Совершенствование эксплуатационной работы тепловозов путем применения присадки к моторному маслу
На правах рукописи
ПЕТУХОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЗОВ
путем применения ПРИСАДКИ К МОТОРНОМУ МАСЛУ
специальность
05.22.07 – Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация
автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Самара 2010
Работа выполнена на кафедре «Локомотивы» ГОУ ВПО «Самарского государственного университета путей сообщения» (СамГУПС)
Научный руководитель: – доктор технических наук, профессор
Просвиров Юрий Евгеньевич
Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор
Коссов Евгений Евгеньевич;
– кандидат технических наук, доцент
Лысак Елена Анатольевна
Ведущая организация – ГОУ ВПО «Брянский государственный технический
университет»
Защита диссертации состоится «__»____ 2010г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 218.011.01 Самарского государственного университета путей сообщения по адресу: 443066, г. Самара, 1-й Безымянный пер., 18, СамГУПС, в аудитории 5216, корпус 5.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного университета путей сообщения.
Автореферат разослан «__» 2010г.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по адресу диссертационного совета университета.
Ученый секретарь диссертационного
совета Д 218.011.01,
кандидат технических наук, доцент В.С. Целиковская
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
В транспортной системе России ведущим и организующим видом является железнодорожный транспорт, который характеризуется высокой интенсивностью и непрерывностью работы. В настоящее время тепловозный парк имеет повышенную степень износа узлов и агрегатов и значительные затраты на поддержание их в работоспособном состоянии. В связи с этим, вопросы по повышению технико-экономических параметров дизелей тепловозов с учетом реальных условий эксплуатации имеют большое практическое значение.
В подавляющем большинстве случаев межремонтные сроки и ресурс тепловозов и их энергетических установок определяются интенсивностью изнашивания деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ), находящихся в наиболее тяжелых условиях работы, на долю которых в настоящее время приходится до 75-80% потерь мощности на трение в дизеле. Опыт эксплуатации тепловозных дизелей показывает, что их работоспособность нарушается вследствие физического износа деталей ЦПГ, подверженных наибольшим механическим нагрузкам и имеющих наибольшие трудозатраты при обслуживании.
Одним из направлений по увеличению срока службы ЦПГ тепловозных дизелей, которые наиболее часто выходят из строя, является повышение противоизносных свойств моторного масла, путем применения присадок.
Проведенные научные исследования в области применения присадок к моторному маслу на транспорте позволили повысить технико-экономические параметры дизелей. Таким образом, теоретическое обоснование и экспериментальные исследования эффективности различных противоизносных присадок является весьма актуальной задачей, а применение присадок, в сложившихся условиях, являются перспективным и наиболее экономичным путем повышения технико-экономических параметров дизелей тепловозов.
Диссертационная работа подготовлена по результатам научно-исследовательских работ, проведенных на кафедре «Локомотивы» Самарского государственного университета путей сообщения при непосредственном участии автора в период с 2007 по 2010 годы. Исследования проводились в соответствии с постановлением Правительства РФ №796 от 17.11.2001г., которым утверждена Федеральная программа «Энергоэффективная экономика на 2002-2005годы и на перспективу до 2010года» и в соответствии с постановлением № 964 от 31 августа 2007 года, которым утверждена программа «Стратегические направления научно-технического развития ОАО «РЖД» на период до 2015г. и на перспективу до 2020г.».
Цель и задачи исследований
Целью исследования является оценка влияния присадок к моторному маслу на износ цилиндропоршневой группы дизелей и экономичность тепловозов в эксплуатации.
Для достижения цели были поставлены задачи:
- Произвести анализ основных типов противоизносных присадок к моторному маслу, а также их принцип действия и выбрать наиболее оптимальную присадку по затратам и эффективности.
- Установить влияние металлоплакирующих присадок к моторному маслу на процесс изнашивания цилиндропоршневой группы дизеля тепловоза. Установить теоретическую зависимость между экономичностью и фрикционными свойствами моторного масла с металлоплакирующими присадками. Разработать методику расчета расхода топлива тепловозов с учетом использования присадок к моторному маслу. Разработать методику расчета интенсивности изнашивания сопряжения гильза – поршневое кольцо дизеля тепловоза в эксплуатации.
- Провести расчетно-экспериментальные исследования влияния присадки «Ресурс» к моторному маслу на работу тепловоза ЧМЭ3.
- Разработать устройства для введения присадок к моторному маслу и программу для аналитического определения экономичности тепловозов и интенсивности изнашивания ЦПГ дизелей маневровых тепловозов ЧМЭ3 и ТЭМ2 с учетом присадок к моторному маслу в условиях реальной эксплуатации.
- Рассчитать экономический эффект от использования металлоплакирующей присадки «Ресурс» к моторному маслу тепловоза ЧМЭ3 в эксплуатации.
Методы исследований
При выполнении работы применялись экспериментальные методы, методы математического моделирования, методы математической статистики, методы планирования и обработки результатов натурного эксперимента. При построении графических зависимостей в двух и трех координатных осях использовались пакеты программ Microsoft Excel, Statistica, Delpfi 7 и др.
Экспериментальный материал получен по результатам обследования и регистрации теплоэнергетических параметров на маневровых тепловозах ЧМЭ3 при введении присадки «Ресурс» к моторному маслу (Оренбургский локомотиворемонтный завод).
Научная новизна
- Разработана методика расчета интенсивности изнашивания сопряжения "гильза – поршневое кольцо" с учетом присадок к моторному маслу, отличающаяся возможностью анализировать интенсивность изнашивания сопряжения "гильза – поршневое кольцо" дизелей тепловозов на всем периоде жизненного цикла, на основании которой рассчитана интенсивность изнашивания дизеля тепловоза ЧМЭ3.
- Разработана методика расчета экономичности тепловозов при введении присадок к моторному маслу, в результате чего установлена теоретическая зависимость между экономичностью и фрикционными свойствами моторного масла с металлоплакирующими присадками, позволяющая в условиях эксплуатации прогнозировать эффективность влияния различных присадок к моторному маслу.
Практическая ценность
- Разработано и защищено патентом РФ устройство для подачи приработочной присадки в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания.
- Разработано устройство для подачи приработочной присадки в масляную систему двигателя внутреннего сгорания.
- Разработана программа для аналитического определения экономичности тепловозов и интенсивности изнашивания ЦПГ дизелей маневровых тепловозов ЧМЭ3 и ТЭМ2 с учетом присадок к моторному маслу в условиях реальной эксплуатации.
Реализация результатов работы
Основные теоретические положения, методы исследований, практические результаты, полученные в диссертационной работе, планируются к внедрению в технологии ремонта тепловозных дизелей на Оренбургском локомотиворемонтном заводе – филиале ОАО «РЖД» в 2010-2011гг.
Апробация работы
Основные материалы диссертации поэтапно докладывались, обсуждались и получили одобрение на V Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара, 2009г., СамГУПС), на международной научно-практической конференции «Наука и образование транспорту» (г. Самара, 2009г., СамГУПС), на Всероссийской научно-практической конференции с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области машиностроения» (г. Тольятти 2009г. ТГУ) и др.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе статей – 8, из них 1 в ведущем рецензируемом научном издании, определенном ВАК РФ, патентов на полезную модель – 1.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Материалы диссертации содержат 120 страниц основного текста, 24 рисунка, 9 таблиц и приложения на 14 страницах. Список использованных источников содержит 110 наименований. Общий объем работы 143 страниц.
Содержание работы
Во введении произведен анализ состояния вопросов по применению противоизносных присадок к моторному маслу в тепловозных дизелях, обоснована актуальность задачи снижения преждевременного износа лимитирующих узлов тепловозных дизелей, повышения топливной экономичности, а также экологической безопасности локомотивов в эксплуатации за счет применения металлоплакирующих присадок к моторному маслу.
В первой главе на основании проведенного анализа показано, что вопросами применения присадок к моторному маслу, повышающих эффективность работы дизелей занимаются специалисты ВНИИЖТ, ВНИТИ, ЦНИДИ, ПГУПСа, РГУПСа, СамГУПСа. Эти вопросы нашли отражение в трудах Крагельского И.В., Гаркунова Д.Н., Костецкого Б.И., Виппера А.Б., Коссова Е.Е., Матвеевского Р.М., Добычина М.Н., Комбалова В.С., Венцеля С.В., Михина Н.М., Мамыкина С.М. и многих других авторов.
Проведенный анализ статистических данных Оренбургского локомотиворемонтного завода показал, что большое количество нарушений и отказов в работе тепловозных дизелей связаны с повреждениями ЦПГ и составляют 20% случаев в среднем по сети дорог. Интенсивность отказов ЦПГ по зарегистрированным случаям в 29% происходит по причине преждевременного износа и снижения работоспособности.
Опыт эксплуатации большого парка тепловозных дизелей выявил целесообразность в проведении специальных противоизносных мероприятий, направленных на увеличение срока службы тепловозных дизелей, как действующего парка, так и новых моделей.
Одним из таких мероприятий по решению данной проблемы является использование металлоплакирующих смазочных материалов с целью снижения износа и повышения работоспособности узлов трения ЦПГ дизеля тепловоза, основной эффект от применения которых заключается в восстановлении геометрии трущихся деталей и регулировании зазоров в сопряженных узлах трения.
На основе анализа данных по применению металоплакирующих присадок на транспорте сделан вывод о большом разнообразии присадок в качестве добавок к моторному маслу. Анализ современных присадок по влиянию их на технико-экономические показатели дизелей позволил выбрать для дальнейших исследований, среди достаточно большого выбора металлоплакирующих присадок, для ЦПГ дизелей тепловозов присадку к моторному маслу «Ресурс», как одну из наиболее перспективных металлоплакирующих присадок к моторному маслу, подходящую по такому критерию как «цена-качество» и положительно влияющую на такие показатели как износ, расход топлива и содержание вредных выбросов в отработанных газах.
На основании рассмотренных материалов сформулированы цель и задачи исследования.
Во второй главе разработана методика расчета интенсивности изнашивания сопряжения "гильза – поршневое кольцо" с учетом присадок к моторному маслу, отличающаяся возможностью анализировать интенсивность изнашивания сопряжения "гильза – поршневое кольцо" дизелей тепловозов на всем периоде жизненного цикла, на основании которой рассчитана интенсивность изнашивания дизеля тепловоза ЧМЭ3.
Обычно в условиях эксплуатации не производятся многократные измерения величины износа (для сопряжения "гильза – поршневое кольцо" это вообще затруднительно), и процесс изнашивания можно принять стационарным.
В расчетах на износ используют понятие интенсивности линейного изнашивания, которое определяется по формуле:
, (1)
где h – величина линейного износа, мкм,
LТ – путь трения, мм.
Дифференциалы в этом случае в уравнении (1) можно заменить конечными приращениями и определять интенсивность изнашивания по единичному измерению величины износа и наработке.
В общем случае интенсивность изнашивания гильзы цилиндров дизелей может быть определена по формуле:
, (2)
где U – износ рабочей поверхности детали за наработку t, мм,
t – наработка, час,
n – частота вращения коленчатого вала, об/мин,
S – ход поршня, мм,
Аргументы функции (2) (кроме хода поршня) являются случайными величинами, характеризуемыми различными законами распределения. Установить закономерность или последовательность воздействия тех или иных факторов, влияющих на износ и срок службы деталей ЦПГ дизелей тепловозов при эксплуатационных исследованиях, почти невозможно. Исходя из этих соображений, можно считать, что расчет по формуле (2) целесообразно проводить одним из наиболее достоверных способов установления величины износа и срока службы дизелей тепловозов в условиях эксплуатации – методом статистического моделирования.
В результате чего было получено распределение интенсивности изнашивания ЦПГ дизеля маневрового тепловоза ЧМЭ3 в условиях реальной эксплуатации:
. (3)
Средняя интенсивность изнашивания гильзы цилиндра дизеля тепловоза ЧМЭ3 в условиях эксплуатации составила 9,55·10-11.
На основании методики И.В. Крагельского разработана и адаптирована к тепловозным дизелям методика расчета интенсивности изнашивания сопряжения "гильза – поршневое кольцо" с учетом фрикционных свойств и микрогеометрических параметров изнашиваемого материала (гильзы цилиндра), изменяемых присадкой, введенной в моторное масло.
Интенсивность изнашивания гильз цилиндров дизелей тепловозов с учетом присадок к моторному маслу в общем случае определялась по формуле:
, (4)
где С – коэффициент, учитывающий фрикционную усталость материала и параметры опорной поверхности;
Р – номинальное давление в контакте, МПа;
– параметр степенной аппроксимации кривой опорной поверхности;
К – коэффициент, зависящий от параметра степенной аппроксимации кривой опорной поверхности;
– постоянная упругости истираемого материала;
– коэффициент упрочнения молекулярной связи;
t – показатель кривой фрикционной усталости при упругом контакте, мкм;
– безразмерный комплекс, характеризующий шероховатость поверхности;
Кf – расчетный коэффициент трения;
о – константа фрикционной усталости истираемого материала;
– средний радиус кривизны вершин микронеровностей, мкм;
b – параметр опорной кривой поверхности.
В формулу (4) входит большое количество аргументов, часть из которых можно принять постоянными (для конкретных условий контакта), а часть являются случайными величинами. Поэтому, как и в случае расчета интенсивности износа в эксплуатационных условиях, расчетную модель целесообразно строить на основе статистического моделирования. Расчет производился с помощью программного продукта Statistiсa 6. Исходные данные для моделирования брались с учетом изменения таких параметров как: средняя максимальная высота микронеровностей Rmax; средний радиус кривизны микронеровностей r; параметр опорной кривой поверхности b; параметр степенной аппроксимации кривой опорной поверхности v.
В результате чего было получено распределение интенсивности износа ЦПГ дизеля маневрового тепловоза ЧМЭ3 с учетом присадок к моторному маслу:
. (5)
Средняя интенсивность изнашивания гильзы цилиндра дизеля тепловоза ЧМЭ3 при моделировании составила 9,07·10-11.
Сравнение распределений, рассчитанных по эксплуатационным данным и по теоретической модели, показало хорошую сходимость (рис. 1).
Рис. 1 Распределение интенсивности изнашивания гильзы цилиндра
дизеля тепловоза ЧМЭ3 в условиях эксплуатации и при моделировании
Расхождение составляет не более 10%. Это дает основание использовать принятую модель для теоретического анализа влияния присадок к моторному маслу на интенсивность изнашивания ЦПГ дизелей маневровых тепловозов.
Для расчета экономичности тепловозов при введении присадок к моторному маслу была разработана методика, позволяющая в условиях эксплуатации прогнозировать эффективность влияния различных присадок к моторному маслу в зависимости от фрикционных свойств, в результате чего установлена теоретическая зависимость между экономичностью и фрикционными свойствами моторного масла с металлоплакирующими присадками.
Для расчета изменения коэффициента трения fтр при введении различных присадок в моторное масло использовалась модель Н.М. Михина:
, (6)
где 0 – параметр молекулярной составляющей коэффициента трения;
– пьезокоэффициент молекулярной составляющей коэффициента трения;
эф – коэффициент эффективных гистерезисных потерь;
h – сближение поверхностей, мкм;
Е – модуль упругости, МПа;
µ – коэффициент Пуассона (безразмерный);
R – радиус единичной микронеровности, мкм.
Для практических целей в условиях эксплуатации является достаточно важной возможность оценивать улучшение топливной экономичности, вызываемое снижением механических потерь в дизеле.
Бльшая часть потерь на трение приходиться на пары "поршень – гильза", "поршневые кольца - гильза" (45-55% всех внутренних потерь). Исходя из этого, сделаем допущение, что изменение мощности механических потерь пропорционально потере мощности на трение:
Nм~ Nтр(ЦПГ).
Целесообразнее величину суммарной мощности механических потерь рассчитывать через механический КПД дизеля, относительная погрешность которого по данному методу составляет м = ± 3%.
Положим, что эффективная мощность дизеля неизменна (Nе = const), тогда влияние присадки на потери мощности на трение Nтр зависит от двух параметров коэффициента трения fтр и механического КПД 
.
Так как теоретическое определение изменения 
с введением присадок к моторному маслу сопряжено со значительными сложностями, то основываясь на экспериментальных данных, приведенных других в работах, 
изменяется незначительно, поэтому можно допустить, что 
при введении присадок в моторное масло не значительно влияет на Nм.
Основываясь на вышеизложенном, Nтр прежде всего зависит от fтр.
Переходя к изменению расхода топлива, получим:
GT = gi Nм. (7)
С учетом очевидной зависимости gi = gе·м формулу (5) можно представить в виде, справедливом для эффективных показателей дизелей:
GT = gе ·м ·Nм, (8)
где gем – удельный эффективный расход топлива и механический КПД, относящиеся к начальной ситуации (существовавшей до снижения механических потерь).
Итоговая формула (8) позволяет при наличии начальных значений удельного эффективного расхода топлива и механического КПД прогнозировать в условиях эксплуатации изменение расхода топлива в зависимости от фрикционных и микрогеометрических параметров, изменяемых присадкой, введенной в моторное масло.
С целью проверки адекватности разработанной методики был произведен сравнительный анализ результатов, полученных в ходе экспериментов, с результатами численных экспериментов по разработанной методике. После обработки данных с помощью предложенной методики была определена относительная погрешность расчета по сравнению с экспериментом, которая составила 3% и является вполне приемлемой для расчетного прогнозирования влияния противоизносных присадок к моторному маслу.
В третьей главе обобщены и проанализированы данные, полученные при испытаниях тепловоза ЧМЭ3 при работе на моторном масле М-14В2, а также с добавкой металлоплакирующей присадки «Ресурс» к моторному маслу, подаваемой в масляную систему в условиях станции реостатных испытаний и пункта экологического контроля Оренбургского локомотиворемонтного завода. Металлоплакирующая присадка добавлялась в моторное масло в таком количестве, чтобы концентрация порошка оловянистой бронзы составила 3,0 % по массе от количества моторного масла в дизеле.
На рис. 2 приведена зависимость изменения удельного эффективного расхода топлива bе от периода приработки ЦПГ дизеля тепловоза ЧМЭ3. Как следует из рис. 2, после 6-ти часов приработки в условиях проведенного эксперимента данная присадка проявила себя в полной мере, и удельный эффективный расход топлива снизился на 4% с 226 г/(кВт*ч) до 217 г/(кВт*ч). Снижение расхода топлива говорит об уменьшении коэффициента трения, причиной которого стало образование на рабочей поверхности цилиндров слоя (пленки) веществ – продуктов действия металлоплакирующей присадки, что повлекло за собой снижение коэффициента трения.
удельный расход топлива be после 6-ти часов приработки
по паспортным данным, be
be до введения присадки «Ресурс» be расчетное значение по предложенной методике
Рис. 2 Изменение удельного расхода топлива от периода приработки ЦПГ дизеля
тепловоза ЧМЭ3Т № 6477, работающего на моторном масле М-14В2
и с добавкой присадки «Ресурс»
Проведение испытаний на трение и износ всегда связано с большими затратами средств и времени, поэтому с целью исследования влияния присадки «Ресурс» в моторное масло на работу сопряжения "гильза – поршневое кольцо" приведен расчет интенсивности изнашивания методом статистического моделирования по уравнению (4). На рис. 3 приведены зависимости распределения интенсивности изнашивания сопряжения "гильза – поршневое кольцо" при работе маневрового тепловоза на моторном масле и с добавкой присадки «Ресурс». Как следует из рис. 3, при введении присадки «Ресурс» к моторному маслу средняя интенсивность изнашивания сопряжения "гильза – поршневое кольцо" снизилась в 1,58 раза по сравнению с интенсивностью изнашивания без введения присадки «Ресурс» и снижение составило с 9,55·10-11 до 6,48·10-11 соответственно.
Рис. 3 Распределение интенсивности изнашивания ЦПГ дизеля
маневрового тепловоза ЧМЭ3Т 6477, работающего на моторном масле М-14В2
и с добавкой присадки «Ресурс»
Для оценки влияния металлоплакирующей присадки «Ресурс» на экологические характеристики тепловозного дизеля K6S310DR (6ЧН 31/36) также были проведены испытания на Оренбургском локомотиворемонтном заводе.
На рис. 4 приведены экологические характеристики дизеля тепловоза ЧМЭ3, работающего на моторном масле М-14В2 и с добавкой металлоплакирующей присадки «Ресурс» к моторному маслу. Анализ зависимостей, представленных на рис. 4, показывает, что после 6-ти часов работы тепловоза ЧМЭ3 на номинальном режиме, на моторном масле М-14В2 с присадкой «Ресурс» в количестве 3% по массе от количества моторного масла в условиях станции реостатных испытаний и пункта экологического контроля в зависимости от позиции контроллера машиниста, выбросы оксида углерода СО снижаются на 12-8%, выбросы оксида азота NOx повышаются на 6-8%, это говорит об увеличении давления сгорания и давления сжатия в цилиндрах дизеля и, как следствие, повышении температуры по цилиндрам, а дымность D снижается в среднем на 15%.
Рис. 4 Экологические характеристики дизеля тепловоза ЧМЭ3, работающего на моторном масле М-14В2 и с добавкой присадки «Ресурс»
Таким образом, приведенные результаты свидетельствуют о целесообразности применения металлоплакирующей присадки «Ресурс» в качестве добавки к моторному маслу.
Четвертая глава посвящена разработке устройств для подачи присадок к моторному маслу дизелей тепловозов и разработке программы для аналитического определения экономичности тепловозов и интенсивности изнашивания ЦПГ дизелей маневровых тепловозов ЧМЭ3 и ТЭМ2 с учетом присадок к моторному маслу в условиях реальной эксплуатации.
Для подачи противоизносных присадок в воздушный ресивер дизеля тепловоза было разработано устройство, обеспечивающее подачу порошкообразных присадок непосредственно в зону трения ЦПГ дизеля тепловоза.
Предложенное устройство обеспечивает возможность за счет качественного распыла воздушно-присадочной смеси подавать порошкообразные присадки непосредственно в зону трения ЦПГ. В результате происходит равномерное распределение вещества присадки по объему камеры сгорания. Все участки поверхностей пар трения остаются покрытыми достаточным количеством присадки. Вследствие этого улучшается качество приработки деталей ЦПГ, что положительно сказывается на работе и моторесурсе дизеля тепловоза.
Предложенное устройство позволяет реализовать на поверхностях деталей в процессе работы узлов трения трудно поддающуюся окислению защитную самовосстанавливающуюся металлическую пленку из введенных в смазку присадок.
Для подачи присадок в масляную систему дизеля тепловоза было разработано устройство, обеспечивающее дозированное введение жидкой металлоплакирующей присадки и позволяющее производить подачу присадки в моторное масло в автоматическом режиме.
Предложенное устройство обеспечивает подачу масла с присадкой ко всем трущимся сопряжениям, в результате происходит циркуляция присадки в масляной системе дизеля на всем периоде эксплуатации. Все участки поверхностей пар трения остаются покрытыми достаточно длительный период времени, что повышает эксплуатационную надежность тепловозных дизелей.
Предложенное устройство позволяет реализовывать на поверхностях деталей в процессе работы узлов трения трудно поддающуюся окислению защитную самовосстанавливающуюся металлическую пленку из введенных в смазку присадок.
Вследствие этого улучшается качество приработки деталей ЦПГ. Разработанные устройства позволяют повысить производительность труда на 10% за счет автоматизации процесса подачи при минимальных трудовых и материальных затратах, сократить порядка 15% временных затрат на процесс подачи присадки.
Для повышения эффективности контроля расхода топлива и прогнозирования работоспособности ЦПГ дизелей маневровых тепловозов ЧМЭ3 и ТЭМ2 была создана программа для аналитического определения экономичности и интенсивности изнашивания ЦПГ с учетом присадок к моторному маслу в условиях реальной эксплуатации (рис. 5, 6).
Программа реализована в интегрированной среде разработки Delpfi 7.
Программа работает в операционной системе Microsoft Windows 98/2000/XP/Vista.
Рис. 5 Вид окна для формирования исходных данных
Рис. 6 Вид диагностического окна базы данных
Программа работает по следующему алгоритму. После запуска программы пользователю предоставляется возможность ввода данных фрикционных параметров присадки, вводимой в моторное масло. После ввода исходных данных производится расчет интенсивности изнашивания ЦПГ и расхода топлива в зависимости от изменения коэффициента трения и, соответственно, изменения мощности механических потерь.
В программе предусмотрена возможность вычисления прогнозируемой интенсивности изнашивания ЦПГ дизелей тепловозов в зависимости от наработки тепловоза.
В пятой главе произведена оценка ожидаемого экономического эффекта от снижения износа и экономии топлива при эксплуатации тепловоза ЧМЭ3 при использовании присадки «Ресурс» к моторному маслу. Для проведения расчетов были выбраны следующие данные:
Исходные данные к расчету:
дизель К6S310DR тепловоза ЧМЭ3, с присадкой «Ресурс» к моторному маслу М-14В2:
По тепловозам:
- средний суточный расход топлива – 480,6 кг;
- средний часовой расход топлива – 20,6 кг;
- среднемесячный пробег – 3080 км;
- стоимость 1 кг дизтоплива – 18,0 руб;
- стоимость присадки «Ресурс» на 1 тепловоз – 35 тыс. руб;
- среднее количество рабочих дней в месяц – 28;
- среднее количество часов в смену – 11;
- количество смен в сутки – 2.
(в ценах на топливо и присадку «Ресурс» на начало 2009г.)
В результате расчетных и экспериментальных исследований, снижение расхода топлива составило 2,6 %, а снижение интенсивности изнашивания ЦПГ – 1,58 раза.
Как показывает расчет экономической эффективности, целесообразность применения присадки «Ресурс» к моторному маслу, приносит вполне ощутимый экономический эффект, составляющий в расчете на один маневровый тепловоз ЧМЭ3 – 198000 руб. (только за счет снижения износа). Величина снижения расхода топлива при использовании присадки «Ресурс» к моторному маслу за год составляет 74723,4 руб./год на один тепловоз.
Годовой суммарный ожидаемый экономический эффект на один тепловоз серии ЧМЭ3 при использовании присадки «Ресурс» к моторному маслу от снижения износа и экономии топлива составляет 272723,4 руб./год (в ценах начала 2009г.).
основные выводы
По результатам проведенных исследований получены следующие выводы:
- Изучение литературных данных показало, что повышение работоспособности ЦПГ дизелей тепловозов возможно путем применения противоизносных присадок к моторному маслу. На основе анализа данных по применению присадок на транспорте для исследований была выбрана металлоплакирующая присадка «Ресурс», подходящая по такому критерию как «цена-качество», основной эффект от применения которой заключается в восстановлении геометрии трущихся деталей и регулировании зазоров в сопряженных узлах трения.
- Разработана методика расчета экономичности тепловозов при введении присадок к моторному маслу, в результате чего установлена теоретическая зависимость между экономичностью и фрикционными свойствами моторного масла с металлоплакирующими присадками, позволяющая в условиях эксплуатации прогнозировать эффективность влияния различных присадок к моторному маслу
- Разработана методика расчета интенсивности изнашивания сопряжения "гильза – поршневое кольцо" с учетом присадок к моторному маслу, отличающаяся возможностью оценивать интенсивность изнашивания сопряжения "гильза – поршневое кольцо" дизелей тепловозов на всем периоде жизненного цикла, на основании которой произведен расчет интенсивности изнашивания ЦПГ дизеля тепловоза ЧМЭ3.
- Проведенные расчетно-экспериментальные исследования показали, что при работе тепловоза ЧМЭ3 на моторном масле М-14В2 с металлоплакирующей присадкой «Ресурс» снизился удельный расход топлива с 226 г/(кВт*ч) до 217 г/(кВт*ч), снизилась интенсивность изнашивания ЦПГ в 1,58 раза, коэффициент трения снизился на 5%, также отмечено снижение уровня выбросов вредных веществ СО – от 12% до 8%, дымность снизилась на 15%.
- Разработаны устройства для подачи противоизносных присадок в воздушный ресивер дизеля тепловоза, а также в масляную систему, позволяющие реализовать на поверхностях деталей в процессе работы узлов трения трудно поддающуюся окислению защитную самовосстанавливающуюся металлическую пленку из введенных в смазку присадок, а также позволяющие повысить производительность труда на 10% за счет автоматизации процесса подачи, сократить порядка 15% временных затрат на процесс подачи присадки. Разработана программа для аналитического определения экономичности тепловозов и интенсивности изнашивания ЦПГ дизелей маневровых тепловозов ЧМЭ3 и ТЭМ2 с учетом присадок к моторному маслу в условиях реальной эксплуатации.
- Ожидаемый экономический эффект от применения металлоплакирующих присадок к моторному маслу в эксплуатации составил в расчете на один маневровый тепловоз ЧМЭ3 - 272723,4 руб. (в ценах начала 2009г.) за счет снижения износа, экономии горюче-смазочных материалов.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
- Петухов С.А. Использование металлоплакирующих присадок в моторных маслах – эффективный способ снижения износа и повышения работоспособности цилиндропоршневой группы дизеля / С.А. Петухов [и др.] // Актуальные проблемы развития транспортного комплекса : материалы V Международной научно-практической конференции. – Самара: СамГУПС, 2009. – С. 91–93.
- Петухов С.А. Присадки к моторному маслу – как одна из форм энергосбережения на транспорте / С.А. Петухов [и др.] // Наука и образование транспорту : материалы Международной научно-практической конференции. – Самара : СамГУПС, 2009. – С. 101–102.
- Петухов С.А. Возможности повышения ресурса тепловозных дизелей / С.А. Петухов // Наука и образование транспорту : материалы Международной научно-практической конференции. – Самара: СамГУПС, 2009. – С. 104–105.
- Петухов С.А. Оценка влияния металлоплакирующей присадки «Ресурс» на работу тепловоза ЧМЭ3 / С.А. Петухов // Вестник СамГУПС. – Самара, 2009. – № 6. – С. 108–111.
- Петухов С.А. Теоретическая модель расчета влияния присадок к моторному маслу на экономичность тепловозов / С.А. Петухов [и др.] // Вестник транспорта Поволжья. – Самара, 2009. – № 3. – С. 8–11.
- Петухов С.А. Расчет интенсивности изнашивания сопряжения гильза - поршневое кольцо в условиях эксплуатации дизеля маневрового тепловоза при введении присадок к моторному маслу / С.А. Петухов [и др.] // Вестник СамГУПС. – Самара, 2009. – № 5 – С. 109–111.
- Петухов С.А. Расчетно-теоретическая модель изнашивания сопряжения гильза - поршневое кольцо дизелей тепловозов / С.А. Петухов [и др.] // Вестник РГУПС. - Ростов - на Дону, 2009. – № 4 (36). – С. 9–12.
- Петухов С.А. Экспериментальная оценка эффективности использования металлоплакирующей присадки «Ресурс» к моторному маслу на транспортных дизелях / С.А. Петухов // Проведение научных исследований в области машиностроения : сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции с элементами научной школы для молодежи. – Тольятти: ТГУ, 2009. Ч.2. – С. 209–213.
- Пат. 82777 Российская Федерация. Устройство для подачи приработочной присадки в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания / Петухов С.А. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Самарский гос. ун-т путей сообщения; №2008148918; заяв. 11.12.08; опубл. 10.05.2009. – 2 с.
Кроме перечисленных работ, в диссертации использованы материалы еще 2 научных публикации автора.
Петухов Сергей Александрович
Совершенствование эксплуатационной работы тепловозов
путем применения присадки к моторному маслу
05.22.07 – Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация
Подписано в печать 26.02.2010. Формат 6090 1/16.
Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ № 21.
Отпечатано в Самарском государственном университете путей сообщения.
443022, Самара, Заводское шоссе, 18.
Тел. (846) 999-01-56.
