Vestnik of Kazan State Agrarian UniversityVestnik of Kazan State Agrarian UniversityВестник Казанского государственного аграрного университета2073-04622842810.12737/article_5cceddb77ac7e0.09639673Технические наукиТехнические наукиMODERNIZATION THE SYSTEM OF BEARING UNITS LUBRICATION OF A TURBO COMPRESSOR OF THE TRACTOR ENGINEМОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ СМАЗКИ ПОДШИПНИКОВОГО УЗЛА ТУРБОКОМПРЕССОРА АВТОТРАКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯГалиевИльгиз ГакифовичGalievIlgiz Gakifovichdrgali@mail.ru
Казанский государственный аграрный университетКазаньРоссияKazan State Agrarian UniversityKazanRussian FederationКазанский государственный аграрный университетRUKazan state agrarian UniversityRU1417176https://zh-szf.ru/en/nauka/article/28428/view
Технически приемлемым решением проблемы увеличения мощности, является использование нагнетателя (компрессора). Это означает, что подающийся в двигатель воздух сжимают перед его впуском в камеру сгорания, т.е. компрессор обеспечивает подачу необходимого количества воздуха, достаточного для полного сгорания увеличенной дозы топлива. Следовательно, при прежнем рабочем объеме камеры сгорания двигателя и тех же оборотах мы получаем большую мощность, а конструктивным решением для достижения этой цели является применение турбокомпрессора. Однако, в силу напряжённости режима работы турбокомпрессоров при резком изменении частоты вращения коленчатого вала и нагрузочных показателей во время эксплуатации техники (количество оборотов ротора меняется от 30000 мин-1 до 120000 мин-1, температура выхлопных газов достигает 7500С) требуется обеспечение эффективной смазкой подшипников его ротора. В связи с этим в системе смазки подшипникового узла конструктивно был предусмотрен гидроаккумулятор мембранного типа. В статье приведена конструктивная схема соединения гидроаккумулятора в системе смазки подшипникового уза турбокомпрессора, представлены фотографии экспериментальной установки для подтверждения эффективности данного конструктивного решения. Эксперимент проводился после остановки двигателя, работающего в режимах максимального, среднего и минимального оборотов коленчатого вала, при этом замерялись время выбега ротора турбокомпрессора и падение давления в системе смазки подшипникового узла турбокомпрессора с момента остановки двигателя. Выявлено, что установка гидроаккумулятора в системе смазки подшипникового узла турбокомпрессора позволит обеспечить масляную подпитку подшипников при резком сокращении оборотов коленчатого вала во время перегрузок двигателя, что подтверждается увеличением выбега ротора турбокомпрессора на 30…40 %, при этом штатные параметры подачи и давления масла сохраняются.
A technically acceptable solution to the problem of increasing power is the use of a supercharger (compressor). This means that the air entering the engine is compressed before it enters the combustion chamber, i.e. the compressor provides the necessary amount of air, sufficient for complete combustion of the increased dose of fuel. Consequently, with the previous working volume of the engine combustion chamber and the same revolutions, we get more power, and the use of a turbocharger is a constructive solution to achieve this goal. However, due to the intensity of the operating mode of the turbochargers with a sharp change in the crankshaft rotation speed and load parameters during operation of the equipment (the rotor speed varies from 30,000 min-1 to 120,000 min-1, the exhaust gas temperature reaches 7500C) it requires effective lubrication of its bearings rotor. In this regard, in the lubrication system of the bearing assembly, a hydroaccumulator of membrane type was structurally provided. The article presents a constructive scheme of the connection of the hydroaccumulator in the lubrication system of the bearing pin of the turbocharger, presents photographs of the experimental setup to confirm the effectiveness of this design solution. The experiment was carried out after the engine stopped, operating at maximum, average and minimum crankshaft speeds, and the rundown time of the turbocharger rotor and pressure drop in the lubrication system of the turbocharger bearing assembly were measured from the moment the engine stopped. It was revealed that the installation of a hydroaccumulator in the lubrication system of the bearing assembly of the turbocharger will ensure the oil feed of the bearings with a sharp reduction in crankshaft rotation during engine overloads, which is confirmed by an increase in the overrun of the turbocharger rotor by 30 ... 40%, while the standard flow and oil pressure remain.
Турбокомпрессор применяется не только с целью повышения мощностных характеристик двигателей внутреннего сгорания (ДВС), но и для увеличения технико-экономических показателей и улучшения экологических свойств при эксплуатации тракторов, самоходных комбайнов, автомобилей и др. [1, 2, 3, 4, 5]. Однако, в связи с особыми условиями работы турбокомпрессоров, а именно, часто меняется обороты коленчатого вала двигателя и нагрузочные показатели во время эксплуатации техники, частота вращения ротора турбокомпрессора меняется в пределах 40…170 тыс. оборотов в минуту, температура выхлопных газов - 650…700 °С, требует обеспечения эффективной смазки подшипников ротора турбокомпрессора [6, 7]. Штатная, последовательная схема системы смазки ДВС не обеспечивает в достаточной мере, отвод тепла от деталей турбокомпрессора, что в свою очередь не исключает износ его ротора и подшипников.Основные труды ведущих ученых в данной области исследований направлены на совершенствование процесса смазки подшипников ротора турбокомпрессора изменением конструкции сопрягаемых деталей, технологических схем подачи масла к ним и снижение теплонапряженности [10, 11]. Эффективность этих решений доказана при использовании автомобилей и железнодорожных локомотивов. Однако при эксплуатации тракторов, самоходных комбайнов в сельском хозяйстве периодическое изменение нагрузочных и скоростных режимов ДВС, а также в связи с периферией расположения турбокомпрессора и совмещенной системой смазки, штатный режим смазки и подача масла к подшипникам не обеспечивается.Основными причинами ухудшения надежности функционирования турбокомпрессоров являются снижение объема подачи и давления масла в подшипниковом узле турбокомпрессора в ситуации резкого сокращения оборотов коленчатого вала двигателя, его остановке при перегрузках, а также при запуске, особенно в холодное время [8, 9].Исходя из вышеизложенного, к основным недостаткам применения турбокомпрессоров можно отнести следующие: низкая надежность при эксплуатации (количество отказов на долю турбокомпрессора от общих отказов ДВС, составляет от 7 до 30 %); высокая стоимость турбокомпрессора (от 10000 до 80000 р.); ресурсоемкий ремонт, который обуславливается высокой трудоемкостью ремонта и значительным временем простоя МТА из-за неисправности турбокомпрессоров [11, 12, 13].
Хафизов К.А., Хафизов Р.Н., Адигамов Н.Р. Основные направления развития технического сервиса в АПК Татарстана // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2014. Т. 9. № 4 (34). С. 95-102.Khafizov K.A., Khafizov R.N., Adigamov N.R. The main directions of technical service development in the agro-industrial complex of Tatarstan. [Osnovnye napravleniya razvitiya tekhnicheskogo servisa v APK Tatarstana]. // Vestnik Kazanskogo GAU. - The Herald of Kazan State Agrarian University. 2014. Vol. 9. № 4 (34). P. 95-102Шириязданов Р.Р., Халиуллин Ф.Х. Оценка эффективности регуляторов топливных насосов высокого давления механического типа // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 10. С. 38-39.Shiriyazdanov R.R., Khaliullin F.Kh. Evaluation of the efficiency of fuel pumps regulators of high pressure of mechanical type. [Otsenka effektivnosti regulyatorov toplivnykh nasosov vysokogo davleniya mekhanicheskogo tipa]. // Traktory i selkhozmashiny. - Tractors and agricultural machines. 2014. № 10. P. 38-39Халиуллин Ф.Х., Медведев В.М. Операторная форма решения уравнений для модели энергетических установок мобильных машин //Вестник Казанского ГАУ. 2014. Т. 9. № 2 (32). С. 75-77.Khaliullin F.Kh., Medvedev V.M. Operator form for solving equations for a model of power plants of mobile machines. [Operatornaya forma resheniya uravneniy dlya modeli energeticheskikh ustanovok mobilnykh mashin]. / Vestnik Kazanskogo GAU. - The Herald of Kazan State Agrarian University. 2014. Vol. 9. № 2 (32). P. 75-77Халиуллин Ф.Х., Медведев В.М., Шириязданов Р.Р. Математическая модель определения эксплуатационных показателей энергетических установок мобильных машин в неустановившихся режимах работы// Вестник Казанского ГАУ. 2015. Т. 10. № 1 (35). С. 71-74.Khaliullin F.Kh., Medvedev V.M., Shiriyazdanov R.R. Mathematical model for determining the operational performance of power plants of mobile machines in unsteady operation modes. [Matematicheskaya model opredeleniya ekspluatatsionnykh pokazateley energeticheskikh ustanovok mobilnykh mashin v neustanovivshikhsya rezhimakh raboty]. / Vestnik Kazanskogo GAU. - The Herald of Kazan State Agrarian University. 2015. Vol. 10. № 1 (35). P. 71-74Хафизов К.А., Халиуллин Ф.Х. Пути повышения эффективности использования машинно-тракторных агрегатов // Техника и оборудование для села. 2015. № 10. С. 20-22.Khafizov K.A., Khaliullin F.Kh. Ways to improve the efficiency of machine and tractor units use. [Puti povysheniya effektivnosti ispolzovaniya mashinno-traktornykh agregatov]. // Tekhnika i oborudovaniye dlya sela. - Technique and equipment for the village. 2015. №10. P. 20-22Khafizov R.N., Khafizov K.A, Nurmiev A.A., Galiev I.G. Optimization of main parameters of tractor and unit for seeding cereal crops with regards to their impact on crop productivity //17th International Scientific Conference Engineering for rural development Proceedings, Volume 17 May 23-25, 2018 Р. 168-175Khafizov R.N., Khafizov K.A, Nurmiev A.A., Galiev I.G. Optimization of main parameters of tractor and unit for seeding cereal crops with regards to their impact on crop productivity //17th International Scientific Conference Engineering for rural development Proceedings, Volume 17 May 23-25, 2018 P. 168-175Галиев И.Г., Хусаинов Р.К. Оценка условий функционирования тракторов в аграрном производстве //Техника и оборудование для села. 2015. № 10. С. 13-15Galiev I.G., Khusainov R.K. Assessment of the conditions of tractors’ operation in agricultural production. [Otsenka usloviy funktsionirovaniya traktorov v agrarnom proizvodstve. / Tekhnika i oborudovanie dlya sela. Technique and equipment for the village. 2015. № 10. P. 13-15Галиев И.Г., Мухаметшин А.А., Исхаков И.Р., Шамсутдинов А.Р. Управление работоспособностью техники с учетом условий аграрного производства // Вестник Казанского ГАУ. 2010. Т. 5. № 3 (17). С. 86-88.Galiev I.G., Mukhametshin A.A., Iskhakov I.R., Shamsutdinov A.R. Management of equipment performance with regard to the conditions of agricultural production. [Upravlenie rabotosposobnostyu tekhniki s uchetom usloviy agrarnogo proizvodstva]. / Vestnik Kazanskogo GAU. - The Herald of Kazan State Agrarian University. Vol. 5. № 3 (17). P. 86-88Галиев И.Г., Дардымов В.И., Малыгин В.Н. Классификация факторов, влияющих на работоспособность турбокомпрессоров двигателей // Условия развития сельского хозяйства в условиях глобального риска. Материалы научно-практической конференции - Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2016 - 608 с.Galiev I.G., Dardymov V.I., Malygin V.N. Klassifikatsiya faktorov, vliyayuschikh na rabotosposobnost turbokompressorov dvigateley. // Usloviya razvitiya selskogo khozyaystva v usloviyakh globalnogo riska. Materialy nauchno-prakticheskoy konferentsii. (Classification of factors, affecting the performance of engine turbocompressors. // Conditions for the development of agriculture in conditions of global risk. Proceedings of scientific and practical conference). - Kazan: Izd-vo Kazanskogo GAU. - 2016 - P. 608Бурцев А. Ю. Повышение эксплуатационной надежности турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания // Материалы III междунар. науч.- техн. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству» под ред. д. т. н. Н. С. Сергеева. Челябинск, 2013. С. 28-34.Burtsev A. Yu. Povyshenie ekspluatatsionnoy nadezhnosti turbokompressorov dvigateley vnutrennego sgoraniya. // Materialy III mezhdunar. nauch.- tekhn. konf. “Dostizheniya nauki - agropromyshlennomu proizvodstvu”. (Improving the operational reliability of turbo compressors of internal combustion engines. // Proceedings of the 3rd International scientific and technical conference "Achievements of science is to agro-industrial production”). Edited by Doctor of Technics, N.S. Sergeeva. Chelyabinsk, 2013. P. 28-34Плаксин А. М. [и др.] Продление срока службы турбокомпрессоров автотракторной техники применением гидроаккумулятора в системе смазки // Фундаментальные исследования. 2014. № 6. Ч. 4. С. 728-732.Plaksin A. M. and others. Extension of the service life of turbo-compressors of automotive engineering using a hydraulic accumulator in the lubrication syste. [Prodlenie sroka sluzhby turbokompressorov avtotraktornoy tekhniki primeneniem gidroakkumulyatora v sisteme smazki // Fundamentalnye issledovaniya]. Basic Research 2014. №6. Ch. 4. P. 728-732.Халиуллин Ф.Х., Галиев И.Г. Учет условий эксплуатации автотранспортных средств при определении нормативов технической эксплуатации // Вестник Казанского ГАУ. 2011. Т. 6. № 2 (20). С. 106-108.Khaliullin F.Kh., Galiev I.G. Consideration the conditions of vehicles operation in determining the standards of technical operation. [Uchet usloviy ekspluatatsii avtotransportnykh sredstv pri opredelenii normativov tekhnicheskoy ekspluatatsii]. / Vestnik Kazanskogo GAU. - The Herald of Kazan State Agrarian University. 2011. Vol. 6. № 2 (20). P. 106-108.Совенков В.А., Адигамов Н.Р. Восстановление изношенных рабочих поверхностей цилиндров и плунжеров аксиально-плунжерных гидравлических насосов // Вестник Казанского ГАУ. 2013. Т. 8. № 1 (27). С. 67-69.Sovenkov V.A., Adigamov N.R. Restoration of worn working surfaces of cylinders and plungers of axial-plunger hydraulic pumps. [Vosstanovlenie iznoshennykh rabochikh poverkhnostey tsilindrov i plunzherov aksialno-plunzhernykh gidravlicheskikh nasosov]. / Vestnik Kazanskogo GAU. - The Herald of Kazan State Agrarian University. 2013. Vol. 8. № 1 (27). P. 67-69.Крастинь О.П. Методы анализа регрессий и корреляций. Рига: ЦСУ СМ Латвийской ССР, 1970. 347 с.Krastin O.P. Metody analiza regressiy i korrelyatsiy. [Methods for analyzing regressions and correlations]. - Riga: TSSU SM Latviyskoy SSR, 1970. - P. 347.