Введение к работе
Актуальность темы. Значительно возросший за последние годы во всем мире парк лесозаготовительных машин отличается большим разнообразием типов и моделей. Усовершенствование и повышение эффективности технологий лесозаготовок приводят к необходимости изменения и модернизации конструкции лесозаготовительных машин.
В связи с ужесточением требований в области охраны окружающей среды приобретает актуальность конструирование все более экологичных энергосиловых установок, устанавливаемых на лесные машины. Особое внимание следует обратить на экологичность двигателей валочно-пакетирующих машин, харвестеров, форвардеров, трелевочных тракторов, используемых при лесозаготовке.
Конструкции современных энергосиловых установок, устанавливаемых на лесные машины, достаточно усовершенствованы, однако в технологии лесозаготовок существует ряд операций, требующих больших мощностей от лесных машин, поэтому создание новых экологичных энергосиловых установок с более полным сгоранием топлива является актуальным.
Создание двигателя, который бы удовлетворял современным требованиям экологической безопасности в лесопромышленном производстве, с каждым годом приобретает все большую значимость.
Одним из перспективных направлений модернизации ДВС является внесение существенных изменений в его конструкцию, а использование гидропривода взамен кривошипно-шатунного механизма позволяет создать двигатель со свободно движущимися поршнями или свободнопоршневой двигатель (СПД), отличающийся высокой эффективностью полноты сгорания топлива и хорошими показателями удельной мощности.
Цель работы состоит в разработке способа и устройства регулирования режимов работы энергосиловой установки лесных машин для повышения ее экологических характеристик.
Объект исследования: экспериментальная установка для исследования режимов работы и способа управления свободнопоршневым двигателем внутреннего сгорания с применением различных видов топлива.
Предмет исследования: математическая модель, алгоритмы, программы, описывающие режимы работы и способ управления свободнопоршневым двигателем внутреннего сгорания.
Методы исследования. Теоретические исследования базировались на математическом моделировании, теории математической статистики, информационных технологиях Mechanical Desktop 2006, Solid Works 2006, Flow Vision 2.3, Microsoft Excel, научных положениях законов термодинамики, газодинамики, статической и динамической физики. Оценка корректности математической модели режимов работы свободнопоршневого двигателя проводилась сравнением расчетных концентраций газов при сгора-
ний топлива со значениями концентраций отработавших газов, полученными на экспериментальной установке.
Научная новизна работы заключается:
в создании и обосновании математической модели регулирования режимами движения поршня в цилиндре двигателя предлагаемой конструкции, позволяющей определять суммарные затраты термодинамической работы;
в разработке способа и устройства управления мощностью СПД отличающиеся возможностью снижения токсичности отработавших газов до установленных норм без применения катализаторов (способ и устройство СПД защищены патентом РФ).
-в развитии и совершенствовании методики по изучению влияния режимов работы двигателя на экологические характеристики при использовании различных видов топлива.
Основные положения, выносимые на защиту:
Математическая модель определения суммарных затрат термодинамической работы в СПД предлагаемой конструкции;
Способ и устройство управления мощностью свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания при установке его на лесные машины;
Методика исследования режимов движения поршня СПД предлагаемой конструкции;
Экологическая эффективность работы свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания, достигаемая за счет более полного сгорания топлива.
Практическая значимость работы. Полученные результаты исследований позволяют еще на стадии проектирования рассчитать термодинамическую работу энергосиловых установок с СПД для установления эффективности их применения;
Управление режимами работы энергосиловой установки при использовании различных видов топлива позволяет установить условия горения, снижающие концентрацию отработавших токсичных газов.
Достоверность результатов исследований основывается на достаточном объеме теоретических и экспериментальных исследований, применении метода математического моделирования и статистической обработки данных с использованием ПЭВМ.
Сформулированные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретическими решениями предложенной математической модели и экспериментальными данными, полученными в работе, не противоречат известным положениям законов термодинамики, газодинамики, статической и динамической физики и отражают сущность рассматриваемых процессов, коррелируются с другими исследованиями в области совершенствования СПД.
Достоверность результатов исследований обеспечивалась использованием современных поверенных приборов, оборудования и инструментов, а
так же удовлетворительным совпадением расчетных и экспериментальных данных с точностью, допускаемой отраслевыми нормами.
Личное участие автора в получении результатов. Диссертация является законченным результатом исследований выполненных лично автором, который обосновал тему, определил цель и задачи исследований, методику определения суммарных затрат термодинамической работы в СПД внутреннего сгорания предлагаемой конструкции, исследовал и описал движение поршня, установил факт снижения токсичности отработавших газов ДВС при использовании предложенного способа и устройства управления мощностью двигателя.
Все работы по изготовлению экспериментальной установки для исследования процессов в СПД, физическому и математическому моделированию, разработке методики проведения экспериментов, обработке данных, анализу и обобщению результатов исследований произведены автором лично.
Реализация результатов исследования. Научные результаты исследования приняты к внедрению ООО «Лестехком», что подтверждено соответствующим актом.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Вавиловские чтения» (Йошкар-Ола, 2003, 2004, 2006 гг.), на межрегиональной научно-практической конференции «Мосоловские чтения» (Йошкар-Ола, 2005 г.), на международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения» (Казань, 2005 г.), на общероссийской конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (Казань, 2005 г.), на международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2006г.), на V Международной научно -практической конференции «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2007 г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ объемом 5,3 п.л., авторский вклад составил более 60 % , в том числе: одна статья авторская (0,2 п.л.); одна статья в периодическом издании, рекомендованном ВАК (0,5 п.л.), авторский вклад - 65 %; получен патент РФ №2304226, (1,3 п.л.), авторский вклад - 50 %.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы 158 страниц, включая 37 рисунков, 22 таблицы и библиографический список из 110 наименований.
