CC BY
20
напряжения начала разряда и0. Теоретический расчет проведен с использованием формулы (3) при Ь = 1,8 мкГн, С = (1, 2, 3, 4) мкФ, и0 = (5, 6, 7, 8, 9, 10) кВ.
Таким образом, увеличение напряжения и0 приводит к возрастанию щА, что в технологических процессах повысит эффективность электрогидравлической обработки. Кроме того, в случае необходимости повышения напряжения разряда следует проводить корректировку в сторону понижения межэлектродного промежутка, т. к. реальное отсутствие ее на практике приведет к резкому снижению акустического КПД и, соответственно, разрушаемого импульсного давления.
Литература
1. Пат. 2212449 Российская Федерация, МПК7 С 12 Р 7/06, Способ производства спирта из крахмалистого сырья / Н. В. Го-ловинов, В. В. Головинов, А. В. Антошкин,
Н. В. Ксенз. - № 2001110257/13; заявл. 16.04.2001; опубл. 20.09.2003, Бюл. № 26. - 6 с.
2. Гаврилов, Г. Н. Разрядноимпульсная технология обработки минеральных сред / Г. Н. Гаврилов. - Киев: Наук. думка, 1979. -164 с.
3. Арсентьев, В. В. К теории развития канала импульсного электрического разряда в жидкой среде / В. В. Арсентьев // Материалы IV межвузовской конференции по пробою диэлектриков и полупроводников. -М.-Л., 1964. - С. 12-14.
4. Наугольных, К. А. Электрический разряд в воде / К. А. Наугольных, М. А. Рой. -М.: Наука, 1971. - 155 с.
5. Кривошеев, В. А. Автоматизация управления параметрами электрогидравли-ческих ударных процессов в машиностроении: автореф. дис. ... канд. техн. наук / В. А. Кривошеев. - Набережные Челны, 2006. - 174 с.
УДК 623.436: 631.3-6:621.89
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНО-МИНЕРАЛЬНОГО ТОПЛИВА
А. П. Уханов, доктор техн. наук, профессор;
В. А. Чугунов, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. (8412) 62-85-17, е-таіі: [email protected];
В. А. Голубев, инженер ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА», т. (84231) 5-11-44
Разработана двухтопливная система питания для приготовления биодизельного (растительно-минерального) топлива в процессе работы тракторного дизеля посредством подогрева и смешивания растительных масел с минеральным дизельным топливом. Предложены конструкции смесителей-дозаторов топлива.
Ключевые слова: растительные масла, смесевое растительно-минеральное топливо, двухтопливная система питания дизеля, смеситель-дозатор топлива.
В связи с развитием энергосберегающих технологий повышается интерес к замене минеральных моторных топлив альтернативными топливами из возобновляемых источников энергии и, в частности, на основе растительного сырья. Использование биомасел в автотракторных дизелях в натуральном виде осложняется проблемами, связанными с существенными отличиями эксплуатационных свойств растительных масел от топлив нефтяного происхождения. Повышенные плотность, сжимаемость, вязкость и поверхностное натяжение, оказывающие негативное влияние на качество очистки и характеристики впрыскивания биотоплива, требуют изменения
конструкции серийно выпускаемых двигателей [1]. Улучшение вышеперечисленных свойств растительных масел возможно путем добавления различных присадок и повышением их температуры. Первый способ ограничивается отсутствием завершенных исследований по данному вопросу [2], второй - ухудшением топливной экономичности дизеля при нагреве до температур, при которых величина показателей, оценивающих те или иные свойства биомасел, становится соизмеримой с показателями минерального дизельного топлива (ДТ) [3].
Применение эфиров растительных масел, которые по физико-химической характеристике незначительно отличаются от
Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 63
минерального ДТ, осложняется более высокой стоимостью и склонностью их к окислению.
Простой и доступный способ подготовки растительных масел к использованию в автотракторных двигателях - смешивание их с минеральным ДТ - также имеет ряд недостатков. Получение смесевых растительно-минеральных топлив с заданными свойствами возможно в стационарных условиях при использовании дорогостоящих установок для смешивания [4]. Использование простых по конструкции смесителей, выполненных, например, в виде гидроциклонов, по истечении некоторого времени приводит к расслоению смеси на исходные составляющие [2].
Учитывая перспективность применения битопливных модификаций тракторов [5], приемлемым следует считать способ приготовления смесевого топлива непосредственно в штатной системе питания дизеля в процессе работы автотракторной техники. Однако здесь также наблюдается ряд проблем, связанных с фильтрацией растительной составляющей смесевого топлива и приготовлением смеси заданного состава. Эти проблемы во многом определяются существенной зависимостью эксплуатационных свойств (вязкость, плотность и др.) растительных масел и минерального ДТ от температуры окружающей среды. Различный характер изменения этих свойств ми-
неральной и растительной составляющих затрудняет получение смесей качественного состава.
Наиболее простым способом решения перечисленных проблем является модернизация штатной топливной системы дизеля путем установки на трактор дополнительного бака 2 для растительного компонента, фильтра-подогревателя 6, подогревателя 7 и смесителя-дозатора 8 (рис. 1).
Основное назначение смесителя-дозатора - соблюдение точности дозирования растительного и минерального компонентов с целью создания топливной смеси заданной концентрации. В большинстве известных конструкций смесителей основное внимание уделяется качеству перемешивания, а не точности дозирования, что негативно сказывается на показателях работы двигателя. При решении поставленной задачи была разработана конструкция статического смесителя-дозатора, который может иметь несколько вариантов исполнения.
Основой конструкции цилиндрического смесителя [6] являются корпус 1 (рис. 2) с патрубком 3 для подвода минерального ДТ и жестко закрепленный в крышке 6 основной патрубок 7 для подвода растительного топлива. На основной патрубок 7 установлен дополнительный патрубок 4 с жестко закрепленной перегородкой в виде ленты 2, удерживаемый на нем стопорным коль-
Рис. 1. Схема двухтопливной системы питания дизеля:
8 - путь минерального топлива, С - путь растительного топлива,
С8 - путь смесевого растительно-минерального топлива;
1 - бак минерального топлива; 2 - бак растительного топлива; 3 - линия забора минерального топлива; 4 - фильтр грубой очистки минерального топлива; 5 - линия забора растительного топлива; 6 - фильтр-подогреватель; 7 - позисторный подогреватель растительного топлива; 8 - смеситель-дозатор топлива; 9 - обратный клапан; 10 -топливоподкачивающий насос; 11 - фильтр тонкой очистки топлива;
12 - топливный насос высокого давления; 13 - форсунки; 14 - линия слива топлива из форсунок; 15 - линия слива топлива из насоса высокого давления
64 Технические науки
Рис. 2. Схема цилиндрического смесителя-дозатора топлива: а - общий вид; б, в - схемы установки упругого элемента
цом 9, вставляемым в канавку 10. Патрубки
4 и 7 перфорированы отверстиями 5 и 8 одинакового диаметра, оси которых при расположении отверстий напротив друг друга совпадают. Патрубок 4 может поворачиваться относительно патрубка 7: от положения перекрытия отверстий 8 патрубком 4 до положения, когда оси отверстий 5 и 8 полностью совпадают. Поворот дополнительного патрубка 4 ограничивается с одной стороны упорами 13 и 14, с другой - упругим элементом 11, выполненным в виде ленточной пружины.
Упругий элемент подбирают таким образом, чтобы усилие скручивания ленточной пружины было пропорционально моменту проворачивания дополнительного патрубка 4, образуемого трением топлива о перегородку 2 и внешнюю поверхность патрубка 4. Момент проворачивания патрубка
4, возникающий от трения топлива о ленточную перегородку, можно определить по зависимости, связывающей осевую и окружную силу на винтовой поверхности [7]:
М1 = 0,5 £>Ср Р = 0,5 £>Ср А (а + р), (1)
где Р - окружное усилие, приложенное к поверхности перегородки, Н; Dcp - плечо действия силы Р, м; А - осевое усилие, Н; а - угол подъема перегородки на окружности диаметром Dcp; р - угол трения топливной смеси о перегородку.
Осевое усилие А складывается из составляющей от силы давления топлива, направленной параллельно оси корпуса 6:
А = q L (sin в + л), (2)
где q - удельное давление топлива на поверхность перегородки, н/м2; L - площадь перегородки, м2; в - угол наклона поверхности перегородки; л - коэффициент трения топлива о перегородку.
Смеситель-дозатор работает следующим образом. В исходном состоянии, когда отсутствует подача топлива в патрубок 3, отверстия 8 патрубка 7 перекрыты дополнительным патрубком 4, а ограничитель патрубка 13 упирается в ограничитель корпуса 14.
При подаче минерального ДТ через патрубок 3 в корпус 1 его поток проходит по спиральному каналу, образованному
Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 ВБ
перегородкой 2, навитой на патрубок 4, и внутренней стенкой корпуса 1. Прямолинейное движение топлива преобразуется во вращательное движение по спирали с угловым ускорением. Создаваемый момент от силы трения топлива о перегородку 2 поворачивает патрубок 4 вокруг патрубка 7 на определенный угол. При этом отверстия
5 патрубка 4 и отверстия 8 патрубка 7 частично перекрываются и подмешиваемое растительное топливо по всей длине перфорированного патрубка 4 поступает перпендикулярно потоку минерального ДТ, который увлекает тонкие струйки растительного топлива и перемешивается с ним. При максимальной подаче минерального ДТ через патрубок 3 и максимальном его давлении на перегородку 2 патрубок 4 повернут на максимальный угол относительно патрубка 7 таким образом, что отверстия 5 патрубка 4 и отверстия 8 патрубка 7 полностью совпадают. В этом случае происходит максимальная подача подмешиваемого растительного топлива к минеральному.
Следовательно, в зависимости от значений подачи минерального ДТ и его давления на перегородку 2 патрубок 4 будет поворачиваться на разный угол относительно патрубка 7, изменяя взаимное расположение отверстий 5 и 8, и, соответственно, количество подаваемого растительного компонента.
При использовании в смесевом топливе растительного компонента повышенной вязкости предлагается конструктивный вариант смесителя-дозатора с двумя жесткими упорами-ограничителями 14 и 15 (рис.
2, в) [8]. В отличие от предыдущей конструкции, упор 14 предотвращает полное перекрытие отверстий 8 патрубком 4.
Отличия конструктивного варианта, представленного на рис. 3, - конический корпус 1 и изменяющийся шаг ленточной перегородки 2 [9].
Сужение корпуса и уменьшение шага витков перегородки по направлению к выходному отверстию способствует повышению качества смешивания разнородных топлив.
Таким образом, предлагаемая двухтопливная система питания позволит с наименьшими затратами адаптировать автотракторный дизель для работы на растительно-минеральном топливе. Достоинствами предлагаемых статических смесителей-дозаторов являются простота конструкции при незначительном увеличении гидросопротивления в системе питания дизеля.
66
Рис. 3. Схема конического смесителя-дозатора
Литература
1. Уханов, А. П. Биодиты - альтернативный вид моторного топлива для тракторных дизелей / А. П. Уханов, В. А. Рачкин, Д. А. Уханов, В. А. Иванов // Нива Поволжья. - 2009. - № 2 (11). - С. 71-76.
2. Девянин, С. Н. Растительные масла и топлива на их основе для дизельных двигателей / С. Н. Девянин, В. А. Марков, В. Г. Семенов. - М.: Изд-во МГАУ им. В. П. Горячкина, 2007. - 400 с.
3. Кулманаков, С. Сможет ли рапс заменить нефть / С. Кулманаков, А. Шашев // Сельский механизатор. - 2008. - № 1. - С. 12-13.
4. Фокин, Р. В. Разработка комплексной технологии получения смесевого топлива с улучшенными свойствами для дизельных двигателей: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Р. В. Фокин. - Мичуринск-Наукоград, 2008. - 23 с.
5. Наумов, О. П. Теоретический метод комплексной оценки эффективности тракторных битопливных систем / О. П. Наумов
Технические науки
// Тракторы и сельхозмашины. - 2009. -№ 4. - С. 20-24.
6. Пат. на пол. модель 89596 РФ, Жидкостный смеситель / А. П. Уханов, В. А. Голубев, Е. С. Зыкин. - Опубл. 10.12.2009, Бюл. № 34.
7. Усов, П. В. Подъемно-транспортные машины / П. В. Усов. - М.: Высшая школа, 1967. - 236 с.
8. Пат. на пол. модель 91929 РФ, Смеситель-дозатор топлива / А. П. Уханов, В. А. Голубев, Е. С. Зыкин. - Опубл. 10.03.2010, Бюл. № 7.
9. Пат. на пол. модель 92085 РФ, Смеситель-дозатор топлива / А. П. Уханов, В. А. Голубев, Е. С. Зыкин. - Опубл. 10.03.2010, Бюл. № 7.
УДК 631.43:631.51
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ МАШИНЫ
КУЛЬТИВАТОРА-БОРОНЫ
В. М. Федосеев, инженер ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»;
А. В. Русинов, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова», т. 8(452) 74-96-35, е-таПЯиэтоуБа^уа^ех. ги
В статье рассмотрен вопрос, связанный с влиянием скорости резания на процесс резания почвы рабочим органом культиватора. Представлены энергозатраты, необходимые для выращивания яровой пшеницы. Теоретически обоснована наименьшая глубина срезания корня сорного растения. Выдвинута гипотеза о создании конструкции культиватора-бороны.
Ключевые слова: культиватор-борона, культивация почвы, энергоемкость, сорная растительность, резание сорной растительности
Важной задачей, связанной с повышением эффективности применения сельскохозяйственных машин, является увеличение их производительности. Существует множество путей повышения производительности сельскохозяйственных машин, используемых при почвообработке. Это увеличение энергоемкости машины за счет повышения мощности двигателя базового трактора, что в свою очередь вызывает увеличение массы почвообрабатывающего агрегата, и, как следствие, сильное воздействие на почву, приводящее к нарушению ее физико-механических свойств, а также водно-воздушного режима, что в итоге приводит к снижению урожая сельскохозяйственных культур.
Наиболее перспективным путем повышения производительности сельскохозяйственной машины является увеличение скорости. Ряд сельскохозяйственных операций производится на скоростях, которые ограничены агротехническими требованиями, но есть и такие операции, которые лучше выполнять на повышенных скоростях, например культивация. Однако существующие конструкции культиваторов не приспособлены к таким режимам работы. Это объясняется тем, что с увеличением скорости рыхления почвы происходит рез-
кое увеличение тягового сопротивления рабочего органа. Так, при рыхлении почвы культиватором энергия расходуется на деформирование отделяемого слоя и примыкающей к нему части, на преодоление сил инерции отделившихся кусков, то есть подъем почвы по рабочей поверхности, и на резание сорного растения. Эти процессы протекают взаимосвязанно.
Исходя из сказанного силу резания при скорости и условно можно представить как результирующую трех составляющих:
Р = р + р + р (1)
1 1 р 1 кин ' 1 сорт V 1 /
где Рр - сила, необходимая для образования стружки, Н; Ркин - дополнительная сила для сообщения движения отделяющимся частицам почвы, Н; Рсор - сила, затрачиваемая на резание сорного растения, Н.
Так как процесс рыхления почвы культиваторами происходит при скоростях в пределах 10 км/ч (2,8 м/с), то при резании почвы возникают пластические деформации, тогда сила, необходимая для деформирования отделяемого слоя, определяется как
Рр = Рро + Рфиз, (2)
где Рро - сила резания при скорости, близкой к нулю, определяемая из условий предельного равновесия почвы, Н; ¥физ - сила,
Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 67
