Обоснование необходимости модернизации существующих обкаточно-тормозных стендов мотороремонтных предприятий

Обоснование необходимости модернизации существующих обкаточно-тормозных стендов мотороремонтных предприятий

Заключительными операциями ремонта двигателей и механизмов трансмиссии является обкатка, в процессе которой происходит приработка трущихся поверхностей деталей, а также испытание двигателей с целью определения их основных технико-экономических показателей — мощности и расхода топлива. Используемые в настоящее время для этих целей обкаточно-тормозные стенды не только исчерпали свой ресурс, но и устарели морально, так как ремонтные предприятия республики были оснащены ими более 20 лет назад. Повышение единичной мощности тракторов и самоходных комбайнов привело к уменьшению численности их парка и потребности в ремонте агрегатов. Однако возникла потребность в ремонте и испытаниях двигателей мощностью 300 и более кВт, которыми оснащены современные комбайны, работающие на полях Республики Беларусь. Ремонтное производство к этому не готово, и прежде всего из-за отсутствия обкаточно-тормозных устройств большой мощности.

Анализ источников

В 80-е годы прошлого века в СССР была создана трехзвенная ремонтно-обслуживающая база АПК, включающая мастерские сельскохозяйственных организаций, райсельхозтехники и специализированные ремонтные заводы [1].

В Беларуси имелось 118 мастерских районного уровня, 27 ремонтных заводов, в том числе 10 мотороремонтных и 62 станции технического обслуживания тракторов.

В настоящее время предприятия этой системы, сохранившиеся частично службы агросервиса (табл. 1), загружены всего на 10−30%, а их кадровый состав сократился в 2,6−3 раза [1].

Таблица 1. Специализация предприятий агросервиса Беларуси по ремонту двигателей

Несмотря на это, 32 предприятия занимаются ремонтом двигателей, 30 — ремонтом агрегатов трансмиссии. Трудно сохранить качество технического сервиса без обновления его ремонтно-технологического оборудования, которое в нашей Республике не производится. В тоже время без технического сервиса не могут функционировать как имеющиеся в сельском хозяйстве средства механизации, так и поставляемая современная техника [1].

При реализации Государственной программы возрождения и развития села на 2005;2010 гг. сельскому хозяйству должны были поставить 7416 энергонасыщенных тракторов, 8650 зерноуборочных комбайнов пропускной способностью 10 кг/с и более, 1700 кормоуборочных комбайнов и другие самоходные машины.

Естественно, что через определенное время эти машины и их двигатели придется ремонтировать.

Уже есть пример, когда в 2009 г. на ОАО «Гомельский МРЗ» поступило и восстановлено двигателей «Детройт» в 1,5 раза больше, чем в 2008 г. На используемых в Беларуси самоходных комбайнах установлено 3,5 тысячи таких двигателей, которые через два-три года потребуют ремонта, но наши ремонтные предприятия к этому не готовы [2].

Стоимость капитального ремонта машин обходится в 2−3 раза дешевле покупки новых, а отношение стоимости капремонта двигателя к цене нового уменьшилось с 40−60 до 22−30% [4], что делает капитальный ремонт привлекательным.

Для качественного ремонта двигателя необходимо соответствующее технологическое оборудование и прежде всего обкаточно-тормозной стенд соответствующей мощности. Эту необходимость подтверждает подготовка РО «Белагросервис» специальной программы «Модернизация и техническое перевооружение мотороремонтных заводов и специализированных предприятий агросервиса» [8].

Одним из направлений совершенствования технического сервиса АПК является лицензирование ремонтно-обслуживающих предприятий и сертификация выполняемых ими работ и услуг [1].

Обкатка двигателя после ремонта — это не только заключительная операция ремонта, но и испытание по определению его технико-экономических показателей на предмет соответствия их установленным нормативам. Без этой операции невозможно ни лицензирование, ни сертификация ремонтного производства.

Раньше мотороремонтные заводы Беларуси оснащались электрическими обкаточно-томозными стендами, большинство из которых предназначалось для обкатки и испытаний двигателей мощностью до 120 кВт.

В настоящее время эти стенды являются физически изношенными и морально устаревшими и не имеют прежней востребованности по следующим причинам. Во-первых, большинство из них отработали свой срок службы, который составляет 25 лет. Во-вторых, количество ремонтов двигателей Д-240 значительно снизилось, так как существенно уменьшился парк тракторов МТЗ-80/82. В-третьих, они не пригодны для обкатки мощных двигателей.

В силу этих причин целесообразна модернизация имеющихся электрических стендов с целью расширения возможности использования их при обкатке двигателей мощностью 300 и более кВт. Каждый мотороремонтный завод имеет примерно по десять таких обкаточно-тормозных стендов мощностью порядка 120 кВт и нуждается не менее как в одном стенде для обкатки мощных двигателей.

Мировой рынок предлагает различные конструкции обкаточно-тормозных стендов разной мощности и стоимости.

Так, гидравлический тормозной стенд «Hоribа» (Япония) позволяет проводить испытания двигателей мощностью до 2000 кВт. Техническим недостатком этого стенда является потребность в отдельном водопроводе и невозможность пуска и холодной обкатки двигателя. Примерная его стоимость — 250 тыс. евро.

Другие обкаточно-тормозные стенды импортного производства стоят еще дороже и в массовом порядке не доступны для технического переоснащения предприятий агросервиса.

Методы исследования

Для разработки тормозного устройства с использованием аксиально-плунжерного насоса с дросселированием потока рабочей жидкости все функциональные зависимости были получены при испытаниях аксиально-плунжерного насоса на участке обкатки агрегатов гидростатической трансмиссии и экспериментальных образцов обкаточно-тормозных стендов на участке обкатки двигателей ОАО «Гомельский МРЗ».

Основная часть

БГАТУ совместно с ОАО «Гомельский МРЗ» в течение ряда лет проводили исследования по обоснованию параметров электрогидравлических стендов (рисунок 1, 2), где пуск отремонтированного двигателя и прокрутка его коленчатого вала на холодную осуществляется электродвигателем малой мощности, а торможение при горячей обкатке — тормозным устройством с использованием дросселирования потока рабочей жидкости, с помощью регулируемого аксиально-плунжерного насоса и дросселя постоянного сечения [3, 9]. Такие тормозные устройства характеризуются малыми габаритами, небольшой массой, не требуют электрической подстанции большой мощности, имеют возможность утилизации тормозной энергии и при этом будут иметь невысокую стоимость — в 4−6 раз ниже импортных.

Рис. 1.Экспериментальный образец обкаточно-тормозного устройства 120 кВт	Рис. 2. Экспериментальный образец обкаточно-тормозного стенда для двигателей мощностью до 10 кВт

Сегодня представляется возможным, используя полученный научный задел, модернизировать имеющиеся на мотороремонтных предприятиях республики электрические стенды малой мощности. Суть модернизации (рисунок 3) состоит в том, что пуск ДВС 1 и проворачивание его коленчатого вала при холодной обкатке осуществляется электрическим двигателем 4 стенда, а торможение ДВС 1 при горячей обкатке — тем же элетродвигателем4 стенда, работающим в режиме генератора, и дросселированием рабочей жидкости с помощью регулируемого аксиально-плунжерного насоса 7 и дросселя постоянного сечения 10 посредством ременной передачи 3.

Рис. 3. Схема модернизированного электрического стенда

• 1 — двигатель внутреннего сгорания; 2 — датчик крутящего момента;
• 3 — ременная передача; 4 — электродвигатель стенда; 5 — теплообменный аппарат;
• 6 — манометры; 7 — регулируемый аксиально-плунжерный насос;
• 8 — фильтр; 9 -гидробак; 10 — дроссель постоянного сечения

При этом обеспечивается возможность перехода тормозной энергии в тепловую с помощью кожухо-трубчатого теплообменника 5 и измерения нагрузки на валу ДВС 1 по весовому механизму стенда и давлению в напорной и сливной магистралях (манометрам 6) либо с помощью датчика тормозного момента 2, установленного на валу привода электродвигателя 4.

Схема стенда не исключает возможности объединения двух насосов в модуль с целью увеличения тормозной мощности (рисунок 3), а также использования нерегулируемых насосов и регулируемых дросселей [6, 7].

Выбор насоса гидравлического тормозного устройства производится по номинальным значениям его рабочего объема и крутящего момента, которые находятся в следующей зависимости (1):

(1).

гдеРноминальное давление насоса, Па;Vономинальное значение рабочего объема насоса, м3.

Значение тормозного момента при торможении регулируемым насосом с дросселем постоянного сечения определяется по формуле (2):

(2).

гдекоэффициент взаимовлияния;- диаметр дросселя, м;- коэффициент объемного расширения, К-1. Для минеральных масел= 8•10−4 К-1;- плотность жидкости при температуре, кг/м3;nчастота вращения вала насоса, с-1.

Коэффициент взаимовлияния к при создании нагрузки дросселированием потока жидкости позволяет учесть изменение коэффициента расхода и КПД насоса и повысить точность определения тормозного момента на валу двигателя.

(3).

где — коэффициент расхода; - КПД насоса.

Для получения максимального тормозного момента на коленчатом валу двигателя определяется оптимальный диаметр дросселя постоянного сечения по выражению (4):

(4).

гдемаксимальный рабочий объем насоса, м3;- частота вращения вала тормозного устройства, с-1; - объемный КПД насоса;- давление за дросселем, Па.

Существует возможность применения для торможения двигателя внутреннего сгорания нерегулируемого насоса и регулируемого дросселя, при этом величину тормозного момента определяют по формуле (5):

(5).

Имеющаяся доступная, недорогая элементная база позволила создать опытный образец такого стенда и в будущем провести модернизацию обкаточно-тормозных стендов на всех мотороремонтных предприятиях, отказавшись от импорта такого оборудования.

Экономические расчеты [5] по сравнению электрического стенда и предлагаемого подтверждают целесообразность модернизации.

Заключение

• 1. Отечественные мотороремонтные заводы оснащены физически и морально устаревшими обкаточно-тормозными стендами, несоответствующими технике хозяйств и требующими замены.
• 2. Отсутствие на ремонтных предприятиях современных обкаточно-тормозных стендов может послужить причиной отказа в выдаче им лицензии производства и сертификации продукции.
• 3. Наличие научного задела и незагруженность отдельных предприятий РО «Белагросервис» позволяет разработать, создать и выпускать малогабаритные, мощные и дешевые обкаточно-тормозные стенды с использованием объемных гидронасосов и дросселирования потока рабочей жидкости.
• 4. Массовое переоснащение ремонтных предприятий, подготовку их к ремонту двигателей мощностью более 300 кВт возможно и целесообразно провести на базе обкаточно-тормозных стендов отечественного производства.

• 1. Анисович, К. К. Основные направления обеспечения технического сервиса организаций АПК Республики Беларусь в условиях рыночной экономики / К. К. Анисович. — Внедрение новой техники, оборудования и организации их сервисного обслуживания // Доклады науч.-техн. конф. РО «Белагросервис». — Минск, 2005. — С. 16−17.
• 2. Ермаков, Н. И. Ремонтный бум еще грядет / Н. И. Ермаков // Беларуская нiва. -2009. 04 марта. — С. 2−3.
• 3. Жданко, Д. А. Теоретическое обоснование параметров гидравлического тормозного устройства обкаточно-тормозного стенда / Д. А. Жданко // Агропанорама. — 2009. — № 3. — С. 38−42.
• 4. Лабушев, Н. А. В Новый год — с надежным партнером / Н. А. Лабушев // Белорусское сельское хозяйство. — 2009. — № 52. — С. 22−24.
• 5. Жданко, Д. А. Экономическая эффективность обкатки двигателей на электрогидравлическом обкаточно-тормозном стенде / Д. А. Жданко // Агропанорама. — 2009. — № 6. — С. 38−41.
• 6. Обкаточно-тормозной стенд: пат. 3174Респ. Беларусь МПК7 G 01 М 15/00 / В. Я. Тимошенко, В. Н. Кецко, Н. И. Ермаков; заявитель БГАТУ. — № u20060317; заявл. 19.05.06; опубл. 30.12.06 // Афiцыйныбюл. / нац. цэнтрiнтэлектуал. уласнасцi. — 2006. — № 1. — С. 124.
• 7. Обкаточно-тормозной стенд: пат. 5505Респ. Беларусь МПК7 G 01 М 15/00 / Д. А Жданко, В. Я. Тимошенко, В. В. Ярош; заявитель БГАТУ. — № u20090114; заявл. 16.02.09; опубл. 15.05.09 // Афiцыйныбюл. / нац. цэнтрiнтэлектуал. уласнасцi. — 2009. — № 2. С. 136.
• 8. Янушкевич, К. К. Система сервисного обслуживания и ремонта двигателей DT530EC265 серии 40 Е корпорации «Детройт дизель» / К.К.Янушкевич// Внедрение новой техники, оборудования и организации их сервисного обслуживания: доклады науч.-технич. конф. РО «Белагросервис». — Минск. — 2005. — С. 83−85.
• 9. Соловьев, Р. Ю. Гидрообъемный привод как средство обкатки двигателей внутреннего сгорания /Р. Ю. Соловьев, А. А. Ермилов // Ремонт, восстановление, модернизация. — 2006. — № 7. — С. 8−10.