТ -

20, Комбайн (эерн.) Tucano 580 2017 205 3700 467,2 исправен 2,8/ЗТ •

21. Комбайн (эерн.) Tucano 580 2017 205 3230 4«, исправен 2,2/ЗТ •

22. Комбайн (терн.) _ Палессе GS 12 2010 330 6100 47,2 нененравен (заклинивание ДЭУ, проворст шатунных вкладышей коленчатого ваза, требуется капиталыгый ремонт) - -

23. Комбайн Палессе GSI2 2010 330 5900 476,9 исправен 0,3»,5Т 476

станицы

Краснодарского края

«УТВЕРЖДАЮ» АО «Родина» Писаренко O.K.