Отзыв_Балакина (Улучшение эксплуатационно-технических характеристик дизель-генераторов тепловозов путем создания и совершенствования систем электронного управления)

«УТВЕРЖДАЮ»Ректор ФГБОУ ВОственныйсообщения»елезнов Д.В.2017 г.ОТЗЫВФедерального государственного бюджетного образовательного учреждениявысшего образования «Самарский государственныйуниверситет путей сообщения»на диссертационную работу Фурмана Виктора Владимировича«Улучшение эксплуатационно-технических характеристикдизель-генераторов тепловозов путем созданияи совершенствования систем электронного управления»,представленную на соискание учёной степени доктора технических наукпо специальности 05.04.02 - тепловые двигателиАктуальность темы диссертационной работыОбеспечениесовременныхтребованийкпоказателямтопливнойэкономичности и токсичности отработавших газов дизельных двигателейтепловозов возможно лишь при их оснащении современными системамиавтоматического управления (САУ).

Важнейшей системой этих двигателейявляется система топливоподачи. От характеристик и параметров этой системызависит характер протекания последующих процессов смесеобразования,самовоспламенения и сгорания, и, как следствие, показатели топливнойэкономичности и токсичности отработавших газов. Одной из наиболеесложных задач, которую необходимо решить при разработке этих систем,является определение требуемых алгоритмов управления. Эти алгоритмыдолжны быть определены как для установившихся режимов работы двигателя,так и для его переходных процессов.

Определение этих алгоритмов, а также2параметров САУ топливоподачи дизеля является актуальной проблемой.Диссертационная работа Фурмана Виктора Викторовича посвящена решениюименно этих задач и является актуальной.Основное содержание диссертационной работыДиссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов, спискаиспользованной литературы и приложения. Общий объем работы 321 страница,включая 281 страницу основного текста, содержащего 72 рисунка, 34 таблицы.Список литературы включает 237 наименованийВо введении дана общая характеристика диссертационной работы:обоснованасозданиеактуальностьивыполненных исследований,совершенствованиесистемнаправленныхэлектронногонауправлениятопливоподачей тепловозных дизелей.В первой главе диссертации проведен анализ работ, посвященныхсозданию и совершенствованию электронных САУ топливоподачей дизелейтранспортного назначения. Рассмотрены направления и тенденции развитиясистем управления дизель-генераторами тепловозов.

Показана возможностьулучшения показателей тепловозных дизелей при установке на них САУтопливоподачей. Проанализированы распределения режимов работы дизельныхдвигателейдизель-генераторовтепловозоввусловияхихреальнойэксплуатации. Подтверждена целесообразность управления углом опережениявпрыскивания топлива (УОВТ) в соответствии с режимом работы дизелях.Отмечена необходимость создания и совершенствования систем электронногоуправления топливоподачей и управления УОВТ в дизелях.

На основаниианализасостоянияпроблемысформулированыцельработыизадачиисследования.Во второй главе представлены электронные САУ топливоподачейдизелей, разработанные производственно-промышленным предприятием ООО«П1111 Дизельавтоматика» (г. Саратов) при непосредственном участии автора3диссертации. Показано, что наиболее перспективной является электроннаяСАУ с импульсным индивидуальным управлением с помощью клапанов,установленных в магистралях высокого давления. Для тепловозного дизелятипаД50(6ЧН31,8/33)ОАО«Пензадизельмаш»разработаныэлектроуправляемые насосы с электрогидравлическими клапанами системы.Разработана уточненная методика расчета процесса топливоподачи дизеля,базирующаясянаиспользованиипрограммногокомплексаВПРЫСК,созданного в МГТУ им.

Н.Э.Баумана профессором JI.B. Греховым. Для оценкивлияния параметров штатной (гидромеханической) и опытной (электронно­управляемой) топливной аппаратуры (ТА) на топливоподачу были проведенымоделированиеиоптимизацияпроцессатопливоподачи.Объектомисследования являлась электронная САУ топливоподачей типа ЭСУВТ.01,которой оснащён дизель типа Д50 в составе дизель-генераторной установки 1ПДГ4Д.При расчетах в качестве одного из основных параметров, характеризующихкачествопроцессоввпрыскиванияираспыливаниятоплива,выбраномаксимальное давление впрыскивания. Показано, что при прочих равныхусловиях при использовании системы ЭСУВТ.01 сразу получен значительныйприрост давления впрыскивания (от 92,5 до 116,4 МПа).

Исследовано влияниерядаконструктивныхпараметровсистемыЭСУВТ.01напоказателивпрыскивания и распыливания топлива.В третьей главе проведены расчетные исследования рабочего процессатепловозного дизеля с электронным управлением топливоподачей. Разработанаметодика проведения расчетных исследований рабочего процесса дизеля соштатнойиопытнойсистемамитопливоподачи,базирующаясянаиспользовании программного комплекса ДИЗЕЛЬ-РК.

При расчете рабочегопроцессадизелясоштатнойиопытнойсистемамитопливоподачииспользованы законы подачи, полученные при расчетных исследованиях сиспользованием программного комплекса ВПРЫСК. Результаты расчетовпоказали, что установка опытной системы топливоподачи позволила заметно[4улучшитьпоказателираспыливаниятопливаисмесеобразованиянаноминальном режиме. Замена штатной ТА на опытную с электроннымуправлением топливоподачей типа ЭСУВТ.01 позволила также сократитьпродолжительность топливоподачи с 31,2 до 29,9 град, поворота коленчатоговала (п.к.в.), увеличить максимальное давление впрыскивания, уменьшитьсредний диаметр капель по Заутеру.

При этом мощностные показатели дизелясо штатной и опытной ТА оказались примерно одинаковыми. Эффективныепоказатели дизеля с опытной системой топливоподачи улучшились посравнению с дизелем со штатной системой топливоподачи. При установке САУтипа ЭСУВТ.01 дымность ОГ дизеля типа Д50 уменьшилась с 18 до 17% пошкале Хартриджа.Четвертая глава посвящена расчетным исследованиям электронных САУтопливоподачей.Однойизважнейшихстатическиххарактеристиктопливоподачи является внешняя скоростная характеристика, ограничивающаямаксимально возможную подачу топлива в широком диапазоне скоростныхрежимов.

Разработана методика расчета этой характеристики для тепловозногодизель-генератора, которая сводится к определению требуемой цикловойподачи топлива на каждой позиции контроллера при его переводе с низшейпозиции на высшую с обеспечением требуемого качества переходногопроцесса.Дляпроведенияматематическоеэлементованалитическихописание,САУ.исследованийсодержащееРазработанаметодикаСАУиспользованодифференциальныеоценкиуравнениядинамическихсвойствэлектронной САУ топливоподачей, позволяющая определить ее динамическиепоказатели.Приэтомрассмотренасистемауправлениятепловозасэлектронным регулятором частоты вращения вала двигателя, воздействующимна дозирующую рейку ТНВД дизеля 12 ЧН 26/26, разработанная ООО «1111ПДизельавтоматика».ИсследовановлияниекоэффициентовПИД-законарегулирования на частотные характеристики САУ - амплитудно-частотную ифазово-частотную.

Показано что выбор оптимизированных коэффициентов5ПИД-закона регулирования позволяет улучшить показатели качества процессарегулирования - уменьшить заброс частоты вращения при сбросе номинальнойнагрузки до 5,5 % и снизить суммарный фазовый сдвиг САУ.Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям тепловозногодизеля типа Д50 на моторном стенде с целью оценки влияния управленияУОВТ на показатели топливной экономичности и токсичности ОГ прииспользовании системы типа ЭСУВТ.01. Серийная система топливоподачи непредусматривает управление УОВТ, поэтому при ее испытаниях на первомэтапе статический УОВТ не изменялся.

При испытаниях системы ЭСУВТ.01УОВТ устанавливались оптимальными по топливной экономичности. На всехрежимах каждого этапа испытаний производилось осциллографированиепроцессов сгорания и топливоподачи и получены значения угла начала подъемадавлениявлинии(соответствующеговысокогоуглуначаладавленияподъематопливнойиглысистемы,форсунки)УОВТиегопродолжительности.

При испытаниях дизеля с системой ЭСУВТ.01 отмеченоболее равномерное дозирование топлива по всем цилиндрам на всех режимахработы дизель-генератора. Результаты исследований свидетельствуют о том,что применение системы ЭСУВТ.01 позволило снизить расход топлива на 3,517% на позициях контроллера от 0 до 3 и на 0,9% - на четвертой и пятойпозициях контроллера при оптимальных значениях УОВТ по сравнению ссерийной ТА. На режимах холостого хода снижение частоты вращения до 250мин'1 и 220 мин'1 позволяет снизить расход топлива на 31,3% и 37,0%соответственно, по сравнению с серийной системой (при частоте вращенияхолостого хода, равной 300 мин'1).Результаты испытаний показали, что дымность ОГ дизеля находилась впределах норм ГОСТ Р 51250-99. Полученные показатели токсичности ОГсравнивались с предельно допустимыми нормами ГОСТ Р 51249-99.

Повыбросам оксидов азота и монооксида углерода дизель типа Д50 с системойЭСУВТ.01 удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 51249-99. Удельные выбросыуглеводородов превысили норму, установленную ГОСТ Р 51249-99. Это6вызвано тем, что впрыскивание топлива осуществлялось на неоптимальномучастке кулачка кулачкового вала ТНВД. Оценка динамических свойствсистемы ЭСУВТ.01 проведена при ее исследованиях в переходных процессах.Получены следующие результаты: величина заброса частоты вращения дизеляпри сбросе 100% нагрузки составила 1,21%; длительность переходногопроцесса - 3,5 с.Шестая глава посвящена эксплуатационным испытаниям тепловоза сэлектронной САУ топливоподачей. Испытания проведены по Программе иметодике испытаний, разработанной ОАО «ВНИИЖТ» при участии авторадиссертации.

Испытания проведены от момента оборудования тепловоза ЧМЭЗсистемой ЭСУВТ.01 до текущего ремонта ТР-1. Исследованы опытныйтепловоз ЧМЭЗ № 4747 с системой ЭСУВТ.01 и тепловозы контрольнойгруппы ЧМЭЗ №№ 2736, 4762, 5254, 5775, 3074 и 5562 со штатными дизелями.Экономия топлива дизелем тепловоза ЧМЭЗ №4747 с системой ЭСУВТ.01составила: 1,55 кг/ч (10,67 %) по сравнению с ЧМЭЗ № 5562; 1,43 кг/ч (9,93 %)по сравнению с ЧМЭЗ № 5775; 1,46 кг/ч (10,31 %) по сравнению с тепловозамиЧМЭЗ №№ 5562 и 5775.

В целом, проведенные испытания тепловоза ЧМЭЗ №4747 с системой ЭСУВТ.01 подтвердили работоспособность этой системы иэффективность ее использования в отечественных тепловозных дизелях.Вседьмойиспользованияопределениемглавепредставленасистемыэлектронногоэксплуатационногометодикаоценкиуправлениярасходатоплива,эффективноститопливоподачейсбазирующаясянаопределении эксплуатационных затрат при распределении режимов работы,характерном для дизелей маневровых тепловозов.