CC BY
4ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
УДК 631.3:629.043:629.048.7.003.12
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СРЕДСТВ ТЕПЛОЗАЩИТЫ КАБИН ОПЕРАТОРОВ
А.И. Гавриченко, доктор технических наук, профессор, Р.П.Беликов, кандидат технических наук, доцент, А.Н. Шаповалов, аспирант
ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». Россия, 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, д. 69.
Аннотация. В статье рассмотрен инструментальный метод оценки эффективности теплозащиты кабин, включающий методику инструментального определения эффективности отдельных устройств для нормализации микроклимата в кабинах тракторов, в их совокупности или в любом сочетании
Ключевые слова: оценка эффективности, средства теплозащиты, рабочее место оператора.
Для создания необходимого микроклимата в кабинах машин используется целый ряд устройств, уменьшающих их перегрев в тёплый период года и переохлаждение в холодное время года. К ним относятся как пассивные средства (козырьки, шторки, жалюзи, экраны, дополнительная теплоизоляция, двойное остекление и др.), так и активные средства (обогреватели и охладители различных конструкций и принципов действия). Понятно, что как стоимость, так и эффективность этих средств находятся в очень широких пределах и для рационального их использования необходимо уметь оценивать их техническую (физическую) эффективность.
В настоящее время существует целый ряд показателей, которые предполагают косвенное определение эффективности с помощью абсолютного значения температуры или величиной различных коэффициентов (эффективности, экранирования, энергетической защиты и др.) [1-3]. Все они основаны на аналитическом решении системы уравнений теплового баланса с учетом технологических тепловыделений, работы обогревательных, охладительных и вентиляционных систем, наружных условий и теплофизических
свойств ограждений. Это кропотливая работа, требующая специальной подготовки, порой дополнительных исследований, а поэтому не всегда решаемая в производственных условиях. К тому же, множество коэффициентов, используемых при такой оценке, обусловливают неудовлетворительную точность существующих методов. В связи с этим, была поставлена задача разработать методику инструментального определения эффективности отдельных устройств для нормализации микроклимата в кабинах тракторов, в их совокупности или в любом сочетании.
Отличительная особенность предлагаемого метода состоит в том, что он осуществляется экспериментальным способом с использованием серийных приборов и оборудования. Сущность метода состоит в искусственной компенсации теплопоступлений (теплопотерь) кабины средствами создания теплового комфорта. Осуществляется это следующим образом.
При определении эффективности средств теплозащиты в тёплый период года в исследуемую кабину устанавливают (и подготавливают к включению) нагреватель регулируемой мощности. После чего кабину закрывают. В установившемся тепловом состоянии и при выключенном положении средства тепловой защиты фиксируют уровень терморадиационной обстановки в кабине с помощью шарового термометра. Затем включают средство тепловой защиты (например, охладитель) При положительном эффекте испытываемого средства температура воздуха и внутренних поверхностей кабины понизятся, что отразит показание шарового термометра. Затем плавным регулированием мощности нагревателя температуру шарового термометра в кабине доводят до уровня, зафиксированного в начале эксперимента. Значение мощности нагревателя в этот момент и определяет эффект данного теплозащитного средства, т.е. то количество теплопоступлений, которое удалось отвести или нейтрализовать в кабине с помощью испытываемого средства.
На рис.1 приведена схема установки, с помощью которой реализуют предлагаемый способ оценки эффективности теплозащитных средств.
электроприборов при испытаниях эффективности теплозащитных средств: 1- регулятор напряжения; 2- нагреватель (тепловентилятор); 3- кабина; 4-шаровой термометр с термопарой; 5-регистрирующий прибор; 6-ваттметр.
Для определения эффективности теплозащитных устройств необходимо иметь шаровой термометр с погрешностью ± 0,1°С, электронагреватель воздуха, регулятор напряжения и ваттметр. При этом мощность электронагревателя должна быть выше предполагаемого защитного эффекта, регулятор напряжения должен обеспечивать плавное регулирование напряжения во всем диапазоне, а ваттметр должен иметь погрешность не более ± 5Вт.
На рис.2 представлен график, по которому можно судить о последовательности проведения эксперимента и о его результатах для уменьшения перегрева кабин. Поясним это на примере определения эффективности экрана из листа асбоцемента, установленного над кровлей кабины трактора ДТ-75С.
сс
40
39 38
1430 ч
Рисунок 2 - График изменения температуры шарового термометра при оценке эффективности теплозащитного экрана
Как видно из графика, установка экрана на кабину в 13 час.40 мин. вызвала снижение температуры шарового термометра на 1,8 °С. В 14 час. 05 мин. был включен нагреватель на 200 Вт. Температура шарового термометра при этом повысилась на 1,1 °С. В 14 час 05 мин. было дополнительно повышено напряжение на нагревателе 2 (см. рис. 1) при помощи регулятора напряжения 1 до уровня, определяющего суммарную мощность затрачиваемой электроэнергии в 350 Вт. При этом температура воздуха в кабине достигла первоначального значения.
Таким образом, эффективность теплозащиты при использовании экрана, отводящего прямую солнечную радиацию от кровли кабины, составляет 350 Вт.
При определении эффективности средств теплозащиты в холодный период года вначале фиксируют температуру шарового термометра при включенных средствах теплозащиты. Затем выключают их. При этом температура воздуха в кабине понижается. После этого доводят температуру шарового термометра до первоначального значения с помощью тепловентилятора. Мощность, потребляемая тепловентилятором, определяет эффективность испытуемого средства.
Работу по определению эффективности средств защиты можно проводить в двух кабинах, установленных рядом. Одну из них (экспериментальную) оборудуют средством защиты, другую
(контрольную) испытывают без средства защиты. В этом случае время проведения эксперимента значительно сокращается.
Наличие или отсутствие оператора в кабине не влияет на эффективность испытываемых средств, лишь бы он или постоянно находился в кабине, или постоянно отсутствовал.
Таким образом, предложенный инструментальный метод оценки эффективности теплозащиты кабин позволяет эффективно использовать методику инструментального определения эффективности отдельных устройств для нормализации микроклимата в кабинах тракторов, в их совокупности или в любом сочетании
Список использованных источников:
1. Бабалов А.Ф. Метод расчета теплопоступлений через защитное остекление кабин постов управления и кранов горячих цехов.- Водоснабжение и санитарная техника, 1978, №2.
2. Гавриченко А.И., Беликов Р.П. Анализ существующих категорий рисков.- Агротехника и энергообеспечение, 2014, №1, с.504-509.
3. Янкелев Л.Ф., Гулабян Л.А. Расчет теплопоступлений через инсолируемое остекление. - Водоснабжение и санитарная техника, 1978, №2.
А.И. Гавриченко, доктор технических наук, профессор, Р.П.Беликов, кандидат технических наук, доцент, А.Н. Шаповалов, аспирант ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». Россия, 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, д. 69.
THE ESTIMATION OF THE EFFECTIVENESS OF THERMAL PROTECTION OPERATOR CABIN
Annotation. The article describes an instrumental method for assessing the effectiveness of the thermal protection of cabins , including a technique of instrumental determination of the effectiveness of individual devices for normalization of microclimate in the cab , in their entirety or in any combination
Keywords: performance evaluation , the means of thermal protection, workbench.
AI Gavrichenko , doctor of technical sciences , professor,
R.P.Belikov , Ph.D. , Associate Professor,
AN Shapovalov , a graduate student.
Orel State Agrarian University.
