Введение к работе
Актуальность работы. Прогресс в лесозаготовительной промышленности зависит от технического уровня лесозаготовительных машин и агрегатов, эффективности их работы и технологии применения. Районы Сибири, в том числе и Красноярский край, с развитыми отраслями заготовки леса и интенсивным использованием машинно-тракторного парка. По условиям эксплуатации автомобилей и тракторов для транспортировки леса эти географические районы относят к холодной и суровой климатическим зонам, поскольку зимние температуры воздуха достигают – 30…- 400С. Применение лесозаготовительных тракторов круглый год обусловлено непрерывностью производственного процесса, но в основном они используются в зимний период, что связано с несущей способностью грунтов и состоянием зимних лесовозных дорог.
Специфические условия работы лесопромышленных тракторов в зимний период накладывают особые требование на их конструкции и требуют решения вопросов оптимизации температурного режима моторно-трансмиссионной установки (МТУ). Применение на отечественных тракторах простых механических ступенчатых коробок передач (даже с переключением на ходу, как на тракторах Т – 150К, Т – 157) не отвечает современным требованиям в условиях работы при пониженных температурах. Нарушение температурного режима влечёт за собой значительное количество поломок и отказов, вплоть до полного выхода из строя деталей и узлов. Для тракторов нормальная работа механизмов дизельного двигателя обеспечивается при температуре охлаждающей жидкости 85 – 95С. Эксплуатация при более низких температурах крайне негативно сказывается на состоянии МТУ трактора. Загустевшее масло приводит к значительной потере мощности и, соответственно, перерасходу топлива. Усиленное нагарообразование способствует закоксовыванию поршневых колец и, как следствие, снижению мощности двигателя. Усиление износов цилиндро - поршневой группы также сокращает сроки службы двигателей, приводит к разрушению ряда деталей, для восстановления которых потребуется время и затраты.
Поиск путей решения задач поддержания оптимального теплового режима МТУ тракторов, в том числе лесопромышленных, а также снижения времени прогрева двигателей до рабочей температуры является актуальным.
Цель работы – Обеспечение сокращения времени прогрева рабочих жидкостей систем и агрегатов лесозаготовительных тракторов, эксплуатируемых в суровых климатических условиях, увеличение выходных показателей.
Задачи исследования:
1. Разработать структурную схему формирования и оптимизации показателей температурно – динамических свойств МТУ;
2. Представить техническое решение по прогреву систем и агрегатов трактора, сформировать математическую модель прогнозирования показателей температурно динамических свойств МТУ;
3. Разработать методику и провести экспериментальные исследования закономерностей формирования температурных режимов МТУ;
4. Исследовать влияние параметров системы прогрева на интенсивность разогрева рабочей жидкости в системах и агрегатах, характеристики выходных параметров трактора;
5. Определить рациональные конструктивные и геометрические параметры устройства для улучшения температурных режимов систем и агрегатов трактора.
Объект исследования – процессы теплообмена в системах и агрегатах лесозаготовительного трактора при разогреве отработавшими газами рабочих жидкостей.
Предмет исследования – влияние параметров рабочего процесса температурного обогрева двигателя на показатели эффективности.
Методы исследования. При выполнении работы использовались стандартные сертифицированные приборы, теория планирования и обработки результатов экспериментальных исследований, стандартные методы оценки погрешности результатов экспериментальных исследований.
Научную новизну работы составляют:
- разработана расчетная модель системы прогрева с использованием в качестве теплонапряженного контура отработавшие газы двигателя, которая позволила определить рациональные параметры устройства, при которых обеспечивается прогрев за минимальный промежуток времени;
- получены выходные характеристики, которые позволили оценить прогрев рабочих жидкостей систем и дать заключения о влиянии факторов конструкции блока радиаторов, такие как площадь наполнения (F) и скорость движения газов (V);
- обоснованы характеристики времени прогрева в зависимости от температуры окружающего воздействия, при которых обеспечивается повышение выходной мощности до 5% и снижения удельного расхода топлива до 7% соответственно, сокращение времени прогрева до оптимальных температур, что способствует повышению использования лесозаготовительного трактора;
- разработана конструкция устройства регулирования температуры рабочих жидкостей, функциональных систем и агрегатов лесозаготовительного трактора, подана заявка на патент № 2011149241/20(073923) «Регулирование температуры рабочих жидкостей, систем и агрегатов трактора».
Практическую значимость работы:
Устройство для прогрева рабочих жидкостей функциональных систем и агрегатов лесозаготовительного трактора, которое позволяет обеспечить оптимальный температурный режим МТУ. Представлена программа расчета и модели теплообменника в зависимости от окружающей сред, которые дают заключения об эффективности использования данной разработки. Разработана конструкция регулирования температурных режимов систем (подана заявка на Патент РФ № 2011149241/20(073923) «Регулирование температуры рабочих жидкостей, систем и агрегатов трактора»). Получены поверхности отклика, уравнения регрессии, которые дали возможность обоснованно определить параметры работы теплообменника (блока радиаторов).
Реализация результатов:
- основные положения научно исследовательской работы внедрены в учебный процесс специальности 150405 Сиб ГТУ кафедры «Автомобили, тракторы и лесные машины», где используется методика оптимизации теплового режима МТУ тракторов посредством утилизации тепловой энергии отработанных газов двигателя;
- изобретение по теме научной работы внедрено в производство ООО «Русская инжиниринговая компания», которая занимается эксплуатацией дизельной техники, также внедрено КГАУ «Лесопожарный центр».
На защиту выносятся: научные положения и результаты исследований научно обоснованных технических решений, позволяющие создать принципиально новые конструктивные схемы, в том числе:
1. Способ прогрева отработавшими газами систем и агрегатов моторно-трансмиссионной установки трактора, целесообразность ее внедрения;
2. Математическая модель процесса формирования прогрева рабочей жидкости в системах и агрегатах лесозаготовительного трактора при работе в суровых климатических условиях;
3. Результаты экспериментальных исследований прогрева при изменении факторов воздействия скорости движения отработавших газов и площади обогрева;
4. Результаты производственного исследования при прогреве и их обоснования, повышения выходных показателей силовой установки и их обоснования, сокращения выхода на оптимальный температурный режим функциональных систем.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на: Всероссийской научно – практической студенческой конференции «Студенческая наука взгляд в будущее» ФБГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» 2008 год; ФБГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» в V Всероссийской научно – практической студенческой конференции «Студенческая наука взгляд в будущее» 2009 год; ФБГО ВПО МГАУ Участие во Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу Минсельхоза России по номинации «Агроинженерия» в 2008 году; ФБГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» научно – практическая конференция 12 апреля 2011 года. VIII Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященная 155-летию со дня рождения К. Э. Циолковского «Молодежь и наука» ФГАОУ ВПО СФУ Красноярск 24 апреля 2012 года.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них в 6 изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 38 таблиц. Список литературы состоит из 217 наименования, в том числе 3 на иностранном языке. Приложения изложено на 12 страницах.
Личный вклад. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, представленные в диссертации, получены автором лично. Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве с научным руководителем, заключается в обсуждениях и постановке задач на этапах научной работы, в получении, анализе, оформлении и внедрении полученных результатов.
