Совершенствование системы диагностирования топливной аппаратуры тепловозных дизелей

Таблица 1.2.

       Результирующие  данные генераторных характеристик

Окончание табл. 1.2.

       Результирующие  данные генераторных характеристик сведены в табл. 1.2. ролико-лопастные расходомеры используются также для проверки и регулирования топливных насосов высокого давления (ТНВД) во время диагностики дизеля на основных видах деповских ремонтов. Использование высокоточных широкодиапазонных ролико-лопастных расходомеров позволяет выполнять диагностику ТНВД и оперативное регулирование цикловой подачи ТНВД непосредственно на дизеле.

       В результате использования ролико-лопастных расходомеров при регулировке топливной аппаратуры на пункте реостатной диагностики, по данным локомотивного депо Узловая, экономия расхода топлива в среднем составила 14,1 дм³ за один час работы дизеля под нагрузкой, что при плотности дизельного топлива, равной 0,84 кг/дм³, соответствует 11,8 кг/ч на один тепловоз. Тогда экономия топлива при настройке топливной аппаратуры с применением ролика-лопастных расходомеров в год на один тепловоз составит 105,3 тыс. руб. в год на один локомотив.

       При расчете экономии топлива при регулировании тепловозных характеристик дизеля на пунктах реостатной диагностики принимается, что топливная экономичность уменьшается в течение первых 10 дней по мере удаления от момента выполнения регулировки дизеля. В остальные 20 дней экономии топлива нет, что соответствует наихудшему варианту из встречавшихся на практике. Тогда экономия топлива на один тепловоз в год составит 11,7 т при условии, что в течение суток локомотив в режиме тяги работает половину времени.

       Учитывая, что годовая производительность локомотива составляет в среднем по сети 290 525 766 т·км брутто в сутки, годовая экономия топлива (без учета экономии масла) при использовании ролико-лопастных расходомеров на один тепловоз составляет 30,3 т.

       Учитывая  затраты на содержание устанавливаемого оборудования и амортизационные отчисления, затраты депо составят 56 тыс. руб. в год. В расчете на один локомотив величина затрат на содержание и амортизацию при средней численности 40 локомотив в депо, составит 1,4 тыс. руб. в год. При расчете себестоимости перевозок методом расходных ставок эта величина относится на условно-постоянные не зависящие от объема перевозок, которые при определении себестоимости по методу расчетных ставок принимаются в процентном отношении от величины зависящих расходов на 1000 т·км нетто.

       Результаты  экономии эксплуатационных расходов от внедрения ролико-лопастных расходомеров на пунктах реостатной диагностики тепловозов и пунктах экипировки локомотивов 2ТЭ116 приведены в табл. 1.3.

       Внедрение ролико-лопастных расходомеров на пунктах реостатной диагностики дизелей поездных тепловозов обеспечивает уменьшение расходов на перевозки на 0,2 % в части расходов локомотивного хозяйства [15].

Таблица 1.3.

Количественная  оценка влияния внедрения ролико-лопастных расходомеров на пунктах реостатной диагностики тепловозов и пунктах экипировки локомотивов на расходы локомотивного депо

       Данная  методика расчета топливной экономичности при использовании ролико-лопастных расходомеров на пунктах реостатной диагностики действительна и для депо, эксплуатирующих другие, серии тепловозов. А подход к оценке экономического эффекта использования ролико-лопастных расходомеров на пунктах реостатной диагностики может быть использован и для локомотивных депо промышленного транспорта, применяющих тепловозы с электрической передачей [15]. 

1.4. Модернизация привода клапанов газораспределения

тепловозных дизелей 

       Традиционный  механический привод клапанов газораспределения современных тепловозных двигателей ограничивает возможности их форсирования по частоте вращения и снижает моторесурс. Дело в том, что локомотивные энергетические установки большую часть времени работают на неноминальных режимах, и в этих условиях механический привод клапанов не обеспечивает требуемого гибкого газораспределения для      оптимального протекания процессов очистки и наполнения цилиндров двигателя.

       Основной  закон регулирования фаз газораспределения звучит, как известно, следующим образом: при увеличении нагрузочного и скоростного режимов работы дизеля все фазы газораспределения должны увеличиваться. Поэтому, как свидетельствуют выполненные исследования, за счет изменения фаз газораспределения можно значительно улучшить технико-экономические показатели локомотивных энергетических установок, расширить ассортимент используемых ими топлив, снизить жесткость работы двигателя и токсичность выпускных газов.

       По  месту расположения регулятора у механического привода клапанов можно выделить четыре подхода: между коленчатым и кулачковым валами («Vanos» и «Double Vanos» Германия), между кулачковым валом и толкателем      («VALVETRONIC» Германия и «VTEC» Япония), на участке от толкателей до клапана газораспределения и на самом клапане газораспределения. Перечисленные типы приводов, в свою очередь, отличаются конструкцией органов газораспределения, возможностью изменения моментов открытия и посадки клапанов в зависимости от эксплуатируемого режима работы дизеля. Однако применяемые при этом различные конструктивные исполнения обеспечивают выполнение только ограниченных задач, не решающих общих проблем повышения топливной экономичности во всем диапазоне регулирования и не обеспечивающих жесткие экологические требования. Эти недостатки, безусловно, являются тормозом дальнейшего  развития системы механического привода клапанов предопределяют поиск других альтернативных типов привода [1].

       В настоящее время совершенствование отечественных тепловозных дизелей, следует вести в двух основных направлениях: улучшение процессов сгорания на частичных нагрузках и переходных режимах и оптимизация процессов газообмена на этих нагрузках с использованием механизмов газораспределения нового поколения.

       В учебной лаборатории кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» МИИТа были проведены полномасштабные исследования альтернативных немеханических типов привода клапанов газораспределения. Основные испытания выполнялись на модельных одно- и двухклапанной установках, а также на безмоторных и моторных стендах дизелей ЧН10,5/12, ЧН14/14, ЧН21/21 и ЧН26/26. Выполненные исследования позволили установить целесообразность разработки и применения альтернативного немеханического привода клапанов газораспределения для тепловозных дизелей. Над созданием таких систем сегодня работают около шестидесяти ведущих дизелестроительных фирм мира, а над формированием микропроцессорного и программного обеспечения для решения многочисленных вопросов, связанных с регулированием топливоподачи и газообмена, порядка 15 групп и фирм.

       Реальное распространение могут иметь три вида привода клапанов газораспределения: гидравлический, электромагнитный и электрогидравлический.

       Гидравлический привод отличается следующими особенностями: относительно высоким быстродействием, большими силами инерции по сравнению с силами сопротивления, возможностью управления отдельными фазами движения клапана и временем его выстоя в крайних положениях, достаточно высокими значениями КПД всего привода.

       Применение электромагнитного привода нашло практическое воплощение начиная с конца 1980-х годов. Особенно большое число исследований провели в Японии и США. Основные преимущества этого привода: обеспечение широких диапазонов регулирования фаз газораспределения, высокое быстродействие, удобство контроля работы привода, большая надежность элементов электронной системы управления и возможность при необходимости установки дублирующих схем формирования управляющих сигналов. Электромагнитный привод позволяет получить оптимальные энергетические и экологические показатели дизеля при любых режимах работы, возможность без дополнительных затруднений реверсировать дизель, осуществлять декомпрессию при пуске и режим противовращения, а также использовать дизель в качестве поршневого компрессора.

       Однако  массогабаритные показатели этого привода для тепловозного дизеля оказались неудовлетворительными - электромагнит только для привода одного выпускного клапана дизеля ЧН 26/26 имеет вес свыше 16 кг, причем сердечник и обмотка весят примерно одинаково. К этому следует добавить вес демпфера, креплений и кожуха. КПД привода получается не выше 50%, и только на отдельных режимах работы двигателя в оптимальном варианте он может достигнуть 65%. Средняя потребляемая мощность на привод составляет приблизительно 1 кВт/клапан при частоте вращения коленчатого вала в 1000 мин^-1. Электромагниты необходимо интенсивно принудительно охлаждать. И хотя электромагнитный привод клапанов является заманчивым техническим решением, его широкое применение в таком традиционном виде, как силовой соленоид, представляется нецелесообразным. Кроме того, необходимость охлаждения электромагнитов, а главное высокая их стоимость, снижают практическую ценность идеи.