Підвищення техніко-експлуатаційних характеристик машинно-тракторних агрегатів застосуванням газодизельних енергетичних засобів - Автореферат

При застосовуванні природного газу виникають нові проблеми, повязані з нижчою енергощільністю газобалонних установок, які викликають ускладнення і подорожчання машин, двигуни яких переобладнуються (конвертуються) для роботи на газоподібному паливі, а в деяких випадках потребують суттєвої зміни будови машин. Враховуючи наявність значного парку машин з двигунами на рідкому паливі, слід також визнати актуальними роботи, спрямовані на пристосування існуючих двигунів для роботи на природному газі та на вирішення проблем, повязаних з застосуванням енергетичних засобів у сільськогосподарському виробництві. Метою роботи є покращення техніко-експлуатаційних характеристик машинно-тракторних агрегатів шляхом використання газодизельних енергетичних засобів, двигуни яких працюють по газодизельному циклу на природному газі (метані). Задачі досліджень: - теоретичне дослідження основних параметрів МТА з газодизельним трактором для виявлення характеру зміни взаємодії двигуна і споживача енергії, визначення раціональних режимів роботи МТА, які забезпечать підвищення його техніко-експлуатаційних характеристик; В основу досліджень покладено методи теоретичної механіки, огляд, науковий аналіз і узагальнення науково-технічної літератури з питань підвищення ефективності сільськогосподарських машинно-тракторних агрегатів, з питань використання альтернативних палив, зокрема, природного газу, планування експерименту та регресивний аналіз, математичне моделювання за допомогою ПЕОМ машинно-тракторних агрегатів на базі газодизельних енергетичних засобів та режимів їх роботи, методи фізичного моделювання, методи лабораторних та польових досліджень.Тому застосування ГДЕЗ, з одного боку, може покращити характеристики МТА, з іншого - дозволяє зменшити споживання палив нафтового походження. Застосування запропонованої компоновки газодизельного трактора класу 1,4 дозволяє використовувати трактор з більшістю знарядь, не порушуючи агротехнічних вимог. У другому розділі складена математична модель МТА з газодизельним трактором, на якій виконано дослідження та обґрунтування режимів роботи МТА, теоретично обґрунтована необхідність регулювання співвідношення дизпаливо-газ на різних режимах роботи МТА з газодизельним трактором та визначені якісні показники цього співвідношення, математично описана та проаналізована робота запропонованої системи регулювання потужності газодизеля для визначення закономірностей формування його характеристики, перевірена можливість формування характеристики ГДЕЗ у відповідності до бажаної. Математична модель включає рівняння, що описують роботу окремих складових: двигуна, трансмісії, рушія, трактора, як окремого тіла, та агрегатованої з трактором сільськогосподарської машини. При аналітичному описанні вузлів МТА зроблені припущення: лінійна апроксимація регуляторної та коректорної ділянок характеристики двигуна як в дизельному, так і в газодизельному режимах, в режимі газодизеля запальна доза рідкого палива прийнята постійною, система регулювання двигуна безінерційна, інерційність двигуна визначається лише моментом інерції маховика, трансмісія не має зазорів та пружних елементів, коефіцієнт корисної дії трансмісії залежить лише від навантаження, для визначення параметрів взаємодії ведучих коліс з ґрунтом використані експериментально встановлені залежності параметрів шин для трактора ЮМЗ-6 в базовому та в газодизельному варіантах, кінематичний та динамічний радіуси ведучих коліс прийняті рівними статичному, не враховані пружні характеристики механізму навіски та пружно-дисипативні характеристики пневматичних шин, параметри ґрунту задаються лише двома характеристиками - твердістю та питомим зчепленням часток ґрунту.Накопичений досвід застосування газодизелів на тягово-транспортних машинах показує, що газодизельні енергетичні засоби можуть бути ефективно використані в умовах сільськогосподарського виробництва для виконання технологічних операцій в рослинництві; Техніко-експлуатаційні характеристики МТА з ГДЕЗ покращуються формуванням характеристики газодизеля, яка при відповідному регулюванні запропонованої універсальної системи паливоподачі може бути наближена до характеристики двигуна постійної потужності за рахунок збільшення запасу крутного моменту на 10…18% в порівнянні з базовим двигуном; Максимальна ефективність застосування МТА з ГДЕЗ досягається при повному завантаженні з використанням коректорної ділянки характеристики двигуна, що може бути реалізовано при виконанні енергоємких ґрунтообробних технологічних операцій, які не вимагають жорсткого підтримання частоти обертання колінчастого валу двигуна. Коефіцієнт завантаження двигуна по крутному моменту (м), для ґрунтообробних МТА повинен знаходитися в межах 1,03…1,05. При коливаннях навантаження з частотою 0,1…0,2 Гц (період коливань 10…5 с) та амплітудою 20% від номінального навантаження середнє значення частоти обертання колінчастого валу дизеля знижується до величини, при якій тракторист буде переходити на понижену передачу.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

трактор сільськогосподарський виробництво

1. Накопичений досвід застосування газодизелів на тягово-транспортних машинах показує, що газодизельні енергетичні засоби можуть бути ефективно використані в умовах сільськогосподарського виробництва для виконання технологічних операцій в рослинництві;

2. Техніко-експлуатаційні характеристики МТА з ГДЕЗ покращуються формуванням характеристики газодизеля, яка при відповідному регулюванні запропонованої універсальної системи паливоподачі може бути наближена до характеристики двигуна постійної потужності за рахунок збільшення запасу крутного моменту на 10…18% в порівнянні з базовим двигуном;

3. Максимальна ефективність застосування МТА з ГДЕЗ досягається при повному завантаженні з використанням коректорної ділянки характеристики двигуна, що може бути реалізовано при виконанні енергоємких ґрунтообробних технологічних операцій, які не вимагають жорсткого підтримання частоти обертання колінчастого валу двигуна. Коефіцієнт завантаження двигуна по крутному моменту (м), для ґрунтообробних МТА повинен знаходитися в межах 1,03…1,05. При цьому коефіцієнт завантаження по потужності (N) повинен становити 1, а коректорну ділянку характеристики газодизеля слід вважати робочою;

4. Середня частота обертання колінчастого валу газодизеля менше залежить від частоти і амплітуди коливань навантаження на гаку трактора. При коливаннях навантаження з частотою 0,1…0,2 Гц (період коливань 10…5 с) та амплітудою 20% від номінального навантаження середнє значення частоти обертання колінчастого валу дизеля знижується до величини, при якій тракторист буде переходити на понижену передачу. Газодизель може переборювати коливання вказаної частоти з амплітудою 35% від номінального значення;

5. При роботі на коректорній ділянці характеристики темп зниження швидкості руху ґрунтообробного МТА в газодизельному режимі становить 1,6% на 1% збільшення тягового опору, в дизельному режимі - 2,9%, що в 1,8 рази більше;

6. Середня швидкість руху та продуктивність ґрунтообробних МТА з ГДЕЗ підвищуються на 7…12% за рахунок можливості роботи на більш високих передачах та зменшення непродуктивних втрат робочого часу на перемикання передач. При цьому погектарна витрата рідкого палива зменшується на 18…20% за рахунок збільшення продуктивності та заміщення дизпалива газом на 5-6%;

7. При неусталеному навантаженні МТА з ГДЕЗ витрата газу змінюється в широких межах при майже незмінній витраті рідкого палива, що призводить до значних коливань співвідношення між витратою рідкого та газоподібного палива. При роботі МТА середнє експлуатаційне завантаження двигуна знаходиться у межах 60-80%, що обумовлює експлуатаційне заміщення дизпалива газом в межах 50…55%;

8. Тягово-зчіпні властивості енергетичного засобу в складі МТА можуть бути підвищені за рахунок вдалого розміщення ГБУ. Навішування чотирьох газових балонів по запропонованій компоновочній схемі покращує тягові якості трактора класу 1,4. Зокрема, буксування на оранці зменшується з 16 до 12%, при культивації - з 8 до 6%;

9. Запальну дозу рідкого палива в конвертованому газодизелі бажано змінювати при зміні режиму роботи: - на холостому ходу - робота тільки на рідкому паливі в режимі дизеля;

- при часткових навантаженнях - мінімально можлива запальна доза, яку може забезпечити встановлена паливна апаратура;

- при максимальних навантаженнях - збільшення запальної дози для запобігання детонації та перегріву розпилювачів форсунок.

10. Питомі експлуатаційні витрати МТА в складі газодизельного трактора ЮМЗ-6 та плуга ПЛН-3-35 на оранці зменшуються на 25%.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ В РОБОТАХ

1. Кухаренко П.М, Нехай М.С. Оцінка паливної економічності вантажних автомобілів ЗІЛ-130 з різними компоновками двигунів. / Труды II международного симпозиума, июнь 1997 г. Том 2. “Безопасность сложных систем и проблемы устойчивого развития”. - Днепропетровск. ИГТМ НАНУ, 1998. - С. 203-211.

2. Создание новых тракторов ЮМЗ “ДНІПРО” с двигателями повышенной мощности / Кухаренко П.М. и др. / Геотехническая механика. Межведомственный сборник научных трудов. Выпуск 19. - Днепропетровск. Полиграфист, 2000. - С. 137-141.

3. Кухаренко П.М. Особливості застосування газоподібного палива на сільськогосподарських тракторах / Праці ТДАА, т. 17, вип. 2. - Мелітополь, 2001. - С. 107-113.

4. Бабич О.С., Кухаренко П.М., Улексін В.О. Регулятор подачі газу в газодизель. / Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Випуск 8 “Підвищення надійності відновлюємих деталей машин”. Том 1. - Харків, вид. ПП Червяк, 2001. - С. 130-133.

5. Кухаренко П.М. Результати випробування газобалонного трактора ЮМЗ-6 / Праці ТДАА, т. 18, вип. 2. - Мелітополь, 2001. - С. 136-139.

6. Кухаренко П.М., Бабич О.С., Улексін В.О. Проблеми створення газодизельних тракторів. / Тезисы докладов 4-го международного симпозиума “Механика эластомеров - 2001”, 9-11 октября 2001 г. - Днепропетровск. - С. 26-27.

Размещено на .ru