CC BY
4Э
Вестник РГАТУ, № 1 (37), 2018
УДК 631.171
ИССЛЕДОВАНИЕ СОХРАННОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ПОД ТЕПЛОВЫМ ЭКРАНОМ С АДСОРБЦИОННЫМ ОСУШИТЕЛЕМ
МАЧНЕВ Алексей Валентинович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры механизации технологических процессов в АПК, ФГБОУ ВО «Пензенский аграрный университет», mav700@mail.ru
УСПЕНСКИЙ Иван Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой технической эксплуатации транспорта, ivan.uspensckij@yandex.ru
КОСТЕНКО Михаил Юрьевич, д-р техн. наук, профессор кафедры технологии металлов и ремонта машин, km340010@rambler.ru.
РЕМБАЛОВИЧ Георгий Константинович, д-р техн. наук, зав кафедрой технологии металлов и ремонта машин, rgk.rgatu@yandex.ru
СОЛОВЬЕВА Светлана Павловна, канд. техн. наук, преподаватель ФДП и СПО, rgk.rgatu@ yandex.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева.
Современная сельскохозяйственная техника имеет высокую стоимость и требует новых подходов к хранению. Анализ показал, что коррозионные процессы узлов и деталей машин являются причиной большинства отказов техники после хранения. Скорость коррозии металла при хранении сельскохозяйственной техники зависит от следующих факторов: влажности воздуха, наличия влаги на поверхности металла и продолжительности времени её нахождения, температуры воздуха. Наиболее агрессивное воздействие климатических факторов замечено в весенне-осенний период, особенно в апреле-мае, августе-октябре. Для ограничения резких колебаний температур применяют тепловые экраны. Однако даже под тепловым экраном содержится определенное количество влаги, способное конденсироваться на машине. Применение адсорбирующих материалов под тепловым экраном позволит существенно сократить вероятность образования конденсата. Анализ возможного количества влаги под тепловым экраном, количества периодов возможного выпадения конденсата и поглотительной способности адсорбента позволил рассчитать необходимую массу адсорбента. В качестве адсорбента применялся силикагель. Для оценки влияния адсорбентов на коррозию были проведены эксперименты. В качестве образцов использовали плоские металлические пластины без покрытия из стали 0,8 кп. Установлено, что хранение сельскохозяйственной техники под защитным тепловым экраном с закреплёнными мешочками адсорбента позволит снизить скорость коррозионных разрушений их металлических узлов и деталей на 21% по сравнению с хранением под защитным тепловым экраном и приблизить их к значениям коррозионного разрушения закрытого способа хранения. Применение защитных тепловых экранов для хранения сельскохозяйственной техники позволяет изменить интенсивность теплообмена техники с окружающей средой, защитить от атмосферных осадков в виде дождя и снега, а также снизить вероятность образования конденсата, за счёт применения адсорбентов.
Ключевые слова: хранение сельскохозяйственной техники, тепловой экран, адсорбент, конденсат, сохранность, коррозия
Введение
Современная сельскохозяйственная техника имеет высокую стоимость и требует новых подходов к хранению. В период долгосрочного хранения сельскохозяйственная техника в средней полосе России подвергается коррозии. Анализ показал, что коррозионные процессы узлов и деталей машин являются причиной большинства отказов техники после хранения. Исследованиями Латышенка М.Б. и Морозовой Н.М. установлено, что повышение качества хранения приводит к увеличению надежности сельскохозяйственной техники. Наработка на отказ из-за неблагоприятных условий хранения зерноуборочных комбайнов
уменьшается почти в 5 раз, коэффициент готовности снижается вдвое [2,4].
Скорость коррозии металла при хранении сельскохозяйственной техники зависит от следующих факторов: влажности воздуха, наличия влаги на поверхности металла и продолжительности времени её нахождения, температуры воздуха. Процесс конденсации зависит от влагосодержания воздуха и разницы температур между машиной и окружающим воздухом. Таким образом, коррозия металлов определяется целым комплексом показателей климата, таких как: разница дневных и ночных температур, влажность воздуха, интенсивность солнечной радиации, атмосферное дав-
© Мачнев А. В., Успенский И. А., Костенко М. Ю., Ребалович Г. К., Соловьева С. П., 2018 г..
Технические науки
ление и наличие осадков. Для определения воздействия внешних климатических факторов на сохранность сельскохозяйственной техники П.И. Кохом предложена модель для расчета технологической жесткости климата [2,3]. На основании данной модели был проведен анализ технологической жесткости климата в Рязанской области (табл.1).
Наиболее агрессивное воздействие климатических факторов замечено в весенне-осенний период, особенно в апреле-мае, августе-октябре. Рассматривая время проведения сева яровых и
озимых зерновых культур, можно заметить, что в конце апреля-начале мая и конце августа-начале сентября сеялка находится в рабочем состоянии. При её транспортировке, работе сеялка активно обдувается воздушным потоком, что препятствует образованию пленок влаги на её поверхности и снижает коррозию в данный период. Наиболее напряженными периодами хранения будет время сразу после постановки техники на хранение, особенно если техника недостаточно просушена или некачественно была проведена подготовка к хранению.
Таблица 1 - Среднее количество дней в году, в течение которых наблюдается
перепад температур
Суточный перепад температур, С° Менее 2,5 2,5-5 5-10 10-15 Более15
Количество дней 72,4 123,5 148,6 20,3 0,2
Образование пленок влаги в результате конденсации на поверхности машин, вызываемое суточным колебанием температуры воздуха при критических значениях относительной влажности, наиболее часто наблюдается в августе-сентябре, когда среднесуточная температура воздуха составляет 11-17 0С.
Минимальное значение температуры воздуха и образование конденсата наблюдается в конце ночи или утором, во время нагревания машины окружающим воздухом, при этом скорость изменения температуры воздуха может достигать значений до 3 градусов в час. Разница между экстремальными значениями температуры воздуха в течение суток составляет 8-10 градусов, но наблюдаются и более высокие колебания температуры в течение суток (табл.1). Для ограничения резких колебаний температур применяют тепловые экраны [1,2,3,5,6]. Однако даже под тепловым экраном содержится определенное количество влаги, способной конденсироваться на машине.
Теоретические предпосылки Рассчитаем объем воздуха под тепловым экраном:
тгг"
V = (Ъ ■ 2г + ■ 1
(1)
где V - объем воздуха под тепловым экраном,
м3
г - радиус купола теплого экрана, м; h - высота вертикальной части теплового экрана, м;
I - длина теплового экрана, м.
С учетом объемной массы воздуха при различных параметрах воздушной среды (влажность, температура) вес воздуха L под экраном будет равен:
(2)
Ь = V ■ у, 1
где Y - объемный вес воздуха при данных условиях, кг/м3 (содержание водяных паров приведено в таблице 2).
Теплоту, переданную сельскохозяйственной машине от воздуха под тепловым экраном, можно определить по формуле [6]
где Q'K - теплота, переданная машине при конденсации влаги, Дж;
11, 12 - энтальпия воздуха до конденсации и после, Дж/кг.
Согласно закону сохранения вещества масса конденсируемой влаги и масса влаги, содержащейся в воздухе под чехлом, равны при отсутствии конвекции (движения) воздуха. При этом возможная масса конденсируемой влаги будет равна:
(4)
где тв - масса конденсируемой влаги, кг.
L -в масса воздуха под тепловым экраном, кг; d1, d2 - содержание пара в воздухе под тепловым экраном до конденсации и после, г/кг.
Таблица 2 - Максимальное содержание паров воды в воздухе в зависимости от температуры
Содержа- Содержа-
Темпе- ние водя- Темпе- ние водя-
ратура, ного пара ратура, ного пара
С° при полном С° при полном
насыщении, насыщении,
г/кг г/кг
-15 1,1 30 20,3
-10 1,7 35 35
-5 2,6 40 46,3
0 3,8 45 60,7
5 6,4 50 79,
10 7,5 55 102,3
15 10,5 60 131,7
20 14,4 65 168,9
25 19,5 70 216,1
Методика проведения исследований
Применение адсорбирующих материалов под тепловым экраном позволит существенно сокра-
ф
Вестник РГАТУ, № 1 (37), 2018
тить вероятность образования конденсата. Анализ возможного количества влаги под тепловым экраном, количества периодов возможного выпадения конденсата и поглотительной способности адсорбента позволил рассчитать необходимую массу адсорбента. В качестве адсорбента применялся силикагель - высушенный гель кремневой кислоты. Для хранения зерновой сеялки под тепловым экраном расчетная масса силикагеля марки КСКГ составила около 1,5 кг в платяных мешочках по 50г. Мешочки размещали в верхней части сеялки и теплового экрана. Силикагели широко применяются для осушки газов и имеют высокую прочность и способность к восстановлению при нагреве до температуры 200-220 0С.
Для оценки влияния адсорбентов на коррозию были проведены эксперименты. В качестве образцов использовали плоские металлические пласти-
ны без покрытия из стали 0,8 кп квадратной формы с размерами 150 х 150 х 1 мм, размеры сторон образцов выдерживались с точностью до 1 мм. Образцы крепили к зерновой сеялке, распределяя по высоте и ширине машины, на каждом образце имелась бирка с его номером. Образцы не соприкасались друг с другом, элементы крепления были устойчивы к атмосферным воздействиям (отсутствие коррозии).
Результаты исследований и их обсуждение
Из графиков (рис.) видно, что коррозионное разрушение металлических образцов за период длительного хранения зерновых сеялок составило под защитным тепловым экраном 28 г/м2, в то же время хранение под таким же тепловым экраном с адсорбентом коррозионное разрушение составило 22 г/м2.
£
а
§
&
В
и
X
XIII II IV VI
продолжительность исследований; мес
1 1 - тепловой зкран с адсорбентом К 4- -тепловой зкран
VIII
Рис. - Изменение коррозии стали по пери Установлено что хранение сельскохозяйственной техники под защитным тепловым экраном с закреплёнными мешочками адсорбента позволит снизить скорость коррозионных разрушений металлических узлов и деталей на 21% по сравнению с хранением под защитным тепловым экраном и приблизить их к значениям коррозионного разрушения закрытого способа хранения. Анализируя зависимость изменения коррозии при хранении сельскохозяйственной техники под тепловым экраном с закреплёнными мешочками адсорбента, можно заметить, что эффективность применения адсорбента снижается с течением времени, особенно при влажной погоде.
Заключение По итогам производственных исследований можно сделать вывод, что применение защитных тепловых экранов для хранения сельскохозяйственной техники позволяет изменить интенсивность теплообмена техники с окружающей средой, защитить технику от атмосферных осадков в виде дождя и снега, а также снизить вероятность образования конденсата за счёт применения адсорбентов.
Список литературы
1. Хранение техники под тепловым экраном [Текст] / Н. В. Бышов, С. Н. Борычев, М.Ю. Костен-ко, Г. К. Рембалович, А. В. Шемякин, С. П. Соловьева // Сельский механизатор. - 2017. - № 1. - С. 36-37.
2. Латышенок, М. Б. Обоснование ресурсосберегающих технологических приемов и разработка средств механизации для подготовки сельско-
ам года в зависимости от способа хранения хозяйственной техники к длительному хранению [Текст] : автореф. дис. ... доктора технических наук: 05.20.01, 05.20.03 / Рязан. гос. с.-х. акад. им. П. А. Костычева. - Рязань, 1999. - 34 с.
3. Исследование теплового состояния сельскохозяйственной машины, установленной на хранение под тепловым экраном. [Текст]/ М.Б. Латышенок, С. П. Соловьёва, М. Ю. Костенко, Е. М. Астахова // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: материалы международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГАУ, I., Санкт-Петербург-Пушкино, 24-26 января 2013 г.-СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2013. - С 324-326.
4. Морозова, Н. М. Технология и организация подготовки и хранения зерноуборочных комбайнов: автореферат дис. ... кандидата технических наук [Текст]: 05.20.03 / ФГБОУ ВПО РГАТУ.- Рязань, 2012.- 24 с.
5. Патент 2601349 Российская Федерация, МПК7 Е04Н 6/08, Е04Н 5/08 Способ хранения сельскохозяйственной техники [Текст] / Шемякин
A.В., Костенко М.Ю., Латышенок М.Б., Терентьев
B.В., Винник Г.Н., Костенко Н.А., Голиков А.А.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева" (ФГБОУ ВО РГАТУ) ^и). - № 2000131736/09 ; заявл. 20.07.15 ; опубл. 10.11.16, Бюл. № 31- 6 с. : ил.
6. Шемякин, А. В. Совершенствование орга-
Технические науки
U
низации работ, связанных с хранением сельскохо- дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.03. - Мичуринск, зяйственных машин в условиях малых и фермер- 2014. - 296 с. ских хозяйств [Текст] :
INVESTIGATION OF AGRICULTURAL MACHINERY SAFETY AGENCY UNDER THERMAL SCREEN
WITH ADSORPTION DRYER
Machnev Alexey V., Dr. Tech. Sci., Professor, Professor of the Department of Mechanization of Technological Processes in the Agroindustrial Complex, FGBOU VO "Penza Agrarian University", mav700@mail.ru
Uspensky Ivan A., Dr. Tech. Sci., Professor, Head. Department of Technical Operation of Transport, www. rgatu.ru.
Kostenko Mikhail Yu., Dr. Tech. Sci., Professor of the Department of Metal Technology and Machinery Repair, km340010@rambler.ru.
Rembalovich Georgiy K., Dr. Tech. Sci., Head of the Department of Metal Technology and Machinery Repair, www.rgatu.ru.
Solov'eva Svetlana P., Cand. tech. Sciences, teacher of the FDP and STR, www.rgatu.ru.
Ryazan State Agrotechnological University. P.A. Kostycheva.
Modern agricultural machinery has a high cost and requires new approaches to storage. The analysis showed that, with the corrosion processes of the units and machine parts, they cause the majority of equipment failures after storage. The rate of corrosion of metal during the storage of agricultural machinery depends on the following factors: air humidity, the presence of moisture on the surface of the metal and the length of its time, air temperature. The most aggressive influence of climatic factors was noticed in the spring-autumn period, especially in April-May, August-October. Thermal screens are used to limit sharp temperature fluctuations. However, even under the heat shield contains a certain amount of moisture, which can condense on the machine. The use of adsorbing materials under the heat shield will significantly reduce the probability of condensate formation. Analyzing the possible amount of moisture under the heat shield, the number of periods of possible condensate loss and the absorbent capacity of the adsorbent, the necessary mass of the adsorbent was calculated. Silicagel was used as the adsorbent. Experiments were carried out to evaluate the effect of adsorbents on corrosion. Flat metal plates without a steel coating of 0.8 kp were used as the samples. It has been established that storage of agricultural machinery under a protective thermal screen with fixed bags of adsorbent will reduce the rate of corrosive destruction of their metal assemblies and parts by 21% compared to storage under a protective thermal screen and bring it closer to the values of corrosive destruction of a closed storage method. The use of protective thermal screens for storage of agricultural equipment allows to change the intensity of heat exchange of equipment with the environment, to protect against precipitation in the form of rain and snow, and to reduce the likelihood of condensate formation due to the use of adsorbents.
Key words: storage of agricultural machinery, heat shield, adsorbent, condensate, safety, corrosion
Literature
1. Byshov, N.V. Hranenie tekhniki pod teplovym ehkranom [Tekst] / N.V. Byshov, S.N. Borychev, M.YU. Kostenko, G.K. Rembalovich, A.V. SHemyakin, S.P. Solov'eva//Sel'skijmekhanizator. 2017. № 1. S. 36-37.
2. Latyshenok, M. B. Obosnovanie resursosberegayushchih tekhnologicheskih priemov i razrabotka sredstv mekhanizacii dlya podgotovki sel'skohozyajstvennoj tekhniki k dlitel'nomu hraneniyu : avtoreferat dis. ... doktora tekhnicheskih nauk [Tekst]: 05.20.01, 05.20.03 / Ryazan. gos. s.-h. akad. im. P. A. Kostycheva. -Ryazan', 1999. - 34 s.
3. Latyshenok, M.B. Issledovanie teplovogo sostoyaniya sel'skohozyajstvennoj mashiny, ustanovlennoj na hranenie pod teplovym ehkranom. [Tekst]/ M.B. Latyshenok, S.P. Solov'yova, M.YU. Kostenko, E.M. Astahova //Nauchnoe obespechenie razvitiya APK v usloviyah reformirovaniya: materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii professorsko-prepodavatel'skogo sostava, nauchnyh sotrudnikov i aspirantov SPbGAU, I., Sankt-Peterburg-Pushkino, 24-26 yanvarya 2013 g.-SPb.: Izd-vo Politekhn. Un-ta, 2013.-436 s., S 324-326.
4. Morozova, N. M. Tekhnologiya i organizaciya podgotovki i hraneniya zernouborochnyh kombajnov: avtoreferat dis. ... kandidata tekhnicheskih nauk [Tekst]: 05.20.03 /FGBOU VPO RGATU.-Ryazan', 2012.- 24 s.
5. Patent 2601349 Rossijskaya Federaciya, MPK7 E04N 6/08, E04N 5/08 Sposob hraneniya sel'skohozyajstvennoj tekhniki [Tekst] / SHemyakinA.V., Kostenko M.YU., Latyshenok M.B., Terent'ev V.V., Vinnik G.N., Kostenko N.A., Golikov A.A.; zayavitel' i patentoobladatel' Federal'noe gosudarstvennoe byudzhetnoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego obrazovaniya "Ryazanskij gosudarstvennyj agrotekhnologicheskij universitet imeni P.A. Kostycheva" (FGBOU VO RGATU) (RU). - № 2000131736/09; zayavl. 20.07.15; opubl. 10.11.16, Byul. № 31- 6 s. : il.
6. SHemyakin, A. V. Sovershenstvovanie organizacii rabot, svyazannyh s hraneniem sel'skohozyajstvennyh mashin v usloviyah malyh i fermerskih hozyajstv: dis. ... doktora tekhnicheskih nauk [Tekst]: 05.20.03 / Michurinsk, 2014.- 296 s.
