Введение к работе
Актуальность работы. Особенности природно-географического положения России, исторически сложившиеся технико-экономические принципы формирования различных отраслей производства и базовых структур хозяйства предопределили существенную роль автомобильного транспорта в экономике Российской Федерации.
За последние годы в международных отношениях, экономике страны, в области научно-технической политики, в структуре Вооруженных Сил и их техническом оснащении произошли значительные изменения.
В первую очередь, существенные изменения претерпела промышленная база выпуска военной автомобильной техники. После распада СССР в Российской Федерации осталось примерно 40% средств производства автомобильная техника многоцелевого назначения (АТМН). Если говорить о военной автомобильной технике, то она лишилась производства базовых колесных шасси под монтаж стратегических ракетных комплексов «Тополь», базовых гусеничных машин под монтаж ракетных комплексов ПВО «Тунгуска» и «Тор», самых массовых многоцелевых транспортеров -тягачей МТ-ЛБ, высокопроходимых и грузоподъемных шасси под монтаж инженерных средств вооружения (КрАЗ).
Кроме того, изменилась доктрина строительства Вооруженных Сил, в которой принципиально поменялись роль и значение Сухопутных войск и следовательно, масштабы использования автомобильной техники.
Особую роль в структуре общего выпуска автомобилей (особенно для Вооруженных Сил) приобретает АТМН всех классов грузоподъемности, предназначенная для перевозки людей, различных грузов, а также установки разнообразного оборудования, используемого при движении и на стоянке. Использование АТМН осуществляется как в одиночном исполнении, так и с прицепами.
Структура автомобильного парка безусловно влияет и на структуру топливно-энергетического баланса, поскольку последняя качественно и количественно определяется потреблением различных топлив, как традиционных автомобильных, так и его заменителей, получивших название альтернативных видов топлива (АВТ).
Следует отметить, что устойчивыми тенденциями в настоящее время являются с одной стороны дизелизация автомобильного транспорта, а с другой - использование газового топлива.
При этом для поддержания высокой готовности АТМН к использованию по функциональному назначению должна быть обеспечена возможность работы двигателей на нескольких видах топлива. Применительно к дизельным двигателям это работа на дизельном топливе, бензинах и их смесях, для карбюраторных двигателей - на бензинах и на сжиженных природном и нефтяном газах.
Несмотря на значительный прогресс в области расширения использования альтернативных видов топлива этот вопрос по-прежнему остается актуальным, и в первую очередь в Вооруженных Силах. Это обусловлено необходимостью использования машин в условиях изменяющейся обстановки, включая снабжение топливом, без снижения тактико-технических характеристик, особенно при работе в экстремальных природно-географических условиях.
Актуальность определяется также увеличивающимися объемами использования АВТ, что приводит к необходимости повышения внимания к вопросам безопасности и экологии, которые могут быть решены в результате разработки более эффективных систем питания (смесеобразования) двигателей, хранения и транспортировки топлива.
В совокупности эти вопросы составляют проблему повышения обеспечения готовности и эффективности использования многоцелевой автомобильной техники в условиях изменяющейся обстановки, в том числе снабжения топливом за счет
5 расширения использования АВТ без снижения уровня тактико-технических характеристик при работе в экстремальных условиях эксплуатации.
В основе решения этой актуальной проблемы лежит анализ новых (в результате реформирования ВС) условий использования военной автомобильной техники, сложившихся потребностей войск в ней, технических возможностей и целесообразности перевода автомобильных двигателей на применение АВТ.
С учетом вышеизложенного целью настоящей диссертационной работы является обоснование возможности повышения эффективности военной автомобильной техники за счет применения альтернативных видов топлива, разработка рекомендаций по совершенствованию конструктивных схем, обеспечивающих работу двигателей на альтернативных видах топлива, а также технико-экономическая оценка целесообразности их реализации.
Для достижения цели исследования в настоящей работе поставлены следующие задачи:
разработать и обосновать концепцию применения альтернативных и смешанных видов топлива;
разработать комплекс математических моделей определения функциональных и параметрических качеств АТМН при работе на АВТ;
разработать современные методы экспериментальных исследований в соответствии с поставленными задачами;
разработать и реализовать конструкции систем питания двигателей для работы на АВТ и их смесях;
провести комплекс стендовых, лабораторно-дорожных и эксплуатационных испытаний АТМН на АВТ и смешанных видах топлива;
провести технико-экономическую оценку эффективности применения АВТ на АТМН и определить пути ее дальнейшего повышения.
Методы исследования. Выполненные в работе исследования базировались не основных положениях фундаментальных теорий механики, гидравлики, газодинамики теплотехники, прикладных теорий двигателя, автомобиля, инженерного эксперимента у проводились на основе общей методики системного анализа. В работе применены логический метод, анализ и синтез, математическое и физическое моделирование с использованием аппарата математической статистики и теории вероятностей.
Научная новизна. Научная новизна работы заключается в том, что обобщен многолетний опыт исследований по применению альтернативных видов топлива с двигателях внутреннего сгорания и определения их влияния на зффективності: многоцелевой автомобильной техники в условиях реформирования экономики и Вооруженных Сил Российской Федерации.
Осуществлен теоретический анализ результатов исследования по влиянию веществ органического синтеза на экологическую безопасность применения горючего в ДВС. Эффективность действия химических веществ объяснена особенностями их химического строения, обеспечивающего при окислении в пламени большое количество активных радикалов и активного кислорода, что в свою очередь обеспечивает дегидрогенизацию молекул углеводородов и препятствует коагулированию образующихся частиц сажи.
Разработаны:
а) принципы и методы определения параметров и условий использования
многоцелевой техники;
б) математическая модель работы линии низкого давления системы питания
многотопливного дизеля на АВТ. позволившая установить закономерности и параметры
ее структуры;
в) уточненная модель процесса сгорания топлива в камере сгорания для оценки
степени вредности отработавших газов при использовании АВТ;
г) ряд технических решений по улучшению конструкции элементов системы
питания двигателей АТМН, проверенных экспериментально на работоспособность;
д) рекомендации по повышению работоспособности дизелей на резервных
гопливах.
Обоснованы принципы целесообразности использования альтернативных топлив и гребования к системам питания топливом ДВС на основе уточненной методики военно-гехнико-экономической целесообразности и эффективности применения АВТ на АТМН.
Достоверность результатов. Достоверность проведенных исследований подтверждается всесторонней экспериментальной проверкой теоретических положений, достаточной для инженерных расчетов сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, метрологической оценкой полученных результатов, ірименением поверенной установленным порядком контрольно-измерительной и эегистрирующей аппаратуры и использованием аттестованных методик измерений.
Практическая ценность. Полученные автором результаты исследований тозволили рекомендовать к внедрению технические решения по повышению эффективности работы системы питания на АВТ, в том числе:
устройство для поддержания в каналах ТНВД давления независимо от частоты зращения его вала;
устройство для обеспечения прокачки линии низкого давления перед пуском горячего двигателя;
байпасная линия с перепускным клапаном топливоподкачивающего насоса;
рациональные смеси бензинов и дизельного топлива в различных соотношениях, в гом числе с присадкой ЦГН.
Реализация результатов исследования. Основные результаты исследований реализованы:
Главным автобронетанковым управлением МО России при формировании типажей многоцелевого назначения на 1981 - 1990 г.г., 1991 - 2000 г.г. и 2001 - 2010 г.г., а также при разработке и уточнении общих технических требований (ОТТ) к указанному виду техники;
ГНЦ НАМИ, НАТИ при проведении НИР по обоснованию применения АВТ на автомобильной и специальной технике и повышению ее эффективности;
заводами отрасли в конструкциях автомобилей и их нормативных документах (химмотологических картах) по применению АВТ в качестве резервных;
21 НИИИ AT МО при проведении НИР по обоснованию применения АВТ в многотопливных дизелях военной автомобильной техники;
ВУЗами и ВВУЗами автомобильного профиля в учебном процессе подготовки специалистов автомобильной службы.
Апробация работы. Материалы диссертации в различное время с 1980 г. по 1999 г. были рассмотрены и получили одобрение:
на научно-технических конференциях, семинарах, заседаниях кафедр в МГТУ (МАМИ), МГТУ им. Баумана, а также в НАМИ и НАТИ;
на технических совещаниях в АМО «ЗИЛ», АО «ГАЗ», «УралАЗ», «КамАЗ»;
на международной конференции «100 лет российскому автомобилю» в 1996 г.;
на конференциях Российской Ассоциации автомобильных инженеров в 1998-1999 гг.;
на конференциях отделения спецтехники и конверсии Академии проблем качества.
Публикации Основные результаты работы изложены в 31 публикациях, в том числе одной книге, монографии и 4 патентах.
Объем работы. Диссертация содержит введение, шесть глав, общие выводы, список литературы в количестве 276 наименований.
