Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ б
ГЛАВА I. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВЫБОРУ ДИЗЕЛЕЙ ДЛЯ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ УНИВЕРСАЛЬНО-ПРОПАШНЫХ ТРАКТОРОВ И ИХ РАЦИОНАЛЬНОМУ ОХЛАВДЕНИЮ... 14
1.1. Условия работы энергонасыщенных универсально-пропашных тракторов и основные требования, предъявляемые к из дизелям. 14
1.2. Сравнительный анализ энергетических установок автотракторного типа с дизелями жидкостного и воздушного охлаждения 36
1.3. Характерные особенности изнашивания деталей цилиндропоршневой группы и его зависимость
от температурного режима дизеля 44
1.4. Системный анализ непроизводительных затрат в условиях эксплуатации тракторных энергетических установок. 53
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ
ОПТИМАЛЬНОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ 65
2.1. Теоретическое обобщение по выбору основных показателей, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойствах тракторных дизелей путем оптимизации температурного режима 65
2.2. Разработка метода многокритериальной оптимизации температурного режима дизеля 71
2.3. Теоретические обоснования критериев оптимизации и планирование эксперимента для определения их значений. 78
ГЛАВА 3. РАСЧЕТНО-АНАЛЙТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА НА ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДИЗЕЛЯ 95
3.1. Определение аналитических зависимостей оценки топливно-энергетических показателей дизеля...
3.2, Применение теории подобия для определения динамики процесса теплообмена в цилиндре
дизеля и тепло напряженности основных его деталей
3.3. Разработка метода оценки влияния температурного режима дизеля на динамику процесса
сгорания топлива
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРЙМЕНТАЛЬШЕ ЙССЩОВАШН ПО ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ДИЗЕЛЯ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ УНИВЕРСАЛЬНО-ПРОПАШНЫХ ТРАКТОРОВ
4.1. Влияние температурного режима дизеля на топливно-энергетические показатели и термодинамические параметры рабочего цикла...
4.2. Влияние температурного режима охлаждающей жидкости над динамику процесса теплообмена, тепловое состояние и напряженность гильз цилиндров
4.3. Влияние температурного режима дизеля на интенсивность изнашивания основных деталей...
4.4. Определение оптимального температурного режима тракторного дизеля жидкостного охлаждения с объемно-пленочным смесеобразованием...
ГЛАВА 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ СРЕЩСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФШСТИВШСТЙ РАБОТЫ МОБИЛЬНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН ШГГЕМ ПОДДЕРЖАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО
РЕЖИМА ИХ ДИЗЕЛЕЙ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
5.1. Определение взаимосвязи общего КЦЦ универсально-пропашного трактора с эффективным
ЩД дизеля и обоснование целесообразности повышения температурного режима охлаждаю
щей жидкости стр. 112
5.2. Анализ современных способов терморегулирования и обоснование целесообразности подогрева впускного воздуха в дизелях тракторного типа, работающих в условиях низких температур окружающей среды 197
5.3. Сравнительный анализ охладителей смазочного масла для дизелей автотракторного типа 217
5.4. Применение метода математического модели сования при проектировании жидкостно-мас ляных теплообменников 230
5.5. Обоснование целесообразности повышения температурного режима смазочного масла
в тракторных энергетических установках с турбонаддувными дизелями 245
ГЛНВА 6. РАЗРАБОТКА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖ
ДЕНИЯ ДИЗЕЛЕЙ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ УНИВЕРСАЛЬНО ПРОПАШНЫХ ТРАКТОРОВ НА ОСНОВЕ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ И СМАЗОЧНОГО МАСЛА 267
6.1. Выбор эффективных способов снижения тепловых потерь в тракторных энергетических установках с учетом особенностей теплообмена при жидкостном охлаждении дизеля 267
6.2. Совершенствование пусковых качеств и способов терморегулирования тракторных энергетических установок с двигателями воздушного охлаждения 278
6.3. Разработка жидкостно-масляных теплообменников для тракторных энергетических установок с дизелями жидкостного охлаждения 289
6.4. Совершенствование способов терморегулирования энергетических установок с дизелями жидкостного охлаждения 302 стр.
6.5. Разработка и экспериментальные исследования системы охлаящения с дренажно компенсационным контуром. 313
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ. 324
ЛИТЕРАТУРА 328
АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ ЗАКОНЧЕННЫХ НАУЧНО ШСЩОВАТЕЛЬСКЙХ РАБОТ 351
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАДЦЕНИЯ ДИЗЕЛЕЙ ПЕРСПЕКТИВНЫХ УНИВЕРСАЛЬНО ПРОПАШНЫХ ТРАКТОРОВ 356
РАСЧЕТЫ ИРЩНОІАГАЕШГО ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭШКТА ОТ ВНЕДРЕНИЯ ДРЕНАЖНОЖОШЕНСАЦИОННОГО КОНТУРА С ШОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМ РАОШРИТЕЛЪНЫМ БАЧКОМ, ЖВДКОСТНО-МАСЛЯНОГО ТЕНІООБМЕННИКА I ГИДРОДИ НАМИЧЕСКОГО ПРИВОДА ВЕЙТШШТОРА 361
Введение к работе
Экономия топливно-энергетических ресурсов в настоящее время является одной из важнейших задач союзного и мирового значения. Эта задача относится к промышленности, транспорту и в значительной мере к сельскохозяйственному производству, поскольку оно является одним из главных потребителей энергии. Так, например, по данным работы / 159 / на производство сельскохозяйственной продукции ежегодно расходуется около 60 млн.тонн нефтепродуктов или 30% бензина, 40% дизельного топлива и 50% автотракторных масел, что составляет 15% всех энергозатрат в стране.
Актуальность проблемы. Директивными документами ЦК КПСС и Совета Министров СССР / I, 2, 3 / была поставлена задача значительно улучшить технико-экономические показатели машин, используемых в сельскохозяйственном производстве. Прирост потребностей в топливе, энергии, сырье и материалах предусматривается на 75... 80% удовлетворять за счет их экономии / 3 /. Анализ использова- ния сельскохозяйственных тракторов показывает, что в условиях
рядовой эксплуатации их двигатели имеют неоправданно высокие непроизводительные затраты. Стремление повысить топливную экономичность, надежность и моторесурс при одновременном снижении габаритных размеров и материалоемкости тракторных энергетических установок требует поиска эффективных мероприятий по снижению этих затрат.
- Здесь и далее энергетической установной называется комплекс, состоящий из дизеля, теплообменных аппаратов и других вспомогательных агрегатов, обеспечивающих эффективное и длительное функционирование трактора в условиях эксплуатации. Решению поставленной проблемы посвящена настоящая работа. Рассматривая ее результаты в свете задач, поставленных ХХУЇЇ съездом КПСС, следует отметить их актуальность и большую экономическую значимость. Поскольку температурный режим существенным образом определяет не только конструкцию, но и эксплуатационные качества тракторных энергетических установок, поэтому его оптимизация представляет собой крупную научно-техническую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение по снижению как производственных, так и эксплуатационных затрат.
Работа выполнялась в 1969...1978 гг. на Минском тракторном заводе, а в 1978...1987 гг. в Белорусском институте механизации сельского хозяйства по плану НИР института в рамках отдельных заданий целевой программы по совершенствованию техники, используемой в сельскохозяйственном прлизводстве. Тема работы соответствует государственной научной программе 0.51.13 "Экономия топливно-энергетических ресурсов". Решение отдельных частных задач по теме и внедрение результатов в производство выполнены автором совместно с аспирантами Николаевичем А.И., Запекиным Г.Н., Казн Ш.И. и Боровиковым В,Ф.
Цель исследований - повышение топливной экономичности, надежности и моторесурса, а также снижение габаритных размеров и материалоемкости тракторных энергетических установок путем оптимизации температурного режима дизеля и создания рациональных теплообменных аппаратов и средств терморегулирования.
Задачи исследований - теоретические и экспериментальные обоснования оптимального температурного режима дизелей автотракторного типа, разработка высокоэффективных элементов системы охлаждения и выбор рациональных средств терморегулирования на сельскохозяйственных тракторах в различных условиях эксплуатации. Объектами исследований были выбраны наиболее распространенные в сельскохозяйственном производстве колесные универсально-пропашные тракторы, двигатели которых по условиям эксплуатации наиболее близки к двигателям грузовых автомобилей.
Научная новизна. Научная новизна работы представлена в виде следующих основных разделов:
1. Разработан метод многокритериальной (векторной) оптимизации температурного режима, дающий возможность приведения частных критериев оптимальности к обобщенному универсальному показателю эффективности работы дизеля.
2. Разработаны математические модели частных критериев оптимальности, таких как топливная экономичность, надежность и моторесурс дизеля, а также методы расчета регрессионных коэффициентов, входящих в эти модели.
3. Выведены расчетно-аналитические уравнения для оценки влияния температурного режима дизеля на топливно-энергетические показатели, динамику процесса теплообмена, напряженность и интенсивность изнашивания основных деталей, в соответствии с которыми разработаны специальные методики и проведены экспериментальные исследования.
4. По результатам многофакторного эксперимента определены пределы оптимального температурного режима дизелей энергонасыщенных универсально-пропашных тракторов и на основе системного подхода теоретически обоснован выбор рациональных средств для поддержания оптимального температурного режима энергетических установок с этими дизелями в различных условиях эксплуатации тракторов.
5. Разработан метод математического моделирования и выполнены необходимые расчеты на ЭВМ по выбору основных параметров опытных алюминиевых жидкостно-масляных теплообменников.
6. Разработана для дизелей энергонасыщенных универсально-пропашных тракторо высокоэффективная система охлаждения, включающая в себя такие прогрессивные элементы оригинальной конструкции, как воздушно-жидкостной, газо-воздушный и жидкостно-масляный теплообменники, усовершенствованная рубашка охлаждения, дренажно-ком-пенсационный контур и Гидродинамический привод вентилятора.
Новизна отдельных разработок защищена II авторскими свидетельствами на изобретение и 2 положительными решениями на предпрлага-емое изобретение.
В связи с изложенным на защиту выносятся:
1. Комплексное обоснование целесообразности изменения в условиях эксплуатации температурных пределов по охлаждающей жидкости и смазочному маслу, установленных временными требованиями к системе жидкостного охлаждения тракторных и комбайновых двигателей.
2. Результаты теоретических исследований по прогнозированию оптимального температурного режима тракторных дизелей с применением метода планирования эксперимента.
3. Расчетно-аналитические зависимости для оценки влияния температурного режима тракторных дизелей на топливно-энергетические показатели, динамику процесса теплообмена и теплонапряженность основных деталей.
4. Методики исследований для определения влияния температурного режима на топливно-энергетические показатели дизеля, температурно- динамические параметры рабочего цикла, напряженность и интенсивность изнашивания основных деталей.
5. Результаты многофакторного эксперимента по определению оптимального температурного режима дизелей энергонасыщенных универсально-пропашных тракторов и рекомендации по использованию для них в сельском хозяйстве веесезонных низкозамерзающих жидкостей и более качественных смазочных масел.
б. Отдельные разработки по созданию высокоэффективной системы охлаждения для дизелей энергонасыщенных универсально-пропашных трактрров, обеспечивающей как дальнейшее повышение эксплуатационных показателей машинно-тракторных агрегатов в целом, так и снижение производственных затрат при изготовлении энергетических установок.
Совокупность перечисленных положений представляет собой комплексное теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы по повышению топливной экономичности, сроков службы и надежности тракторных энергетических установок путем многокритериальной оптимизации температурного режима в различных условиях эксплуатации, что обеспечивает решение важнейших народнохозяйственных задач по экономии топливно-энергетических ресурсов.
Практическая ценность работы состоит в следующем: I. Проведенные комплексные исследования тракторных дизелей с объемно-пленочным смесеобразованием Д-240 и Д-240Т (с турбо-наддувом) дали возможность установить реальные пути по снижению тепловых потерь, что обеспечило повышение их экономичности, надежности и моторесурса. Определение оптимальных температурных режимов для этих дизелей позволило сократить удельные массо-габаритные показатели теплопередающих и теплорассеивающих элементов системы охлаждения на тракторах МТЗ-80/82 и MT3-I00/I02, снизить затраты на их изготовление и уменьшить расход дефицитных цветных металлов.
2. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований тракторных дизелей с объемно-пленочным смесеобразова II
ниєм показал необходимость пересмотра нормативных документов на ограничения допустимых температурных пределов для охлаждающей жидкости и смазочного масла.
3. Разработаны усовершенствованные системы охлаждения с дре-нажно-компенеационным контуром, жидностно-масляный теплообменник, гидродинамический привод вентилятора, малогабаритное пусковое устройство. Внедрение в производство этих разработок на энергонасыщенных универсально-пропашных тракторах обеспечит дальнейшее повышение производительности машинно-тракторных агрегатов при одновременном снижении затрат на их эксплуатацию.
Отдельные разработки по повышению эксплуатационных показателей дизелей энергонасыщенных универсально-пропашных тракторов путем оптимизации температурного режима могут быть также рекомендованы для дизелей другого класеа тракторов и автомобилей, используемых как в сельскохозяйственном производстве, так и в других сферах народного хозяйства.
Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований внедрены:
І. В производство ПО "Минский шоторный завод", связанные с определением оптимального режима охлаждения дизелей Д-240 и Д-240Т, совершенствованием рубашки охлаждения этих дизелей и выбором необходимых производительностей и конструктивным совершенствованием вентиляторов, жидкостных и масляных насосов. Экономический эффект в народном хозяйстве только от снижения удельного расхода топлива в пересчете на годовой выпуск дизелей Д-240 и их модификаций, применительно к условиям эксплуатации на тракторах класса 14 кН, составляет 1,34 млн.руб.
2. В производство ПО "Радиатор" (г.Оренбург), связанные с совершенствованием сердцевин жидкостных радиаторов, для тракто 12
ров класса 14 кН, что позволило получить годовой экономический эффект в народном хозяйстве свыше 300 тыс.руб.
3. В производство ПО "Минский тракторный завод", связанные с совершенствованием системы охлаждения для дизелей Д-240 и Д-240Т тракторов МТЗ-80/82 и MT3-IQ0/I02, включающих блоки охлаждения с жидкостными и масляными радиаторами и аэродинамические тракты моторных установок. Внедрение в производство усовершенствованных систем охлаждения для дизелей на этих тракторах, имеющих более высокие удельные показатели по энергоемкости, экономичности и металлоемкости, обеспечило их работоспособность в различных климатических зонах.
4. В учебный процесс в Белорусском институте механизации сельского хозяйства для факультетов механизации, инженерно-педагогического и повышения квалификации преподавателей сельскохозяйственных вузов, техникумов и специалистов сельскохозяйственного производства,
Отдельные разработанные элементы оригинальной конструкции по дальнейшему совершенствованию системы охлаждения находятся в стадии доводки. В соответствии с представленными расчетами предполагаемый годовой экономический эффект от внедрения системы охлаждения с дренажно-компенеационным контуром и заправляемой веесезонной низкозамерзающей жидкостью составляет 420 тыс. руб., жидкостно-масляного теплообменника - 175,5 тыс.руб. и гидродинамического аривода вентилятора - 1,94 млн.руб.
Апробация работы. Основные результаты исследований по мере выполнения работы доложены и одобрены на конструкторских секциях НТО Минского тракторного завода (1974...1986 гг.) и Минского моторного завода (1974...1985 гг.), на технических Советах СНБ-2Б Кишиневского тракторного завода (1974 г.) и ГСКБД по двигате ІЗ
лям малого литража Владимирского тракторного завода (1974 г.), на научно-технических конференциях в ШМСХ, ЦНШШЭСХ, ВПЙ, ЛСХИ, ШИСП и ЧШЭСХ (1974...1987 гг.), на Всесоюзных научно-технических конференциях и семинарах в ЧІ НАШ (1985 г.), 1СХИ (1985... 1987 гг.) и ЛШ (1987 г.).
Результаты работы рассмотрены и одобрены на объединенном заседании еоіета по предварительному рассмотрению диссертационных работ аспирантов и соискателей и кафедр "Тракторы и автомобили" и "Двигатели внутреннего сгорания" ШМСХ в 1986 г. и на заседании комитета автотракторостроения ЛОП НТО Машцром и представителей кафедр "Тракторы и автомобили" и "ДВС и теплотехники" ЛСХЙ в 1987 г.)
Публикация. По теме диссертации опубликовано 30 работ, получено II авторских свидетелств на изобретение и 2 положительных решения на предполагаемое изобретение, издано 2 учебных пособия (в соавторстве). Общий объем с учетом долевого участия автора в коллективных публикациях составляет 14 п.л. Подробное изложение материалов по отдельным разделам работы дано в 12 научно-технических отчетах, прошедших государственную регистрацию.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и общих выводов, включает 220 страниц машинописного текста, 95 рисунков, 26 таблиц, 3 акта внедрения законченных разработок, технические требования к системе жидкостного охлаждения дизелей перспективных универсально-пропашных тракторов и 3 расчета предполагаемого экономического эффекта от внедрения дренажно-компенсационного контура с многофункциональным расширительным бачком, жидкостно-масляного теплообменника и гидродинамического привода вентилятора. Список использованной литературы содержит 224 наименования, в том числе 24 на иностранном языке.
