CC BY
14
са маслообразования, повышается производительность и снижается энергоемкость. Процесс образования масляного зерна контролируется визуально через прозрачную крышку 8. По окончании технологического процесса для извлечения масляного пласта открывается клапан разгрузки 3 путем вращения рукоятки 1 штока 2, после чего отключается электропривод 14.
Технико-экономические показатели изготовителей масла представлены в таблице.
Нами предлагается инженерный расчет изготовителей масла [6, 7, 8], основанный на методике гидравлического моделирования, который позволяет проектировать данные устройства с требуемыми производительностью и конструктивно-режимными параметрами.
Литература
1. Пат. 2186487 РФ, МКП8 А01Л 15/00, А0и 15/02, А0и 15/06. Маслоизготовитель периодического действия / В. С. Парфенов, В. П. Терюшков, В. В. Коновалов. - 2000131021/13; Заявлено 13.12.2000; Опубл.10.08.2002, Бюл. № 22.
2. Пат. 2269890 РФ, МКП8 А01Л 15/00, А01Л 15/02, А01Л 15/04. Маслоизготовитель периодического действия / В. П. Терюшков, В. С. Парфенов, С. В. Стригин. - 2004123465/13; Заявлено 29.07.2004; Опубл.20.02.2006, Бюл. № 5.
3. Пат. 2306697 РФ, МКП8 А 01 Л 15/00. Маслоизготовитель периодического действия / В. С. Парфенов, А. В. Яшин, В. П. Терюшков - № 2005135936/13; Заявлено 18.11.2005; Опубл. 27.09.2007, Бюл. № 27.
4. Пат. 61506 РФ, МКП8 А 01 Л 15/00. Маслоизготовитель периодического действия / А. В. Яшин, В. С. Парфенов. - № 2006143958/22; Заявлено 11.12.2006; Опубл. 10.03.2007, Бюл. № 7.
5. Пат. 2366166 РФ, МКП8 А01 Л 15/00. Устройство для получения сливочного масла / А. В. Яшин, В. С. Парфенов, В. Н. Стри-гин. - № 2008113909/13; Заявлено 08.04.2008; Опубл. 10.09.2009, Бюл. № 25.
6. Стригин, В. Н. К вопросу инженерного расчета маслоизготовителя периодического действия / В. Н. Стригин, В. С. Парфенов, А. В. Яшин, С. В. Стригин // Нива Поволжья. - 2009. - № 2(11) - С. 67-71.
7. Яшин, А. В. Моделирование устройств для изготовления сливочного масла с требуемой производительностью / А. В. Яшин, В. С. Парфенов, В. Н. Стригин // Материали за 5-а международна научна практична конференция, «Новини от добрата наука»: том 17. - София: «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2009. - С. 20-24.
8. Яшин, А. В. Основы методики моделирования маслоизготовителей / А. В. Яшин, В. С. Парфенов, В. Н. Стригин // Нива Поволжья. - 2009. - № 1(10) - С. 93-96.
УДК 621.436
УЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ НА РЕЖИМЕ ПЕРЕГРУЗОК ПУТЕМ ОБОГАЩЕНИЯ ВОЗДУШНОГО ЗАРЯДА
А. П. Уханов, доктор техн. наук, профессор; Д. А. Уханов, доктор техн. наук, доцент; В. А. Рачкин, канд. техн. наук, доцент; В. А. Матвеев, инженер
ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. (8412) 62-85-17, е-таП: 2НикИапоу. репга@та1!. ги
В статье приведены результаты исследований тракторного дизеля Д-243 (4Ч11/12,5) на режиме перегрузок. Форсирование дизеля на режиме перегрузок осуществляется обогащением воздушного заряда различными активаторами путем подачи последних в мелкораспыленном состоянии во впускной трубопровод.
Ключевые слова: машинно-тракторный агрегат, дизель, режим перегрузок, активатор, показатели.
В условиях эксплуатации эффективность использования машинно-тракторных агрегатов (МТА) при выполнении сельскохозяйственных операций зависит от следующих факторов:
- эксплуатационных свойств трактора и агрегатируемых с ним с.-х. машин;
- почвенно-климатических условий;
- вида выполняемой операции (пахота, культивация, боронование и т. д.);
- профессиональных качеств тракториста.
Совокупность данных факторов оказывает существенное влияние на режимы работы трактора, входящего в состав МТА. Результаты исследований [1] показывают, что тракторные дизели до 90 % общего
Нива Поволжья № 2 (15) май 2010 73
времени работают на режимах переменных моментов сопротивления. На основных сельскохозяйственных операциях 80 % времени двигатель трактора работает с нагрузкой, близкой к номинальной, 13 % - в режиме холостого хода и 7 % - на режиме малых нагрузок. При этом возможности дизелей со штатными центробежными регуляторами частоты вращения (РЧВ) коленчатого вала (к. в.) недоиспользуются на 25 % [2].
При возрастании внешних сопротивлений движению МТА происходит увеличение момента сопротивления на коленчатом валу, в результате чего крутящий момент дизеля достигает величины, превышающей номинальное значение. В работу вступает корректор центробежного РЧВ, увеличивающий цикловую подачу топлива в среднем на 10-15 % по отношению к подаче при работе дизеля на номинальном режиме, за счет дополнительного перемещения рейки (или дозатора) топливного насоса высокого давления. Однако при дальнейшем возрастании внешних сопротивлений двигатель может испытывать кратковременные перегрузки, преодолеть которые с помощью корректора невозможно. На таком режиме дизель начинает работать неустойчиво и может «заглохнуть».
Зачастую, за счет перехода на пониженные передачи, удается преодолеть кратковременные перегрузки. Однако переход на пониженные передачи приводит к увеличению эксплуатационного расхода топлива, снижению рабочей скорости и, как следствие, к уменьшению производительности МТА.
Основным условием высокопроизводительной и экономичной работы МТА является полное использование мощности двигателя.
Проанализируем основные показатели, оказывающие существенное влияние на производительность МТА в условиях эксплуатации.
Как известно, часовая производительность МТА определяется по формуле [3]
W = 0,105• B -V • г , га/ч, (1)
Р Р см
где Вр - рабочая ширина захвата МТА, м;
Vр - рабочая скорость МТА, м/с;
тсм - коэффициент использования времени рабочей смены.
Из формулы (1) видно, что основным показателем, оказывающим значительное влияние на производительность МТА, является рабочая скорость.
В свою очередь, скорость МТА равна
Vp=Vт (1-5) =0,105-(1-5), м/с, (2)
imр
где VТ - теоретическая скорость, м/с;
пе - частота вращения к. в., мин-1;
5 - коэффициент буксования движителей (колес или гусениц) трактора;
гк (на) - радиус качения ведущих колес трактора (или радиус начальной окружности ведущей звездочки гусеничного трактора), м;
¡тр - передаточное отношение трансмиссии.
Из выражения (2) следует, что рабочую скорость МТА при движении на определенной передаче (/тр=сопБ1) можно повысить только путем увеличения частоты вращения к. в. (пе), так как остальные параметры гк (Н0) и 5 зависят от конструктивных факторов и почвенных условий. Увеличить частоту вращения к. в. на конкретной передаче возможно повышением цикловой подачи топлива.
От рабочей скорости на режиме перегрузок зависят также тяговые показатели МТА:
- крюковая мощность
N
крmax
Р • V крmax p
3600
, кВт;
касательная сила тяги
Ме
Р
max
= Меmax' 1тр' птр , Н; гк
(но)
- крюковое (тяговое) усилие
Ркрmax Ркmax Рf , Н,
(3)
(4)
(5)
где Метах - максимальный крутящий момент двигателя, Н-м;
Птр - механический КПД трансмиссии трактора;
Р^ - сила сопротивления качению МТА, Н.
Воспользуемся зависимостью, устанавливающей связь между эффективным моментом тракторного дизеля и цикловой подачей топлива [4]:
imax 1д Н
M
103 gц
ьц г
max
П Т
яVh 1д (0 08+ 0,005л- гкрпе)
30 П'Т
Н-м, (6)
где дцтах - суммарная цикловая подача активатора и минерального топлива, г/цикл; П - индикаторный КПД двигателя;
¡д - количество цилиндров двигателя;
тд - тактность двигателя;
Ни - низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг,
У - рабочий объем одного цилиндра, м3;
гкр - радиус кривошипа коленчатого вала двигателя, м.
Как следует из формулы (6), для повышения крутящего момента двигателя необходимо в момент перегрузок увеличить цикловую подачу топлива. Наиболее эффективным способом для этого является обогащение воздушного заряда дизеля углеводородными активаторами (низко- и высокооктановым бензином, керосином, дизельным топливом, спиртом, минерально-растительным топливом и др.), заключающееся в дозированной подаче активатора (в количестве 10...30 % от нормативного часового расхода минерального дизельного топлива) в мелкораспыленном состоянии во впускной трубопровод дизеля на такте впуска [5].
Теплота сгорания топлива и активатора при обогащении воздушного заряда дизеля составляет
Ни = Нил •К1 + Ни К2 , Дж^П (7) дт а
где К1, К2 - процентное содержание минерального дизельного топлива и активатора в суммарном расходе топлива;
Нидт, Ниа - низшая теплота сгорания минерального дизельного топлива и активатора, Дж/кг.
Тогда формула (6) примет вид:
Ме
103'£ц -П<Нит К +Ни ■К2) шах п
тах
пт
08 + 0,005-п-гкр -пе
30-п-т
1, Н -м.
м.(8)
д
Основным препятствием для широкого применения описанного способа на МТА являются следующие причины:
- существующие устройства для подачи активатора в дизель не обеспечивают автоматическую дозированную подачу активатора в режиме перегрузок, являются дорогостоящими или требуют значительных изменений в конструкции двигателя;
- выполненные исследования по обоснованию вида активатора и его дозы, необходимой для форсирования дизеля, недостаточны и неоднозначны, что не позволяет дать конкретные рекомендации по использованию того или иного вида активатора для режима перегрузок.
Для решения перечисленных проблем разработана, изготовлена и апробирована одноточечная система, позволяющая на режиме перегрузок впрыскивать активатор во впускной трубопровод дизеля и в такте впуска обогащать им воздушный заряд. При этом в цилиндры дизеля будет поступать эмульсионная смесь воздуха с активатором в определенной пропорции.
Одноточечная система состоит из фильтра 1 (рис. 1) для очистки активатора, электрического насоса 2, электромагнитной форсунки 3, установленной в начале впу-
Рис. 1. Одноточечная система для преодоления перегрузок (патент № 2273750 РФ) (наименование позиций - в тексте)
Нива Поволжья № 2 (15) май 2010 75
скного трубопровода 4 дизеля, электронного блока управления 5, датчиков 6, 7, 8, 9 скоростного и нагрузочного режимов, температуры охлаждающей жидкости, допустимого снижения напряжения бортовой се-ти,источника питания 10.
Работа системы осуществляется следующим образом. После пуска и прогрева двигателя до температуры 50 + 5 °С при напряжении бортовой сети 9...14 В по сигналам датчиков 8 и 9 температуры охлаждающей жидкости и допустимого снижения напряжения бортовой сети происходит автоматическое подключение электронного блока управления 5 и электрического насоса 2 к источнику питания 10. При перегрузке сигналы с датчиков 6 и 7 частоты вращения коленчатого вала и положения рейки топливного насоса высокого давления, поступают в электронный блок управления 5, а затем на электромагнитную форсунку
3, которая впрыскивает определенную порцию активатора во впускной трубопровод 4 дизеля.
Для более эффективного преодоления перегрузок и равномерного распределения активатора по цилиндрам дизеля разработана распределенная система обогащения воздушного заряда (рис. 2), которая, в отличие от одноточечной системы, содержит датчик согласования фаз газораспределения 11, электромагнитные форсунки 1, 2, 3,
4, размещенные во впускном трубопроводе 5 дизеля напротив впускных клапанов. При
этом исходные сигналы в блок управления поступают с датчиков 10, 11, 12, 13 и 14 скоростного и нагрузочного режимов, температуры охлаждающей жидкости, допустимого снижения напряжения бортовой сети и согласования фаз газораспределения. Функции датчика 11 нагрузки выполняет контактный датчик, состоящий из штока 16 корректора и иглообразного стального винта 18, установленного с натягом в электроизоляционной втулке 15, размещенной в отверстии основного рычага 19 центробежного РЧВ.
При перегрузке двигателя частота вращения к. в. снижается, основной рычаг 19 под действием пружины 21 регулятора упирается в головку болта номинальной подачи топлива, а промежуточный рычаг 17 под действием пружины 22 корректора и штока 16 отводится от основного рычага 19. В результате происходит замыкание штока 16 корректора и винта 18. В этот момент срабатывают электромагнитные форсунки 1, 2, 3, 4, осуществляя в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя впрыск определенной порции активатора в поток воздуха, движущегося во впускном трубопроводе. Впрыск активатора производится под избыточным давлением в мелкораспыленном состоянии. Далее воздушно-активаторная смесь поступает в цилиндры дизеля.
С целью экспериментальной оценки влияния степени обогащения воздушного за-
Рис. 2. Распределенная система для преодоления перегрузок (пол. решение на выдачу патента РФ на изобретение по заявке № 2008137023/06)
(наименование позиций в тексте)
ряда различными активаторами на эффективные и экологические показатели тракторного дизеля в режиме перегрузок скомплектована моторная установка, включающая серийный дизель Д-243 (4411/12,5), динамометрическую машину KS-56/4, расходомеры топлива и активатора, прибор ИМД-ЦМ с индуктивным датчиком частоты вращения к. в., мультиметр DT-838 DIGITAL MULTIMETER с хромель-копелевым термодатчиком (вворачивается в головку ТНВД), дымомер КИД-2.
Эксперименты проводились при атмосферном давлении 750...758 мм рт. ст., температуре воздуха в помещении 23.30 оС и температуре в наполнительной полости ТНВД 40.53 оС. При частоте вращения к. в. 1400 мин-1, соответствующей срабатыванию корректора прямого действия РЧВ, сравнивались показатели дизеля в штатной комплектации (без обогащения) и оснащенного одноточечной системой для обогащения воздушного заряда дизеля (с подачей активатора в количестве 10 и 20 % свыше нормативной подачи минерального дизельного топлива).
В качестве активаторов для обогащения воздушного заряда использовались: минеральное дизельное топливо Л-0,2-62 (ДТ), низкооктановый бензин А-76, высокооктановые бензины АИ-92 и АИ-95, авиационный керосин ТС-1, смесевое топливо 50 %РМ+50 %ДТ и 20 %СМ+80 %ДТ.
Элементарный состав, теплотворные и физико-химические свойства исследуемых активаторов приведены в таблице.
Результаты исследований показывают (рис. 3 а), что при обогащении воздушного заряда дизеля на режиме перегрузок высокооктановыми бензинами АИ-92 и АИ-95 в количестве 20 % наблюдается максимальное (на 7 %) увеличение эффективного крутящего момента (от 296,3 Нм до 313,9 Нм).
Незначительное (на 4.5 %) увеличе-
ние эффективного крутящего момента при обогащении воздушного заряда минерально-растительными активаторами 50 % РМ+ 50 % ДТ и 20 % СМ+80 % ДТ (до 305,1 Нм и 306,1 Нм) объясняется содержанием в их составе растительных масел с более низкой теплотой сгорания, чем у других видов исследуемых активаторов.
На режиме максимального крутящего момента дизеля (при одинаковой нагрузке на тормозе) за счет обогащения воздушного заряда частота вращения к. в. увеличивается на 12.44 мин-1 при дозе активатора 10 % и на 32.50 мин- при дозе активатора 20 % (рис. 3 б).
При этом дымность отработавших газов при обогащении воздушного заряда минеральным дизельным топливом в количестве 10 и 20 % повышается на 3 и 5 % соответственно; керосином ТС-1 - на 7 и 9 %; бензином А-76 - на 4 и 12 %; бензином АИ-92 - на 1 и 2 %; бензином АИ-95 -на 2 и 5 %; при обогащении смесевым топливом 50 % РМ + 50 % ДТ дымность снижается на 19 и 17 %, а смесевым топливом 20 % СМ + 80 % ДТ - на 3 и 9 % по сравнению с работой дизеля без обогащения воздушного заряда (рис. 3 в).
Коэффициент избытка воздуха при обогащении воздушного заряда несколько ниже, чем без обогащения. Наибольшее снижение коэффициента избытка воздуха (с 1,24 до 1,12) наблюдается при обогащении воздуха 10 %-ной дозой авиационного керосина ТС-1, а наименьшее (с 1,24 до 1,22) -при обогащении минерально-растительным топливом 50 % РМ+50 % ДТ. Наименьшее снижение коэффициента избытка воздуха (с 1,24 до 1,1) при дозе 20 % наблюдается при использовании минерально-растительного топлива 50 % РМ + 50 % ДТ, а впрыск бензина АИ-95 в том же количестве приводит к снижению коэффициента избытка воздуха с 1,24 до 1,01 (рис. 3 г).
Показатели исследуемых активаторов
Активатор Элементарный состав Hu, МДж/кг ЦЧ, ед. V20, мм2/с р20, г/см3
С Н О
Минеральное дизельное топливо (ДТ) 0,87 0,126 0,004 42,437 45.55 4,2 0,826
Бензин (высокооктановый АИ-92, АИ-95; низкооктановый А-76) 0,855 0,145 - 43,929 10.30 0,5.0,65 0,7.0,78
Авиационный керосин ТС-1 0,856 0,144 - 43,86 41.43 1,3 0,780
Смесевое топливо 50 % РМ + 50 % ДТ 0,795 0,122 0,06 38,87 8 4 4 4 15,65 0,87
20 % СМ + 80 % ДТ 0,814 0,124 0,026 40,191 44.46 5,82 0,848
С - углерод; Н - водород; О - кислород; Ни - низшая теплота сгорания; ЦЧ - цетановое число; v2o - кинематическая вязкость при 20°С; р20 - плотность при 20°С; РМ - рапсовое масло; СМ - сафлоровое масло
Нива Поволжья № 2 (15) май 2010 77
Незначительное снижение коэффициента избытка воздуха при обогащении воздушного заряда дизеля минерально-рас-
тительными смесями объясняется наличием в составе растительных масел свободного кислорода (до 11,3 %), который
а)
б)
Рис. 3. Изменение показателей дизеля Д-243 (4Ч 11/12,5) на режиме перегрузок при обогащении воздушного заряда различными активаторами: 1 - И показатели дизеля без обогащения; 2 - минеральное дизельное топливо; 3 - бензин А-76; 4 - бензин АИ-92; 5 - бензин А-95; 6 - керосин ТС-1; 7 - смесевое топливо 50 %РМ+50 %ДТ; 8 - сме-севое топливо 20 %СМ+80 %ДТ; [Ш - 10 %-ная доза активатора; Щ- 20 %-ная доза активатора
также участвует в последующем процессе сгорания топливо-воздушной смеси.
Таким образом, все исследуемые активаторы по степени влияния на эффективные и экологические показатели дизеля можно разделить на три группы:
1) активаторы, максимально увеличивающие эффективные показатели дизеля и незначительно повышающие дымность отработавших газов (высокооктановые бензины АИ-92 и АИ-95; авиационный керосин ТС-1);
2) активаторы, незначительно увеличивающие эффективные показатели дизеля при максимальном повышении дымности отработавших газов (дизельное топливо, низкооктановый бензин А-76);
3) активаторы, незначительно увеличивающие эффективные показатели и максимально снижающие дымность отработавших газов (минерально-растительные смеси 50 % РМ+50 % ДТ и 20 % СМ+80 % ДТ).
Литература
1. Режимы работы двигателей энергонасыщенных тракторов / Н. С. Ждановский,
А. В. Николаенко, В. С. Шкрабак и др. - Л.: Машиностроение, 1981. - 240 с.
2. Костин, А. К. Работа дизелей в условиях эксплуатации / А. К. Костин, Б. П. Пугачев, Ю. Ю. Кочиев. - Л.: Машиностроение, 1981. - 284 с.
3. Карабаницкий, А. П. Теоретические основы производственной эксплуатации МТП / А. П. Карабаницкий, Е. А. Кочкин. -М.: КолосС, 2009. - 95 с.
4. Уханов, А. П. Режимы работы двигателя энергосредства с учетом эксплуатационных показателей МТА / А. П. Уханов, С. В. Стрельцов, Р. Н. Мустякимов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2009. - № 11. - С. 20-22.
5. Уханов, А. П. Повышение эффективности работы тракторных дизелей обогащением воздушного заряда активаторами минерального и растительного происхождения / А. П. Уханов, В. А. Рачкин, Д. А. Уханов, М. В. Рыблов // Труды междунар. форума по проблемам науки, техники и образования. - М.: Академия наук о Земле, 2007. - С. 47-49.
УДК 658.382.2
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО АНАЛИЗУ И ПРОГНОЗУ ДИНАМИКИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ТРАВМАТИЗМА
Р. В. Шкрабак, канд. техн. наук, доцент; Л. А. Сатюкова, аспирант
ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», т. (812) 451-76-18; e-mail: [email protected]
Приведены результаты исследований по анализу и прогнозу динамики производственного травматизма на краткосрочную перспективу (на примере коэффициента частоты травматизма по отраслям и видам экономической деятельности Тюменской области)
Ключевые слова: травматизм, анализ, прогноз, исследования, результаты.
Современное состояние охраны труда в отраслях экономики и видах экономической деятельности (включая АПК) различных регионов характеризуется в основном снижением абсолютных значений показателей травматизма. Вместе с тем встречаются регионы и отрасли, где характер указанной динамики иной - имеет место не только стабилизация, но и рост показателей травматизма. В связи с этим представляют интерес вопросы объективного, достоверного анализа и прогнозирования производственного травматизма на краткосрочную и среднесрочную перспективу. Для определённости выбирают любой показатель
травматизма, по которому можно получить достоверные данные за ряд лет (10.15). Далее проводят регрессионный анализ, устанавливают характер динамики, обосновывают модель прогноза на краткосрочную, среднесрочную или долгосрочную перспективы и выполняют прогнозирование.
Анализ и прогноз динамики производственного травматизма исследуем на примере коэффициента частоты (Кч) травматизма для Тюменской области за 1998 -2008 гг. и тенденций его динамики (краткосрочного прогноза) на 2009 - 2012 гг. Для этого воспользуемся основными положениями методики краткосрочного анализа и
Нива Поволжья № 2 (15) май 2010 79
