Введение к работе
Актуальность темы исследования. Характерной особенностью эксплуатации современных гидрофицированных лесных машин, главным образом в районах Крайнего Севера (Республика Коми), является их эксплуатация на пониженных тепловых режимах. Трудности в обеспечении оптимального теплового режима и состояния основных узлов и агрегатов машины, и особенно гидравлической системы, приводят к повышенному износу деталей, сокращению срока службы и, соответственно, их более частой замене. В результате снижается надёжность гидравлических систем, повышаются затраты на их эксплуатацию и техническое обслуживание и резко снижается производительность машины в целом. В период зимней эксплуатации время на подготовку к пуску системы и выход на оптимальные температуры рабочей жидкости и узлов системы возрастает в 2–2,5 раза и составляет 1,5–2 часа.
Для дальнейшего повышения надёжности гидравлических систем машин необходимо разработать комплекс мероприятий, обеспечивающих высокую эффективность использования лесных машин при эксплуатации их в северных условиях.
Данная проблема становится актуальной, когда уделяется особое внимание вопросам освоения северных районов страны и приобретает большое значение повышение роли машинного парка в интенсификации освоения районов Крайнего Севера.
Степень разработанности исследования. Проблемами повышения эффективности работы гидравлического привода лесных машин занимались такие учёные, как Дроздовский Г. П., Волков В. Н., Павлов А. И., Кальбус В. В., Афанасенко М. В., Каверзин С. В. и др. Однако при рассмотрении повышения работоспособности гидравлического привода лесных машин не учитывался ряд таких факторов, как влияние дополнительных источников тепла, теплообмен с окружающей средой, передача энергии между деталями машины и т. д.
Цель исследования – повышение надежности гидропривода лесных машин путем совершенствования конструкций (изменения параметров) элементов гидравлической системы.
Задачи исследования:
-
Обоснование и разработка методики проведения мероприятий по повышению надёжности узлов гидравлической системы.
-
Разработка математической модели расчёта теплового баланса гидравлических систем лесных машин в условиях отрицательных температур.
-
Обоснование и разработка новой конструкции гидравлической системы.
-
Разработка алгоритмов и программ теплового расчета гидравлической системы.
Объект исследования: гидравлическая система лесных машин, работающая в условиях отрицательных температур.
Предмет исследования: методы и методики оценки работы гидравлических систем лесных машин при различных температурах окружающей среды.
Методы исследования: математическое моделирование, численный эксперимент, лабораторный натурный эксперимент, регрессионный анализ.
Научная новизна работы:
-
Разработана методика проведения мероприятий по повышению надёжности узлов гидравлической системы, отличающаяся тем, что позволяет сократить время подготовки системы к пуску и прогреву при работе в зимних условиях.
-
Разработана математическая модель расчёта теплового баланса гидравлических систем, отличающаяся тем, что учитывает влияние дополнительных источников теплообразования и теплоотдачи, а также позволяет производить расчёт теплового баланса при температуре окружающего воздуха от –50С до +20С.
-
Разработана новая конструкция гидравлической системы, отличающаяся облегченным пуском гидравлической системы в зимних условиях.
-
Разработаны алгоритмы и программы теплового расчета, отличающиеся тем, что позволяют исследовать воздействие кинематических, конструктивных и других факторов на динамику прогрева гидравлической системы.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Методика проведения мероприятий по повышению надёжности узлов гидравлической системы.
-
Математическая модель теплового баланса гидравлических систем лесных машин, работающих в условиях низких температур.
-
Конструкция гидравлической системы, оснащенная комплексной системой подогрева рабочей жидкости и циркуляционным бачком, для оптимального пуска гидравлической системы в условиях отрицательных температур
-
Алгоритмы и программы определения количества тепла, рассеиваемого с поверхности гидрораспределителя, и определения количест-
ва тепла, передаваемого гидравлическим баком через стыкующиеся детали и узлы машины.
Теоретическая значимость работы состоит в исследовании и обосновании температурного режима гидросистем лесных машин, работы всасывающей магистрали, теплового баланса гидравлического насоса, теплообмена в гидравлических баках и распределителях
Практическая значимость полученных результатов заключается в разработке технических и технологических решений по повышению надежности гидравлических систем лесных машин, обеспечивающих оптимальную работу в условиях Крайнего Севера; полученные экспериментальные и аналитические зависимости могут быть использованы на стадии проектирования лесных машин.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Научные результаты, полученные в процессе проведения исследований, соответствуют п. 4 «Исследование условий функционирования машин и оборудования, агрегатов, рабочих органов, средств управления» и п. 11 «Исследование надежности машин и технологического оборудования с целью обоснования нормативов их безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости» паспорта специальности 05.21.01 Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.
Сформулированные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретическими решениями и экспериментальными результатами, полученными в работе, базируются на результатах полученных экспериментальных данных и методик испытания гидравлических систем лесных машин, сопоставлением теоретических и экспериментальных исследований с достаточной сходимостью последних.
Личное участие соискателя в получении результатов, изложенных в диссертации.
Автором выполнен анализ научно-технических источников информации, сформулированы проблема, цель, задачи исследования, получены теоретические и экспериментальные результаты, осуществлены их обработка, интерпретация и внедрение в производство и учебный процесс.
Выработаны практические рекомендации по подготовке гидравлических систем лесных машин к работе в условиях Крайнего Севера.
Разработаны алгоритмы и программы теплового расчета, позволяющие исследовать влияние различных факторов (климатических, конструктивных и т.д.) на динамику прогрева гидросистемы.
Апробация результатов исследования.
Материалы работы в целом и отдельные ее этапы докладывались на конференциях и были опубликованы:
- Materiay X Midzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji
«Nauka: teoriaipraktyka– 2014».
Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: материалы международной заочной научно-практической конференции, 10–12 декабря 2014 г. – Воронеж : ФГБОУ ВПО «ВГЛТА».
Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: материалы международной заочной научно-практической конференции, 10–12 декабря 2014 г. – Воронеж : ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».
Успехи современной науки – Белгород : Успехи современной науки и образования, 2017.
Реализация работы.
Основные результаты теоретических и экспериментальных иссле
дований внедрены в работу на предприятии ООО «Северстройсвязь-
ресурс», используются в учебном процессе Воронежского
государственного лесотехнического университета им.
Г. Ф. Морозова, Ухтинского государственного технического университета.
Публикации.
Результаты исследований отражены в 13 научных работах общим объёмом 6,48 п. л. (авторских 3,6 п. л.), в том числе в 5 статьях, в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 2-х свидетельствах о государственной регистрации программы для ЭВМ, 1-й монографии.
Структура и объём работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, общих выводов и приложений; содержит 227 страниц текста, 22 таблицы, 67 рисунков и библиографического списка из 202 наименований, включая 19 на иностранных языках.