CC BY
94
УДК 629.114.2 Н.И. Селиванов, А.А. Доржеев
ПОКАЗАТЕЛИ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ТРАКТОРОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА
По результатам моделирования дана сравнительная оценка показателей технического уровня универсально-пропашных тракторов при использовании биотопливных композиций.
Ключевые слова: смесевое топливо, технический уровень, производительность, энергетические и топливные затраты.
N.I. Selivanov, A.A. Dorzheev INDICATORS OF THE TRACTOR ENGINEERING LEVEL IN THE PROCESS OF USE OF COMPOSITE FUEL ON THE RAPE OIL BASIS
Comparative estimation of the indicators of the universal tractor engineering level in the process of the biofuel composition use is given on the bases of the modeling results.
Key words: composite fuel, engineering level, productivity, power and fuel expenses.
Введение
Эффективность работы сельскохозяйственного трактора на альтернативном топливе может быть установлена по результатам сравнительной оценки показателей эксплуатационных свойств, определяющих его технический уровень или потребительские качества [1].
В представленном материале приведены результаты моделирования показателей эксплуатационных свойств универсально-пропашных тракторов, оснащенных дизелями со свободным впуском, для оценки их технического уровня при использовании моторного топлива на основе рапсового масла (РМ).
Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:
1) дать сравнительную оценку потенциальной производительности и топливной экономичности тракторных агрегатов при использовании биотопливных композиций на основе рапсового масла;
2) установить максимально допустимые значения стоимости смесевого топлива и рапсового масла по удельным денежным затратам.
Объекты и методы исследования
Моделирование показателей технического уровня универсально-пропашных тракторов МТЗ-82.1 и Т-25 при использовании биотопливных композиций на основе рапсового масла проводилось для условий, соответствующих основной обработке почвы (сплошная культивация по стерне колосовых) и транспортной операции с колесным прицепом. В таблице 1 приведены исходные данные, полученные по результатам анализа экспериментальных исследований, технических характеристик указанных тракторов, культиватора КПЭ-3,8, колесных прицепов 2ПТС-4 и 1ПТС-2.
Таблица 1
Исходные данные для расчета показателей эффективности тракторов
Показатель Условное обозначение Значение
МТЗ-82.1 Т-25А
1 2 3 4
Коэффициент сопротивления перекатыванию трактора/прицепа f/fnp 0,10/0,10 0,10/0,10
КПД трансмиссии трактора Птр 0,91 0,92
КПД буксования допустимый Пбд 0,85 0,84
Окончание табл. 1
1 2 3 4
Коэффициент использования сцепного веса максимальный фкртах 0,440 0,410
Удельное сопротивление с.-х. машин (КПЭ-3,8 при Уо=1,4 м/с, кН), м Ко 3,45 -
Приращение удельного сопротивления с.-х. машины и скорости, с2/м2 ДК 0,08 -
Полная масса прицепа, т та 2ПТС-4 6,1 1ПТС-2 2,8
Масса груза, т тг 4,0 2,0
Коэффициент вариации момента сопротивления на валу двигателя: почвообработка/транспортная операция VI«; 0,07/0,23 -/0,23
В основу моделирования положены полученные ранее [2] модели и алгоритм расчета показателей эффективности. Результаты моделирования потенциальных нагрузочно-скоростных режимов использования тракторов и технико-экономических показателей тяговых агрегатов на их базе приведены в таблицах 2-4.
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ полученных результатов показал, что эффективность трактора на разных топливах зависит от уровня эксплуатационной мощности Меэ и коэффициента приспособляемости двигателя по крутящему моменту Км, которые в условиях вероятностной нагрузки характеризуют его энергетический потенциал. При этом величина Меэ определяет потенциальную тяговую мощность трактора и скорость рабочего хода агрега-
с, *
та без учета колебаний внешней нагрузки, а коэффициент Км - использование мощности двигателя с,^ в
условиях ее вероятностного характера.
Максимальные расчетные значения Меэ и Км на дизельном топливе (ДТ) обеспечивают наивысшие потенциальные возможности двигателя, трактора и как следствие, агрегатов разного технологического назначения. Так, при Меэ=55,2 кВт и Км=1,127 дизеля Д-240 трактора МТЗ-82.1 коэффициент использования мощ-
¥ *
ности с,^ достигает 0,880 на почвообработке и 0,685 на транспортной операции. Значения средней скорости рабочего хода составляют при этом 1,88 и 3,74 м/с соответственно (табл. 2, 3).
Таблица 2
Результаты моделирования показателей технического уровня трактора МТЗ-82.1
на сплошной культивации
Показатель Обозначе- ние Значение
ДТ СТ СТн
1 2 3 4 5
Эксплуатационная мощность двигателя, кВт Меэ 55,2 52,05 52,8
Коэффициент приспособляемости Км 1,127 1,101 1,124
Удельный номинальный расход топлива, г/(кВтч) 9ен 243,1 269,7 259,7
Коэффициент загрузки двигателя по крутящему моменту 4м 0,931 0,910 0,928
Оптимальный коэффициент использования мощности двигателя 0,936 0,926 0,934
Коэффициент, учитывающий недоиспользование мощности двигателя из-за снижения скоростного режима при колебаниях нагрузки 0,940 0,910 0,928
Коэффициент использования мощности двигателя при вероятностной нагрузке 4 0,880 0,842 0,866
Окончание табл. 2
1 2 3 4 5
Средняя скорость движения трактора, м/с V* 1,880 1,690 1,770
Чистая производительность агрегата на режиме предельно допустимого буксования, м2/с № 7,750 7,330 7,510
Техническая производительность агрегата, га/ч П* 2,148 1,965 2,057
Коэффициент использования времени смены т 0,770 0,745 0,761
Удельные энергетические затраты, кДж/м2 Еп 6,276 5,980 6,088
Удельные топливные затраты, кг/га д™ 4,220 4,437 4,349
Относительный показатель технической производительности Ап 1,000 0,915 0,958
Относительный показатель энергетических затрат К' п 1,000 0,985 0,981
Относительный показатель топливных затрат Чш 1,000 1,087 1,043
Использование смесевого топлива (СТ) без предварительной нейтрализации РМ снижает эксплуатационную мощность двигателя до 52,05 кВт (5,7 %) и коэффициент приспособляемости Км до 1,101 (2,3 %),
г* г*
что приводит к ухудшению показателей с,^ и с,^ . Следствием является уменьшение значений коэффи-
со * *
циента ^ на 4,3 и 2,2 % и рабочей скорости V на 10,0 и 7,2 % для указанных операций.
При использовании смесевого топлива на основе нейтрализованного РМ (СТн) ухудшение энергетических и динамических показателей дизеля менее значительно (Меэ=52,8 кВт, Км=1,124) и составляет соответ-
с, *
ственно 4,3 и 0,3 %. Поэтому снижение коэффициента с,^ на почвообработке не превышает 1,6 % (0,866), а
на транспорте - 0,3 % (0,683). Уменьшение оптимальной рабочей скорости на указанных операциях составляет 5,9 и 4,6 %.
Таблица 3
Результаты моделирования показателей технического уровня трактора МТЗ-82.1
на транспортной операции
Показатель Обозна- чение Значение
ДТ СТ СТн
Эксплуатационная мощность двигателя, кВт Меэ 55,2 52,05 52,8
Коэффициент приспособляемости Км 1,127 1,101 1,124
Удельный номинальный расход топлива, г/(кВтч) йен 243,1 269,7 259,7
Коэффициент загрузки двигателя по крутящему моменту й 0,666 0,651 0,665
Оптимальный коэффициент использования мощности двигателя при вероятностной нагрузке 0,685 0,670 0,683
Средняя скорость движения трактора с грузом, м/с V* 3,74 3,47 3,56
Чистая производительность транспортного агрегата, ткм/ч W* 53,818 49,93 51,32
Техническая производительность транспортного агрегата, ткм/ч П* 29,38 27,76 28,43
Коэффициент использования времени смены т 0,546 0,556 0,554
Удельные энергетические затраты, МДж/ткм Еп 2,53 2,59 2,53
Удельные топливные затраты, кг/ткм д™ 0,171 0,187 0,182
Относительный показатель технической производительности Ап 1,000 0,945 0,968
Относительный показатель энергетических затрат п 1,000 1,024 1,000
Относительный показатель топливных затрат 1,000 1,073 1,050
Аналогичное ухудшение энергетических показателей и динамических свойств при использовании СТ и СТн установлено для дизеля Д-21А. Более высокие динамические свойства, по сравнению с дизелем Д-240, обеспечивают соответствующее повышение его оптимальной загрузки (табл. 4).
Ухудшение энергетического потенциала трактора при использовании биотопливных композиций приводит к соответствующему снижению чистой производительности агрегатов ^. Особенно это заметно при моделировании процесса почвообработки, поскольку влияние колебаний момента сопротивления на показатели двигателя больше проявляется при загрузке, близкой к номинальной.
Снижение технической производительности агрегатов П* на СТ и СТн, по сравнению с чистой производительностью, зависит от соотношения значений коэффициента использования времени смены т. Относительный показатель технической производительности почвообрабатывающего агрегата Лп на СТ и СТн составляет соответственно 0,915 и 0,958. На транспортной операции его значения достигают 0,945 и 0,968 для агрегата МТЗ-82.1+2ПТС-4, а для агрегата Т-25+1ПТС-2 соответственно 0,915 и 0,969.
Таблица 4
Результаты моделирования показателей технического уровня трактора Т-25
на транспортной операции
Показатель Обозна- чение Значение
ДТ СТ СТн
Эксплуатационная мощность двигателя, кВт Меэ 19,81 17,97 18,82
Коэффициент приспособляемости Км 1,150 1,137 1,147
Удельный номинальный расход топлива, г/(кВтч) йен 245,8 264,8 262,8
Коэффициент загрузки двигателя по крутящему моменту 4м 0,667 0,650 0,679
Коэффициент использования мощности двигателя при вероятностной нагрузке 0,699 0,694 0,697
Средняя скорость движения трактора с грузом, м/с V* 2,710 2,441 2,620
Чистая производительность транспортного агрегата, ткм/ч * W 19,512 17,518 18,864
Техническая производительность транспортного агрегата, ткм/ч П* 11,219 10,260 10,867
Коэффициент использования времени смены т 0,575 0,586 0,576
Удельные энергетические затраты, МДж/ткм Еп 2,555 2,554 2,503
Удельные топливные затраты, кг/ткм д™ 0,174 0,188 0,182
Относительный показатель технической производительности Ап 1,000 0,915 0,969
Относительный показатель энергетических затрат К’ п 1,000 0,999 0,980
Относительный показатель топливных затрат Ч\у 1,000 1,065 1,040
Удельные энергетические затраты при использовании СТ и СТн на почвообработке меньше на 1,5—2,0 %, поскольку имеет место снижение рабочей скорости агрегата. На транспортной операции их величина изменяется
также незначительно =0,980-1,00 для СТн и 0,999-1,024-для СТ).
Г/п
Удельные топливные затраты, обусловленные снижением энергетических показателей и топливной экономичности дизеля на СТ и СТн, существенно повышаются. Особенно это характерно для почвообрабатывающего агрегата. Так, для трактора МТЗ-82.1 ухудшение топливной экономичности при использовании
СТ составляет 8,7 % на почвообработке и 7,3 % на транспортной операции. Применение СТн существенно
і
(на 2,5—4,4 %) улучшает показатель Хп , приближая его к базовому на ДТ.
4ш
Произведение относительных показателей удельного расхода А^ = С1№сг / . стоимости
А,ст = Сст / СдТ смесевого топлива и цены трактора А.ц = Цст /Цо . с учетом адаптации системы питания к использованию биотопливных композиций, характеризует относительный показатель удельных денежных затрат Хг . Эффективность использования смесевого топлива по этому показателю технического уровня трактора определяется из условия
А,с = А.п А.гТА,тт<1.
Я„/ЪСТ/ЪЦ
(1)
Взаимосвязь между стоимостью нейтрализованного и ценой сырого рапсового масла при А,г =1 определится из равенств
^ст =И^г, А-
qwн ц5
(2)
или
ао =
ст„
V А'ст )
X
А-
(3)
Учитывая, что
*СТ
СТ п
"СТ
СТ н
— аі + (1 — аі)А, р — а^ + (1 — ах )А,
(4)
получим
А,
Рмншах Рмшах
аі(а0 -1) (І-аО
(5)
или
А.г, — ^-1 аі (ап 1")
Рмншах ^ ^ ^ ^^шах ^ 1 V и / .
(6)
где а1 - массовая доля дизельного топлива в смесевом топливе.
В таблице 5 приведены, а на рисунке показаны взаимосвязи максимально допустимых значений показателей стоимости смесевого топлива и цены рапсового масла по удельным денежным затратам (А-г = 1) для тракторов МТЗ-82.1 и Т-25 на основных работах.
Максимальная стоимость СТ по условию (1) не должна превышать (0,913-0,930) Сдт (руб/кг). Этому соответствует максимально допустимая цена рапсового масла Сpмmax¿(0,876-0,900) Сдт.
Максимально допустимая стоимость СТн выше на 2,6-4,2 % и составляет (0,945-0,954) Сдт при цене нейтрализованного рапсового масла Сpмmax¿(0,921-0,934) Сдт.
н
Таблица 5
Максимально допустимые значения показателей стоимости смесевого топлива и цены рапсового масла по удельным денежным затратам (х =1 008И < і)
Марка трактора Вид работы СТ СТн
Чш шах ^РИпах Чш шах ^РИпах
МТЗ-82.1 Культивация 1,087 0,913 0,876 1,043 0,951 0,930
Транспортная операция 1,073 0,921 0,887 1,050 0,945 0,921
Т-25А Транспортная операция 1,065 0,930 0,900 1,040 0,954 0,934
Зависимость показателей стоимости СТ и удельных денежных затрат от цены РМ: а - без нейтрализации; б - с нейтрализацией
Полученные результаты моделирования показали, что по условию равенства денежных затрат повышение стоимости рапсового масла после нейтрализации не должно превышать 6,2 % для почвообрабатывающих и 3,8 % для транспортных агрегатов.
Выводы
На основании результатов моделирования показателей эффективности универсально-пропашных тракторов, определяющих их технический уровень при использовании смесевого топлива на основе рапсового масла, можно сделать следующие выводы:
1) основными причинами снижения эффективности трактора при использовании смесевого топлива на основе рапсового масла является ухудшение энергетических, топливных и динамических показателей двигателя, что особенно проявляется при высоком коэффициенте загрузки, характерном для энергоемких операций;
2) использование СТ при работе универсально-пропашных тракторов на основных операциях приводит к снижению потенциальной производительности и ухудшению топливной экономичности соответственно на 5,58,7 и 7,3-8,5 %; применение СТн на основе нейтрализованного рапсового масла существенно (до 4 %) улучшает технико-экономические показатели тяговых агрегатов, приближая их к полученным на ДТ значениям;
3) эффективность использования СТ и СТн по удельным денежным затратам обеспечивается при Лоттах^(0,913-0,930) и Аотнтах^(0,945-0,954) и соответствующей им цене рапсового масла Срм^(0,85-0,90)Сдт.
Литература
1. Селиванов Н.И. Эксплуатационные свойства сельскохозяйственных тракторов: учеб. пособие / Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2010. - 347 с.
2. Селиванов Н.И, Запрудский В.Н., Кузьмин Н.В. Сравнительная оценка эффективности тракторов // Вестн. КрасГАУ. - 2010. - № 5. - С. 119-126.
УДК 629.114.2 Н.И. Селиванов
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ БИОТОПЛИВНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Представлены результаты оценки технико-экономических показателей тракторных агрегатов при использовании биотопливных композиций на основе рапсового масла.
Ключевые слова: трактор, агрегат, рапсовое масло, смесевое топливо, производительность, топливная экономичность.
N.I. Selivanov TECHNICAL AND ECONOMIC INDICATORS OF TRACTOR UNITS AT USE OF BIOFUEL COMPOSITIONS
Results of an estimation of technical and economic indicators of tractor units are presented at use of biofuel compositions on the basis of rape oil
Key words: productivity, fuel profitability, a tractor, the unit, rape oil, смесевое fuel.
Введение
Эффективность работы сельскохозяйственных тракторов при использовании в качестве моторного топлива биотопливных композиций на основе рапсового масла может быть установлена по результатам сравнительной оценки технико-экономических показателей агрегатов разного технологического назначения, которые определяются эксплуатационными качествами, формирующими технический уровень или потребительскую ценность мобильного энергетического средства.
Условия и методы исследования
В представленном материале рассмотрены результаты экспериментальных исследований техникоэкономических показателей почвообрабатывающего (МТЗ-82.1 + КПЭ-3,8) и транспортных (МТЗ-82.1 + 2ПТС-4; Т-25А + 1ПТС-2) агрегатов на базе универсально-пропашных тракторов, оснащенных дизельными двигателями со свободным впуском, при использовании биотопливных композиций на основе рапсового масла.
В качестве биотопливных композиций использовались: смесевое топливо (СТ) на основе сырого рапсового масла (70 % РМ + 30 % ДТ); смесевое топливо СТн на основе рапсового масла после нейтрализации жирных кислот (70 % РМн + 30 % ДТ).
Целью работы является сравнительная оценка технико-экономических показателей тракторных агрегатов при использовании биотопливных композиций на основе рапсового масла.
Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:
