Введение к работе
Актуальность работы. Эффективность использования тракторов и автомобилей в значительной степени зависит от технического состояния наиболее сложного и дорогостоящего агрегата - двигателя, долговечность и безотказность работы которого определяются климатическими условиями, нагрузочными, скоростными, температурными режимами работы, качеством обслуживания и многими другими факторами. Влияние этих факторов усиливаются с понижением температуры окружающей среды. Так, например, при каждом пуске резко снижается ресурс двигателя и за зимний период эквивалентен 50-60 тыс. километрам пробега, увеличивается время прогрева, что приводит к перерасходу топлива и значительному загрязнению окружающей среды. Поэтому в ряде стран Европейского Союза эксплуатация энергонасыщенной техники без специальных средств тепловой подготовки запрещено законодательством.
В целом научные работы по разогреву незамерзающей жидкости в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) проводилось на трубчатых и электродных электронагревателях, индивидуальных подогревателях, газовых горелках. В настоящее время мировые рынки электронагревательных приборов, в том числе и российский, все больше завоевываются электронагревательными приборами на основе полупроводниковых нагревательных элементов (ПНЭ). Более того, по прогнозам ведущих российских экспертов полупроводниковые нагревательные элементы станут основными электрическими источниками тепла. Данный прогноз основывается на их уникальных свойствах саморегулирования, то есть в зависимости от условий теплообмена изменяют свою мощность пропорционально потребляемому тепловому потоку без использования дополнительной аппаратуры автоматического управления. На основе современных достижений науки и техники можно создать новые высокоэффективные технические средства предпускового разогрева незамерзающей жидкости ДВС, использование ПНЭ обеспечит контроль над процессом разогрева двигателя и высокую надежность данной технологической операции (срок безотказной работы 30 - 100 тыс. часов, а у ТЭНов 5-8тыс. часов). Однако в настоящее время отсутствуют полноценные методики расчета конструктивных, режимных параметров и проектирования саморегулируемых устройств электроразогрева двигателя (СУЭД), выполненных на базе полупроводниковых нагревательных элементов, что сдерживает их широкое внедрение АПК. Поэтому работа по разработке и обоснованию конструктивных параметров и режимов работы СУЭД является актуальной научной задачей.
Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ГНУ ВИИТиН по Федеральным программам: «Создание техники и энергетики нового поколения и формирования эффективной инженерно-технической инфраструктуры агропромышленного комплекса» 2001-2005 г. и «Разработка высокоэффективных машинных технологий и технологических средств нового поколения для производства конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции, энергетического обеспечения и технического сервиса сельского хозяйства» 2006-2010 г.
Цель работы. Снижение энергозатрат при эксплуатации автотракторной техники в зимний период, путём применения электронагревательного устройства с саморегулированием мощности для предпускового разогрева незамерзающей жидкости в двигателях внутреннего сгорания с обоснованием его конструктивных параметров и режимов работы.
Объект исследований. Процесс разогрева незамерзающей жидкости ДВС электронагревательным устройством с саморегулированием мощности.
Предмет исследований. Взаимосвязи и закономерности тепломассообменных процессов разогрева незамерзающей жидкости саморегулируемым электронагревательным устройством в двигателях автотракторной техники.
Методика исследований. Для решения поставленных научных задач использовались положения теоретических основ электротехники, теории эксплуатации автотракторной техники, теплообмена (теории подобия), а также методы физического и компьютерного моделирования, математической обработки экспериментальных данных. Вычисления и моделирование производилось с применением пакетов программ MathCAD 12, Femlab 3.05а, Curve Expert 1.34, STATISTICA.
Научная новизна работы.
- Обоснован принцип саморегулирования процесса разогрева незамерзающей
жидкости ДВС электронагревательным устройством.
Разработана математическая модель процесса разогрева незамерзающей жидкости ДВС, позволяющей устанавливать закономерности изменения энергетических и режимных параметров СУЭД.
Получены аналитические зависимости и с использованием их обоснованы энергетические, конструктивные и режимные параметры СУЭД.
Определены коэффициенты теплоотдачи для расчёта процесса разогрева незамерзающей жидкости ДВС с помощью СУЭД.
Обоснован способ интенсификации теплообмена между внутренней поверхностью теплоотдающего корпуса СУЭД и незамерзающей жидкостью.
Практическая значимость:
конструктивно-технологическая схема СУЭД (защищена патентами РФ № 2228458 и № 2228458);
программа расчета динамических характеристик СУЭД;
обоснованные коэффициенты теплоотдачи;
обоснованные энергетические и конструктивные параметры СУЭД;
- алгоритм и методика инженерного расчета основных параметров СУЭД.
На защиту выносятся:
конструктивно-технологическая схема СУЭД, обеспечивающая автоматическое управление режимом предпускового разогрева автотракторной техники без применения терморегулирующей, пусковой, установочной аппаратуры.
математическая модель процесса тепломассообмена при предпусковом разогреве незамерзающей жидкости ДВС с использованием СУЭД.
аналитические зависимости изменения энергетических, конструктивных и режимных параметров СУЭД.
- основные положения методики инженерного расчета параметров СУЭД. Реализация результатов исследований. СУЭД используется для разогрева незамерзающей жидкости в двигателях внутреннего сгорания в зимний период в сельхозпредприятии ООО «Ломовис» Пичаевского района и дорожно-строительной передвижной механизированной колонны (ДСПМК) с.Пичаево, Тамбовской области. Также результаты исследований используются в учебном процессе Тамбовского государственного технического университета при изучении дисциплинам «Электротехнологии в сельском хозяйстве» и «Эксплуатация машинно-тракторного парка».
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации доложены, обсуждены и одобрены на конференциях: X научно-технической г. Тамбов, ТГТУ, 2005; XIII международной научно-технической г. Тамбов, ГНУ ВИИТиН 2005; II международной научно-практической г. Тамбов, ТГТУ, 2006; V и VI международной научно-технической г. Москва, ГНУ ВИЭСХ 2008; II международной научно-практической г. Тамбов, ГНУ ВИИТиН, 2007.
Публикация результатов работы. Материалы диссертации отражены в 15 печатных работах, в том числе 4 работ в изданиях ВАК, 1 патенте. Общий объем публикаций составляет 3,82 п.л., из них 2,15 п.л. принадлежат лично соискателю.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 198 страницах, включая 81 рисунок, 27 таблиц и 7 приложений. Список литературы включает 172 наименования, из них 6 на иностранном языке.
