Повышение эффективности зимней эксплуатации строительной и дорожной техники за счет термостатирования кузова Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62-686

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗИМНЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

СТРОИТЕЛЬНОЙ И ДОРОЖНОЙ ТЕХНИКИ ЗА СЧЕТ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ КУЗОВА

И.М. Громов, В. А. Чудинов, И.Э. Шаякбаров

Проанализированы климатические особенности зимнего периода на территории Российской Федерации. Даны рекомендации по подготовке машин строительно-дорожных компаний эффективным способом термостатирования кузова, оторая позволяет минимализировать потери тепла от нагретых элементов машины в окружающую среду.

Ключевые слова: кузов, термостатирование, эксплуатация, техника,

тепло.

Самым тяжелым периодом для эксплуатации строительной, дорожной и коммунальной техники, оснащенной дизельными двигателями, является зима. Это не случайно, так как именно в это время появляется ряд факторов, ухудшающих работоспособность машин. К этим факторам можно отнести:

- низкая температура окружающей среды и её колебания;

- наличие осадков в виде снега;

- ветра и метели.

Это приводит к ряду проблемы при эксплуатации техники в этот период:

- ухудшение пуска дизелей и поддержания их нормального теплового режима;

- изменение внутреннего сопротивления в гидроприводах и трансмиссиях;

- накопление воды в виде конденсата в гидравлических и пневматических системах и т.д.

Для уменьшения негативных последствий применяют ряд способов для облегчения пуска дизельного двигателя в зимний период:

- средства облегчения пуска (средства подогрева воздуха на впуске, пусковые двигатели;устройства для подачи сжатого воздуха в цилиндры; пиропатроны и т.д.);

- средства тепловой подготовки дизельного двигателя к пуску (средства, источником тепловой энергии которых является подогреватель, работающий за счет сжигания жидкого топлива или тепловой аккумулятор и т.д.);

- средство поддержания теплового состояния в период между сменами (средства водообогрева, парообогрева, воздухообогрева, электрообогрева; обогрев газовоздушной смеси;средства инфракрасного газового обогрева) [1].

Одним из наиболее простых, недорогих и эффективных средств облегчения запуска двигателя строительных и дорожных машин является термостататирование (поддержание температуры оборудования в заданных пределах) техники с внутренней части ее кузова.

В качестве утеплителей используют различные материалы, однако наиболее распространенными являются:

- различные виды ваты (например, минеральная вата);

- полипропилены, полимочевины, пенопропилены, полиэтилены;

- специализированные материалы, разработанные для тепло-, шумо-и виброизоляции различных конструкций (теплоизолирующие материалы ЛТ (и) и ЛТ (пф)).

Рассмотрим схему утепления моторного отсека транспортных сред-ствна примере компрессорной станции НВ-10, расчетная схема которой состоит из следующих элементов: 1 - нагретый элемент и 2 - это кузов, покрытый теплоизоляционным материалом толщиной Ь (рис.1).Так же предполагаем равенство температур силового агрегата и пространства, заключенного между этим агрегатом и кузовом оборудования. Обозначим его и, а температуру окружающей среды - Х2-

Рис. 1. Расчетная схема моторного отсека: 1 - теплоизолированный кузов; 2 - силовой агрегат; - температура агрегата;

Ь - температура окружающей среды

Для начала определим количество теплоты, необходимо для нагрева двигателя, по формуле 1:

(}а = с-т-М, Дж, (1)

где с - удельная теплоемкость материала агрегата, Дж/(кг-К); т - масса-компрессорной установки, кг; А1 - изменение температуры агрегата, К.

Далее рассчитывается количество теплоты, проходящейчерез ограждение (кузов) в окружающую среду, по формуле 2:

Рст = к ■ F ■ - 12) ■ п, Вт, (2)

376

где к - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции (слоя уте-

2 2 плителя), Вт/(м -К); F - площадь ограждения, м ; ti - температура внутреннего воздуха, К; t2 - температура окружающей среды, К; п - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждения конструкции по отношению к наружному воздуху (п=1) [2].

Количество потерь тепла через стенки можно вычислить по формуле 3:

Qcm = Рcm ' Т-> Дж (3)

где т - длительность процесса, сек.

Из формулы (3) выражаем длительность процесса т и получаем уравнение (4):

т = ^,с (4)

"cm

Принимая, что количество теплоты, которое теряет агрегат, равно количеству теплоты, переходящей через стенки ограждения, то есть QcT=Qa, получаем:

т = (5)

г cm

Подставляя в уравнение (5) значения Qa из уравнения (1) и Рст из уравнения (2) получаем выражения для определения времени протекания процесса остывания агрегата (6):

c-m-At

Для построения графика изменения температуры внутри установки необходимо определить время остывания. Температурный диапазон выбран от +90 °С до -20 °С. Эти границы выбраны не случайно: +90 °С - это нормальная температуры работы двигателя компрессорной установки, а -20 °С - это температура, при которой дизельный двигатель может быть запущен без применения специальных средств, облегчающих пуск. Весь температурный диапазон составляет 110 °С. Для расчета был выбран шаг в 10 °С.

Для расчетов введем ряд обозначений, а так же обозначим исходные данные. Эта информация представлена в таблице.

Исходные данные для материалов.

Параметр, его обозначение и единица измерения Минеральная вата[3] Пенопро-пилен [4] ЛТ (и) [5] ЛТ (пф) [5]

Удельная теплоемкость материала агрегата (с, Дж/(кг-К)) 540 540 540 540

Масса агрегата (т, кг) 2730 2730 2730 2730

Изменение температуры агрегата (А1, К) 10 10 10 10

Коэффициент теплопередачи конструкции (к, Вт/(м2-К)) 0,5 0,5 0,5 0,5

Площадь ограждения (Р, м2) 24 24 24 24

Температура внутри ограждения (Чь К) от 363 до 253 от 363 до 253 от 363 до 253 от 363 до 253

Окончание таблицы

Параметр, его обозначение и едини- Минераль- Пенопро- ЛТ (и)[5] ЛТ (пф) [5]

ца измерения ная вата[3] пилен [4]

Температура внешней среды (112, К) 243 243 243 243

Толщина изоляционного слоя(Ь, мм) 70 70 70 70

Теплопроводность (X, Вт/(м-К)) 0,05 0,039 0,031 0,039

Для удобства расчетов применим программу МЗЕхсе! (рис.2).

с,Дж/(кг*К) т. кг Д^К А, Вт/(м*К} ¿1, м к. Вт/(м2*К) м2 11, К \2, К п Т, секунд Т,ч

540 2730 10 0,031 0,07 0,5 26 363 243 1 9450 3

540 2730 10 0,031 0,07 0,5 26 353 243 1 10309 3

540 2730 10 0,031 0,07 0,5 26 343 243 1 11340 3

540 2730 10 0,031 0,07 0,5 26 333 243 1 12600 4

540 2730 10 0,031 0,07 0,5 26 323 243 1 14175 4

540 2730 10 0,031 0,07 0,5 26 313 243 1 16200 5

540 2730 10 0,031 0,07 0,5 26 303 243 1 18900 5

540 2730 10 0,031 0,07 0,5 26 293 243 1 22630 6

540 2730 10 0,031 0,07 0,5 26 233 243 1 28350 а

540 2730 10 0,031 0,07 0,5 26 273 243 1 37800 и

540 2730 10 0,031 0,07 0,5 26 263 243 1 56700 16

Общее время 238504 66

Рис. 2. Расчеты времени остывания двигателя при использовании в качестве утеплителя теплоизоляционного материала ЛТ (пф)

Подобным образом считаем время и для других материалов. Итогом является график изменения температуры компрессорной станции при постоянной толщине теплоизолирующего слоя (рис.3).

Рис.3. График изменения температуры компрессорной станции при постоянной толщине теплоизолирующего слоя: А - минеральная вата; Б - пенопропилен; В - ЛТ (и); Г - ЛТ (пф)

378

По итогам проведенной работы сделать вывод, что данный метод является оптимальным по облегчению зимней эксплуатации техники ввиду ряда преимуществ:

- не требует установки специальных приборов и узлов;

- не требует затрат дополнительных материалов и энергии (топлива, электроэнергии и т.д.) для разогрева;

- не требует трудозатрат на мероприятия по разогреву агрегатов перед запуском.

Данный метод направлен на максимальное сохранение того тепла, которое попусту выпускается в атмосферу.

Построены графики зависимостей изменения времени остывания машины при фиксированной толщине теплоизоляции и времени остывания агрегатов при различных температурах окружающей среды, на основе которого доказана принципиальная возможность сохранять тепло нагретых агрегатов на расчетное количество времени за счет термостатирования кузова.

Список литературы

1. СП 12-104-2002 Механизация строительства. Эксплуатация строительных машин в зимний период.

2. Волков О.Д. Проектирование вентиляции промышленного здания: учеб.пособие. Х.: Высш. шк. ХГУ, 1989. 240 с.

3. Строительный портал: Все о базальтовой вате и современных технологиях утепления [Электронный ресурс]. URL: https://bazaltovaya-vata.ru/vidy-utepliteley/mineralnaya-vata-harakteristiki-svoystva.html (дата обращения: 02.06.2017).

4. Строительный портал: Plastinfo [Электронный ресурс]. URL: https://plastinfo.ru/information/articles/52 (дата применения - 09.06.2017).

5. Автомобильный портал: Викар-Герметик [Электронный ресурс]. URL: https://www.vikar-germetik.ru/site/stroy/listi-vikar/list-vikar-lti (дата обращения: 09.06.2017).

Громов Игорь Михайлович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

Чудинов Владислав Александрович, студент, dj. dilly@yandex. ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

Шаякбаров Ильнур Эльмарович, студент, schayakbaroff.iln@yandex. com, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

THE EFFICIENCY INCREASING OF WINTER OPERATION OF HEAVY MACHINERY BY THE THERMOSTATING OF THE BODYINCLOSURE

I.M. Gromov, V.A. Chudinov, I.E. Shayakbarov 379

The climatic features of the winter period in the territory of the Russian Federation are analyzed. Recommendations are given on the preparation of machines for construction and road companies in an effective way of body thermostating, which allows to minimize heat losses from the heated elements of the machine to the environment.

Key words: body, thermostating, operation, technique, heat.

Gromov Igor Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, rezapermplanet. ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University,

Chudinov Vladislav Alexandrovich, student, dj.dillyayandex.ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University,

Shayakbarov Ilnur Elmarovich, student, schayakbaroff.ilnayandex. com, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University

УДК 621.791

АНАЛИЗ ШИРИНЫ ВАЛИКА НАВАРЕННОГО МЕТАЛЛА ПРИ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ НАВАРКЕ ПРОВОЛОКОЙ С РАЗВОРОТОМ ЭЛЕКТРОДА

И.Н. Зыбин, В.В. Булычев, В.В. Савосто, Г.В. Федоренко

Экспериментальным путем определены максимальные углы разворота электрода относительно детали при электроконтактной наварке проволокой с учетом осадки проволоки, обеспечивающие получения наваренного металла без дефектов. Проведены экспериментальные исследования влияния угла разворота электрода относительно детали на ширину валика наваренного металла при наварке с разной осадкой проволоки. На основании экспериментальных данных получена математическая модель, позволяющая определить ширину валика наваренного металла с учетом угла разворота электрода относительно детали и осадки проволоки.

Ключевые слова: электроконтакная наварка проволокой, разворот электрода, осадка проволоки, ширина валика металла.

Электроконтактная наварка проволокой (ЭКНП) является ресурсосберегающей технологией восстановления наружных поверхностей деталей типа «вал» широкой номенклатуры. Одним из основных показателей качества восстановленной ЭКНП детали является прочность соединения основного и присадочного металлов. В работах [1-3] отмечается необходимость разработки технологических мероприятий, способствующих повышению прочности соединения при ЭКП без повышения температур в зоне

380