Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1 Состав и использование машинно-тракторного парка АПК Красноярского края 8
1.2 Альтернативные топлива для тракторных дизелей 11
1.3 Производство и использование растительных масел в качестве топлива для дизельных двигателей 16
1.4 Методы обеспечения многотопливности дизелей 24
1.5 Методы и критерии оценки эффективности использования топлива
на основе рапсового масла в сельскохозяйственных тракторах 29
1.6 Выводы и задачи исследования 34
2 Системный анализ функционітрования тракторного агрегата при использовании альтернативного топлива 36
2.1 Структурная схема оптимизации эксплуатационных параметров системы «топливо - МТА» 36
2.2 Показатели эффективности рабочего цикла дизеля на разных топливах 44
2.3 Модели формирования энергосберегающего режима рабочего хода почвообрабатывающих агрегатов 54
2.4 Оценка технологических свойств тракторов и режимов рабочего хода почвообрабатывающих агрегатов 59
2.5 Выводы по разделу 63
3 Моделирование эксплуатационных параметров и режимов работы почвообрабатывающих агрегатов 64
3.1 Моделирование рабочего цикла и характеристик тракторных дизелей на разных топливах 64
3.2 Энергетические и топливные показатели дизелей при моделировании нагрузочно-скоростных режимов 76
3.3. Потенциальные возможности тракторов на разных видах топлива 81
3.4 Эксплуатационные показатели почвообрабатывающих агрегатов 91
3.5 Выводы по разделу 96
4 Методика экспериментальных исследований 98
4.1 Программа экспериментальных исследований 98
4.2 Объекты и модели экспериментальных исследований 102
4.3 Методика лабораторно-стендовых испытаний 106
4.4 Методика полевых и производственных испытаний 110
4.5 Обработка результатов экспериментов и оценка погрешностей измерения 111
4.6 Выводы по разделу 113
5 Результаты экспериментальных исследований 114
5.1 Состав и использование топлива на основе рапсового масла 114
5.2 Результаты стендовых испытаний топливной аппаратуры 115
5.3 Адаптіїрованние системы питания дизеля для работы на смесевом топливе 119
5.4 Энергетические и топливные показатели дизелей 121
5.5 Тягово-сцепные свойства и показатели технологичного уровня тракторов 124
5.5.1 Тягово-сцепные свойства тракторов 124
5.5.2 Показатели технологических свойств тракторов 126
5.6 Технико-экономические показатели почвообрабатывающих агрегатов 127
5.7 Выводы по разделу 130
6 Оценка эффективности применения смесевого топлива при использовании почвообрабатывающих агрегатов 132
Общие выводы 137
Библиографический список 139
Приложение 153
- Производство и использование растительных масел в качестве топлива для дизельных двигателей
- Структурная схема оптимизации эксплуатационных параметров системы «топливо - МТА»
- Моделирование рабочего цикла и характеристик тракторных дизелей на разных топливах
- Объекты и модели экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность. Основным источником топлива для автотракторных дизелей в настоящее время является нефть, запасы которой ограничены. Ежегодно мировой автотракторный парк увеличивается, следовательно, и растут потребности в топливе, что заставляет вести исследовательские работы по поиску его альтернативных видов.
Возможными путями удовлетворения возрастающей потребности в дизельном топливе является вовлечение в баланс альтернативных топлив растительного происхождения, как в виде добавок, так и в «чистом» виде, в частности растительных масел. Поскольку они обладают близкой к дизельному топливу характеристикой, то представляют ему хорошую альтернативу, либо могут использоваться в составе смеси. Характерной особенностью данных топлив является низкая токсичность отработавших газов.
Ограниченный объем исследований не позволяет однозначно судить об энергетических и топливных показателях работы дизелей на растительном масле или его смеси с дизельным топливом (смесевое топливо), формирующих эксплуатационные свойства трактора и технико-экономические показатели машинно-тракторного агрегата (МТА). Поэтому разработка научно обоснованных технических и организационных мероприятий по адаптации с.-х. тракторов к работе на рапсовом масле, как основной альтернативе дизельного топлива, для повышения эффективности их использования на основных энергоемких технологических операциях в составе тяговых агрегатов представляет перспективное направление экономии топливно-энергетических ресурсов и приобретает в настоящее время особую актуальность.
Работа выполнена в соответствии с программой научного обеспечения АПК РФ и планом НИР КрасГАУ (проблема IX, задание 01 на 2006-2010 гг.).
Цель работы. Повышение эффективности использования почвообрабатывающих агрегатов путем системной адаптации тракторов для работы на рапсовом масле.
Объект исследования. Процесс формирования показателей рабочего хода почвообрабатывающих агрегатов при работе тракторного двигателя на рапсовом масле.
Предмет исследования. Закономерности формирования и взаимосвязь технико-экономических показателей почвообрабатывающих агрегатов с характеристиками и условиями применения топлива на основе рапсового масла.
Методы исследования включали определение условий эффективного применения в дизелях с.-х. тракторов рапсового масла на основе многоуровневого системного анализа, моделирования процессов и оптимизации оценочных показателей.
Научную новизну работы составляют:
Методология системы ресурсосбережения механизации почвообработки на основе эффективной адаптации тракторных дизелей к работе на рапсовом масле.
Модели многоуровневой системы адаптации эксплуатационных параметров и режимов совместной работы тракторов и почвообрабатывающих агрегатов к использованию альтернативного топлива.
Результативные признаки эффективности адаптации с.-х. тракторов к использованию смесевого топлива.
Результаты экспериментальной оценки системы повышения эффективности использования почвообрабатывающих агрегатов при работе тракторных дизелей на смесевом топливе.
Практическую значимость диссертации представляют:
Оценки показателей технологических свойств тракторов при работе дизелей на смесевом топливе.
Рациональные характеристики дизелей и режимы работы тракторов в составе почвообрабатывающих агрегатов при использовании
смесевого топлива.
3. Рекомендации по использованию в тракторных дизелях топлива на основе рапсового масла (патенты РФ № 2305791, № 67516).
Реализация результатов
Результаты исследования и практические рекомендации по применению рапсового масла в дизелях с.-х. тракторов используются инженерно-технической службой АПК Красноярского края и внедрены в ряде сельскохозяйственных предприятий. Методика адаптации с.-х. тракторов для работы на рапсовом масле используется в учебном процессе КрасГАУ.
На защиту выносятся:
методология и модели многоуровневой системы формирования энергетических и топливных показателей дизелей, тракторов и почвообрабатывающих агрегатов при работе на альтернативном топливе;
результаты теоретических и экспериментальных исследований оценочных показателей дизелей, тракторов и почвообрабатывающих агрегатов при использовании смесевого топлива.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и одобрены в 2005-2008 гг. на международных (КНИИСХ, г. Красноярск, СибИМЭ, г. Новосибирск), всероссийских (МГАУ, г. Москва) и региональных научно-практических конференциях (КрасГАУ, г. Красноярск).
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 16 работах, в т.ч. 4 -в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 152 страницах основного текста, включающего 43 рисунка, 29 таблиц, список литературы из 131 наименования. Приложение составляет 12 страниц.
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Производство и использование растительных масел в качестве топлива для дизельных двигателей
В последнее время все более широкое распространение получают альтернативные топлива из возобновляемого сырья растительного происхождения. К ним относятся растительные масла (рапсовое, подсолнечное, соевое, пальмовое, арахисовое и др.) и их производные. Растительные масла обладают близкой к дизельному топливу воспламеняемостью и теплотой сгорания, поэтому представляют ему хорошую альтернативу.
В настоящее время наблюдается некоторое противопоставление одной масличной культуры другим [27,87,96,105]. Самым перспективным считается рапсовое масло (РМ) и продукты его переработки - метиловые эфиры жирных кислот рапсового масла (МЭРМ) [83,84]. В ряде стран Европы его уже используют в качестве самостоятельного топлива или добавки к дизельному топливу. Рапсовое масло относится к классу возобновляемых энергетических источников, поэтому вопрос о его истощении не возникает, обладает полной совместимостью с окружающей средой. Это топливо при нормальных условиях является жидкостью, и, следовательно, не требуется специального обучения для обращения с ним, не возникает проблем с заправкой и хранением. Имеющиеся топливозаправочные средства могут быть использованы для работы с топливом растительного происхождения.
К производству топлива на основе рапсового масла можно предъявить следующие требования: оно должно быть ресурсосберегающим, обеспечивать низкую себестоимость топлива, быть доступным для реализации в условиях сельскохозяйственных предприятий, минимально негативно воздействовать на окружающую среду.
Технологическую линию производства топлива из семян рапса условно можно разделить на несколько основных этапов: прессование семян; предварительное отстаивание масла; фильтрация; щелочная нейтрализация; смешивание очищенного рапсового масла с дизельным топливом. Производство растительных масел, вне зависимости от способа производства биотоплива, начинается с подготовительного этапа. Учитывая стандартные технологии хранения и подготовки семян к переработке, существующие практически в каждом сельскохозяйственном предприятии, не будем рассматривать соответствующие операции и оборудование.
В работах [2,33,59] рассмотрены различные способы производства биотоплива из рапсового масла. Самой простой технологией (рисунок 1.2) получения метиловых эфиров жирных кислот является циклическая технология, основанная на добавлении в масло метанола и катализаторов с целью выведения глицерина и солевых кислот. Метанол смешивают с растительным маслом в соотношении от 1:4 до 1:20 в реакторе с мешалкой. Реактор должен быть оснащен системой конденсации метанола. Реакция проходит при температуре 65 С. Используют щелочные катализаторы NaOH или КОН в количестве 0,3%...1,5% от-массы растительного масла. В реактор заливают рапсовое масло, а затем метанол с катализатором. Для лучшего перемешивания растительного масла, метанола и катализатора используют мешалку. Для удаления метанола из эфира и глицерина используют испарители. Далее эфир нейтрализуют, тщательно промывают теплой водой для удаления остаточного метанола и солей, а затем сушат. Готовое биодизельное топливо перекачивают в емкости для хранения. Глицерин нейтрализуют и промывают водой. Далее сырой глицерин отправляют в секцию для дальнейшей очистки. Преимущества технологии: относительная простота технологического процесса. Недостатки технологии: невысокий выход метилового эфира (85-90% от общей массы полученного биодизельного топлива); длительное время реакции трансэтерификации (от 20 минут до нескольких часов). Многореакторная непрерывная технология (рисунок 1.3) стала дальнейшим развитием циклической технологии. При этом используют несколько реакторов, объединенных в цепь, что делает технологический процесс получения биодизельного топлива непрерывным. В качестве реактора используется горизонтальный барабан с внутренними перегородками. Эта схема позволяет проводить стандарпвацшо и надлежшций контроль над временем нахождения компонентов в реакторе. В барабан постоянно с одного конца вводятся компоненты. Время реакции в каждом реакторе напрямую связано с его объемом. После удаления глицерина реакция происходит гораздо быстрее и выход метилового эфира составляет до 98% от общей массы полученного биодизельного топлива. Достоинством данной технологии является снижение времени реакции до 6... 10 минут. Обычно для увеличения скорости реакцию проводят при повышенных температуре (80...160 С) и давлении (2...3 атм.) Бескатализаторные циклические технологии (рисунок 1 Л), использующие растворители для того, чтобы улучшить растворимость метанола в растительном хмасле (Віох-процесс). Здесь для растворения метанола добавляют тетрагидрофуран. В результате чего время реакции сокращается до 5...10 минут и отпадает необходимость в катализаторе. После реакции, протекающей не выше 30 С, остаточный метанол и растворитель тетрагидрофуран легко удаляются из испарителя. Достоинства процесса: достаточно четкая граница эфир-глицерин; конечный продукт (метиловый эфир) не содержит катализатора и воды. Недостатки: необходимо специальное оборудование для использования растворителя; технологическая линия получения биотоплива более сложная и дорогая по сравнению с катализаторной технологией; растворитель является загрязнителем атмосферного воздуха. Для его извлечения с метанолом и рециркуляции необходимо специальное, герметичное оборудование, постоянный контроль за состоянием воздуха в рабочей зоне.
Структурная схема оптимизации эксплуатационных параметров системы «топливо - МТА»
Основной задачей этапа является экспериментальная оценка и реализация моделей системы адаптации тракторного дизеля к использованию смесевого топлива при моделировании эксплуатационных условий по результатам лабораторно-стендовых испытаний. В основу этапа положены: сравнительные стендовые испытания топливоподающей аппаратуры, определяющие зависимости оценочных показателей при различных параметрах топлива; сравнительные лабораторно-стендовые испытания дизеля, определяющие топливные, энергетические и экологические показатели. Первый уровень включает накопление и оценку исходной информации влияния физико-химических свойств смесевого топлива на энергетические и топливные показатели дизеля. Сравнительные стендовые испытания топливоподающей аппаратуры позволяют определить возможность работы на смесевом топливе. Первоначально отрабатывается система и методика использования смесевого топлива на различных режимах работы двигателя. Проводятся стендовые испытания дизеля и оценка выходных характеристик силового агрегата. В первую очередь рассматриваются индикаторные показатели цикла и их зависимости от характеристик топлива. Рабочий цикл двигателя определяется средним индикаторным давлением Pi. Энергетические и топливные показатели дизеля рассматриваются в зависимости от физических констант топлива. После чего определяются параметры топливоподачи и сравниваются со стендовыми испытаниями топливоподающей аппаратуры. На заключительном уровне 2 этапа предлагаются рекомендации и технические решения для эффективного использования смесевого топлива.
На 3-м этапе определяется эффективность эксплуатации трактора на смесевом топливе. Оценочными критериями этапа служат показатели стоимости работ, универсальности и производительности. В основу этапа положено расчетное моделирование и экспериментальные исследования: лабораторно-полевые и производственные испытания. В качестве теоретической базы рассматриваются потенциальные возможности трактора. Задачей является оценка показателей технологических свойств трактора и технико-экономических показателей МТА при сравнительных полевых испытаниях. Целью этапа является: оценка технологических свойств тракторов, определяемая показателями производительности и стоимости выполнения технологических операций; режимов выполнения технологического процесса, определяющие комплектование МТА; скорости движения. В качестве исходных показателей МТА выступают теплотворная способность и расход топлива; в качестве выходных -производительность и стоимость работ. На основе сравнительных эксплуатационно-технологических испытаний проводится обоснование режимов рабочего и холостого хода МТА. Результаты этих испытаний являются выходными для оценки экономической эффективности использования смесевого топлива. Полученные результаты являются основой для уточнения экстремальных режимов работы дизеля, обоснования способов адаптации к использованию смесевого топлива.
На 4-м этапе определяется экономическая эффективность использования смесевого топлива на предприятиях АПК. Экономическая эффективность внутрихозяйственного производства и применения смесевого топлива определяется по приоритетному показателю - годовой потребности предприятия в топливе, а также урожайностью и выходом чистого масла при возделывании рапсовой культуры. На первом уровне определяется потребная площадь под посев масличной культуры. Ограничивающими факторами в данном случае будут: выход чистого масла при переработке (не превышает 30%) и урожайность в регионах Восточной Сибири (11—16 ц/га). Определение себестоимости смесевого топлива осуществляется согласно принятой на предприятии технологии производства масличной культуры. Основные затраты на производство будут складываться из приобретения установки для получения масла, специальной уборочной техники (разовые затраты), покупки элитных семян, покупки электроэнергии, удобрений. Доходы: брикетированная рапсовая солома, высококачественный шрот. Если рассматривать производство и применение смесевого топлива только в условиях предприятия, то его себестоимость будет снижаться.
На основании проведенного анализа использования альтернативных топлив растительного происхождения при эксплуатации с.-х. траіаоров в условиях АПК установлено: 1. Основу энергетического обеспечения АПК Восточной Сибири представляют гусеничные (ВТ-150) и универсально-пропашные (МТЗ-82.1) тракторы отечественного производства, оснащенные дизельными двигателями с непосредственным впрыском при классическом исполнении и размещении агрегатов системы питания топливом с организацией свободного впуска и среднего газотурбинного наддува. 2. Одним из основных направлений развития автотракторной промышленности ведущих стран мира и России считается создание многотопливных дизельных двигателей. Реализация данного направления обеспечивается не только созданием технически совершенных конструкций двигателей, но и использованием альтернативных видов топлива, оптимальных с точки зрения экологии, высокой эффективности, низких издержек производства и возможности .возобновления из природных источников. По возможности возобновления и производства альтернативного топлива перспективным считается использование топлива растительного происхождения на основе рапсового масла. 3. Разработанные и используемые в России и за рубежом технологии производства топлива из рапсового масла отличаются по эффективности, экологической опасности и стоимости конечного продукта. В условиях АПК предложена ресурсосберегающая технология получения смесевого топлива на основе рапсового масла, позволяющая минимизировать себестоимость биотоплива. 4. Научно-технические разработки по проблеме адаптации с.-х. тракторов к использованию альтернативного топлива на основе рапсового масла в основном носят экспериментально-оценочный характер при ограниченном фактическом материале. При этом разными исследователями отмечается, что альтернативное топливо на основе рапсового масла наиболее эффективно в использовании только в смеси с дизельным топливом в пропорции 70/30 соответственно. При этом энергетические и топливные показатели дизелей на смесевом топливе ухудшаются на 7-9%. Отсутствуют теоретические и экспериментальные исследования о формировании и взаимосвязи оценочных показателей рабочего хода МТА с характеристиками и условиями применения биотоплива. 5. Обзор отечественных: и зарубежных исследований позволил обосновать основные принципы и структурную схему исследования системной адаптации с.-х. тракторов к использованию биотоплива на основе рапсового масла с позиции обеспечения их потенциальных возможностей при выполнении энергоемких технологических операций. Исходя из анализа состояния проблемы, предварительных экспериментов и цели работы предусматривается решение следующих задач: 1. Разработать структурную схему системы повышения эффективности использования почвообрабатывающих агрегатов при работе тракторных дизелей на рапсовом масле. 2. Сформировать математігческие модели оценки показателей рабочего цикла дизеля и процессов функционирования трактора в составе почвообрабатывающих агрегатов для прогнозирования и оптимизации их эксплуатационных параметров при использовании альтернативного топлива на основе рапсового масла.
Моделирование рабочего цикла и характеристик тракторных дизелей на разных топливах
Состав топлива задается объемным содержанием основных элементов С, Н, О сумма которых С+Н+0=1. Снижение объемной доли хотя бы одного из указанных элементов должно сопровождаться равнозначным увеличением других. Ниже представлены результаты расчетов характеристик бинарной смеси рапсового масла и дизельного топлива в объемном соотношении 0,7+0,3=1 (таблица 3.1). Из них видно, что основной причиной снижения теплотворной способности смесевого топлива является уменьшение объемной доли углерода на 8,4% с одновременным увеличением кислорода в 18 раз по сравнению с дизельным топливом.
Топливо в процессе сгорания переходит в другое агрегатное состояние, то изменение количества рабочего тела при сгорании определяется как [16] Следовательно, изменение объема газов при сгорании топлива будет определяться его элементарным составом. Содержание кислорода и водорода влияет на ДМ следующим образом: кислород при переходе в газообразное состояние обуславливает изменение объема на 0/32 кмоль, водород при сгорании увеличивается на Я/4 кмоль. Объемом кислорода (0,4%), содержащимся в дизельном топливе, пренебрегают, поэтому повышенное его содержание (7,6%) с одновременным уменьшением водорода (12,3%) в СТ вызывает увеличение объема при сгорании, что является положительным фактором, поскольку работа газов в цилиндре при расширении продуктов сгорания возрастает. Для моделирования рабочего цикла использовались характеристики дизелей со свободным впуском Д-240 и средним наддувом Д-442ВИ (таблица П. 2). Работа дизеля на номинальном режиме должна сопровождаться полным и бездымным сгоранием топлива при коэффициенте избытка воздуха а„= 1,40-1,80 [61,75,76]. Режим максимальной мощности и наибольшая работа цикла соответствуют - апр = 1,25-1,30, при котором отношение rjf/a достигает максимального значения. Результаты моделирования нагрузочной характеристики исследуемых двигателей при пн позволили определить значение atip и обосновать величину ан на дизельном (ДГ) и смесевом (СТ) топливах. По результатам моделирования установлено (рисунок 3.1), что отношения ]?/а для указанных дизелей достигают максимальных значений при a,v, l,30, независимо от характеристики топлива и параметров рабочего цикла. Указанный состав смеси соответствует наиболее высокой удельной работе цикла, характеризуемой средним индикаторным давлением 7}m3X. При этом превышение значений тах и т,(аПР) на смесевом топливе у дизеля Д-240 составляет около 1% (0,985 и 0,993 МПа), а у Д-442ВИ достигает 3-А% (1,623 и 1,683МПа). Указанное изменение обусловлено соответствующим ростом степени предварительного расширения р с 1,43 до 1,44 (Д-240) и с 1,71 до 1,75 (Д-442ВИ). Индикаторный КПД с а выше а возрастает, вследствие уменьшения потерь из-за неполноты сгорания и повышения термического КПД. При этом зависимости rjj,Pi =f(a) в диапазоне изменения а от 1,30 до 2,20 практически линейны (рисунок 3.1), не зависят от вида топлива и с достаточной степенью точности описываются зависимостями (2.34) при угловых коэффициентах К, = 0,333, Кп = 0,054 для дизеля Д-240 и Кр = 0,937, Кч = 0,048 для Д-442ВИ. Учитывая низкую эффективность теплоиспользования в рабочем цикле, высокую тепловую напряженность деталей и дымность отработавших газов при сц, значение коэффициента избытка воздуха на номинальном режиме ан выбиралось на основании установленных ранее условий Рт = (0,85 - 0,90) Pimax . Для дизеля Д-240 указанное соответствует а, =1,50 при сохранении соотношений индикаторных показателей на различных топливах. У дизеля с наддувом Д-442ВИ «„=1,60, что соответствует наиболее оптимальному сочетанию эффективности и экономичности. Результатами моделирования методом теплового расчета установлены основные параметры цикла при использовании указанных топлив для номинального скоростного режима при а„ (таблица 3.2). У двигателя Д-240 со свободным впуском при ан = idem эффективность теплоиспользования практически не зависит от" характеристик топлива. Эффективный КПД на СТ достигает величины 0,352, а эффективная мощность на 0,8% выше, чем при использовании ДТ. Однако топливная экономичность двигателя на СТ ниже на 8% по сравнению с ДТ, что обусловлено соответствующей разницей их теплотворных способностей. Поэтому для достижения расчетных значений NiH и Ne„ при ан = idem требуемое количество СТ определяется из соотношения 0„дт/ОпСТ Gcl /GJlT . У дизеля с наддувом более высокое значение Рін на СТ обеспечивает при ан =idem соответствующий (4%) прирост индикаторной мощности и до 5% повышение эффективной мощности. Однако удельный расход топлива, по указанным выше причинам, увеличивается на 7,8%. При повышении эффективного КПД с 0,401 до 0,405 цикловая подача и часовой расход топлива увеличились на 12,5%, что является нежелательным. Анализ полученных результатов моделирования номинальных индикаторных и эффективных показателей дизелей при использовании СТ на режиме аи = idem свидетельствует о существенном ухудшении топливной экономичности, основной причиной которой является более низкая теплотворная способность СТ по сравнению с ДТ. При этом установлено существенное отличие в формировании показателей цикла и энергетических параметров двигателей со свободным впуском и наддувом.
В соответствии с общей схемой системы энергосбережения рассмотрена эффективность улучшения топливных показателей указанных дизелей при использовании СТ путем адаптации их характеристик указанными в пункте 2.2 методами. Учитывая соотношение показателей при ан - idem на СТ и ДТ в основу системы адаптации положены следующие варианты:
Объекты и модели экспериментальных исследований
Работа тяговых агрегатов сопровождается сопротивлением рабочих машин и зависит [53] от физико-механических и геометрических свойств поверхности движения, неравномерности работы движителя и ряда других факторов и имеет вероятностный характер. С изменением рабочих скоростей и энергонасыщенности машинно-тракторных агрегатов (МТА) интенсивность тягово-динамических процессов возрастает, что существенно ухудшает показатели работы двигателя и трактора в целом. Полученное снижение мощности объясняется только нелинейностью регуляторной характеристики. Это снижение не зависит от того, будут или нет потери мощности, вызванные изменением физических условий осуществления процессов в системе вследствие ее колебаний.
Моделирование энергетических и топливных показателей дизелей тракторов ВТ-150 и МТЗ-82.1 на режиме рабочего хода проводилось для условий, соответствующих основной обработке почвы (отвальная вспашка, культивация) на агрофоне стерня зерновых при варьировании момента сопротивления vMc в диапазоне (0,06 - 0,08) -Ми.
Процесс моделирования энергетических и топливных показателей в соответствии с системой адаптации эксплуатационных параметров и режимов работы почвообрабатывающих агрегатов к использованию смесевого топлива включал следующие этапы расчетного моделирования: 1. Установление размерных коэффициентов, определяющих связи энергетических и топливных показателей серийных и ДПМ дизелей с входной ПеремеННОЙ V\fc. 2. Определение экстремальных значений установочных допусков на энергетические и топливные показатели тракторов при выполнении в составе почвообрабатывающих МТА конкретных операций на разном топливе. При переводе двигателя Д-442ВИ на смесевое топливо (таблица 3.5), независимо от реализуемой характеристики на корректорной ветви, вследствие снижения номинального крутящего момента происходит незначительное уменьшение коэффициента жесткости КЖР (с 30,38 до 28,74) регуляторной ветви. В то же время коэффициенты жесткости Кжк корректорной ветви при серийной регулировке уменьшаются с 1,98 на дизельном топливе до 1,88 на СТ, что объясняется снижением максимального крутящего момента. Но при реализации режима ДПМ Кжк возрастает до значения 3,76, что обусловлено повышением коэффициента приспособляемости до 1,4. Аналогичные изменения происходят для дизеля Д-240.
При установленных формах нелинейности регуляторных характеристик ДПМ и серийного двигателя математические ожидания энергетических топливных показателей в номинальном режиме пропорциональны амплитуде момента сопротивления vMC (таблица 3.6). Из-за несимметричного отклонения номинальной угловой скорости коленчатого вала при колебаниях MQ происходит «расслоение» характеристики Мк =f(w) и снижение wH на величину Aw 1. При этом уровень эксплуатационной мощности практически не влияет на величину Aw"1.
На рисунке 3.7 показано влияние коэффициента вариации момента сопротивления VMC , приведенного к коленчатому валу, на снижение частоты вращения, недоиспользование эксплуатационной мощности и увеличение удельного расхода топлива. Результаты расчетов позволили определить оптимальные нагрузочно-скоростные режимы двигателя для различных уровней мощности при работе трактора в составе тяговых МТА.
При серийном уровне мощности дизеля Д-442ВИ Аге ==110,9 кВт с коэффициентом запаса Км крутящего момента 20 % при вероятностной нагрузке v.uc = 07 недоиспользовании мощности достигает 4,1%. При уровне мощности /Уе=104,9 кВт и Км=1,2 недоиспользование мощности составляет 5%. В обоих случаях при комплектовании МТА экстремальный коэффициент загрузки двигателя % N следует принять 0,95.
Для Д-240 с серийной характеристикой при Км=1,15 на дизельном и смесевом топливе при vMC = 0,07 недоиспользование мощности составляет 7-8%. Коэффициент загрузки двигателя в данном случае следует принять 0,93. При работе на режиме ДПМ колебания внешней нагрузки ограничивают с одной стороны п тт, а с другой й іп (рисунок 3.8), которые определяют диапазоны непрерывного и автоматического регулирования, обеспечивающие функционирование дизеля на участке постоянной мощности. На диапазон скоростного режима будет накладываться ограничение Тогда среднее значение пйв определится как пдв = -J2 —. При номинальной мощности Д-442ВИ Ne=104,9 кВт с характеристикой ДПМ (Км=1,4) и вероятностной нагрузке v„c =0,07 „=1550 - 1750 мин при средней мощности 110,2 кВт. Для Д-240 с характеристикой ДПМ при Км=1,35 й,в=1500 - 2050 мин"1 при средней мощности 52 кВт. Для обоих случаев коэффициент загрузки двигателя , N принимается 1.
