Совершенствование режимов работы тракторных двигателей в условиях АПК Сибири тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Хомченко Егор Николаевич

• Хомченко Егор Николаевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Хомченко Егор Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Особенности использования тракторов в условиях АПК

1.1.1 Характеристика Западносибирской климатической зоны

1.1.2 Физические свойства воздуха, топлива и масла

1.1.3 Индикаторные и эффективные показатели

1.1.4 Характер нагрузочных режимов

1.2 Повышение эффективности работы МТА на основных нагрузочных режимах

1.3 Способы и устройства повышения эффективности газотурбинного наддува тракторных двигателей

1.4 Цель и задачи исследования

1.5 Выводы по главе

2 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

2.1 Методика оценки эффективности полезного использования теплоты сгоревшего в двигателе топлива

2.2 Методика эксергетической оценки эффективности газотурбинного наддува

2.3 Основные аналитические зависимости работы ДПМ в составе

МТУ трактора на различных нагрузочных режимах

2.4 Выводы по главе

3 ПРОГРАМА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа

3.2 Экспериментальная установка, оборудование и аппаратура

3.2.1 Методика измерения расхода топлива

3.2.2 Методика измерения расхода воздуха

3.2.3 Методика измерения частоты вращения

3.2.4 Устройство для перепуска газов

3.3 Планирование факторного эксперимента

3.3.1 Выбор отклика, основных факторов и вида модели

3.3.2 Моделирование и построение матрицы планирования

3.3.3 Методика статистической обработки полученных результатов

3.4 Выводы по главе

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Показатели эффективности газотурбинного наддува

двигателя 4 ЧН 13,0/14,0 (Д-440)

4.1.1 Коэффициент полезного использования эксергии выпускных газов в турбокомпрессоре

4.1.2 Зависимость эффективности газотурбинного наддува от температуры окружающей среды

4.1.3 Зависимость степени повышения давления наддува от температуры окружающей среды

4.2 Эффективные показатели двигателя 4 ЧН 13,0/14,0 (Д-440) с

двумя уровнями номинальной мощности

4.3 Разработка технических средств обеспечения режимов ДПМ

на двух уровнях номинальной мощности

4.3.1 Функциональная схема управления

4.3.2 Устройство и работа газораспределительной вставки

4.3.3 Устройство и работа корректора подачи топлива

4.3.4 Устройство и работа гидрораспределителя

4.3.5 Датчики системы управления

4.3.6 Скоростная характеристика подачи топлива модернизированным топливным насосом высокого

давления 4ТНМ12

4.3.7 Особенности регулировки модернизированного топливного насоса высокого давления 4ТНМ12

4.4 Результаты статистической обработки экспериментальных

данных

4.5 Результаты полевых испытаний

4.6 Выводы по главе

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование режимов работы тракторных двигателей в условиях АПК Сибири»

ВВЕДЕНИЕ

Механизация сельскохозяйственных процессов предполагает использование машин и механизмов в течение круглого года. В весенний, летний и осенний период выполняются работы, связанные с обработкой почвы, посевом, уходом за посевами и уборкой урожая. Эти виды сельскохозяйственных операций являются наиболее энергозатратными. В зимний период тракторы используются при снегозадержании, транспортировке грузов, приготовлении и раздаче кормов и т.п. При этом загрузка двигателей моторно-трансмиссионных установок (МТУ) по мощности не превышает 70%.

Большое количество современных тракторов оснащаются двигателями с газотурбинным наддувом. Известно, что наличие турбокомпрессора снижает экономичность на частичных режимах. Кроме того, с понижением температуры окружающей среды (ОС) улучшаются индикаторные показатели двигателя.

Очевидно, применение отключаемого на частичных режимах турбокомпрессора с коррекцией момента его включения по нагрузке и коррекция степени повышения давления по температуре ОС создают возможность значительно повысить эффективность газотурбинного наддува тракторного двигателя.

Благодаря широкому применению газотурбинного наддува появилась возможность для создания двигателей постоянной мощности (ДПМ). Эти двигатели имеют высокий коэффициент приспособляемости по крутящему моменту и развивают постоянную мощность на корректорном участке характеристики. Однако, выход на корректорный участок возможен только при полной загрузке двигателя, что не всегда осуществимо. Причина - разная степень загрузки двигателя при выполнении той или иной сельскохозяйственной операции. Увеличение степени загрузки может быть достигнуто путем повышения регулирующих свойств МТУ. Чаще всего регулирующие свойства улучшают путем применения гидромеханических (ГМТ) или гидрообъёмных (ГОТ) трансмиссий, одновременно проигрывая в экономичности. В последнее время, наибольшее предпочтение отдают МТУ которые включают механические ступенчатые трансмиссии (МСТ) и ДПМ.

В данной работе рассматривается вопрос повышения эффективности функционирования тракторных двигателей путем применения ДПМ с двумя уровнями номинальной мощности и регулированием степени повышения давления наддувочного воздуха в зависимости от нагрузки и температуры ОС. Переход с одного уровня на другой осуществляется автоматически в зависимости от степени загрузки двигателя.

В настоящее время затраты на топливо составляют основную часть стоимости, производимой агропромышленным комплексом (АПК) продукции. В условиях нашей страны каждый процент сэкономленного топлива дает огромный экономический эффект, который в несколько раз может превышать экономию от роста производительности труда. Мы считаем, что, вопрос повышения эффективности функционирования тракторных двигателей в условиях сельскохозяйственного производства изучен недостаточно полно и требует дальнейших исследований.

Цель работы - повышение эффективности функционирования тракторных двигателей путем совершенствования режимов ДПМ в широком диапазоне нагрузок и температур ОС.

Объект исследования - термодинамические процессы в системе воздухоснабжения тракторного двигателя с газотурбинным наддувом.

Предмет исследования - закономерности функционирования ДПМ в составе МТУ трактора в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.

Научная гипотеза заключается в том, что эффективность функционирования тракторных двигателей может быть повышена путем применения режимов ДПМ с двумя уровнями номинальной мощности и регулирования степени повышения давления наддувочного воздуха в зависимости от нагрузки и температуры ОС.

Научная новизна и теоретическая значимость:

- разработана методика оценки эффективности работы газотурбинного наддува двигателей на различных режимах, основанная на методе эксергетического анализа термодинамических систем;

- получены основные аналитические зависимости работы ДПМ в составе МТУ трактора на различных нагрузочных режимах;

- предложен способ работы двигателя с двумя уровнями постоянной мощности в составе МТУ трактора;

- получены результаты экспериментальных исследований по определению индикаторных и эффективных показателей двигателя, работающего на двух уровнях постоянной мощности.

Практическая значимость:

- устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2534833);

- турбокомпрессор для наддува двигателей внутреннего сгорания (патент РФ №2559207);

- автоматическая система управления подачей топлива и воздуха для ДПМ с двумя уровнями номинальной мощности в составе МТУ;

- устройства для реализации предлагаемого способа работы двигателя с двумя уровнями постоянной мощности.

Методология и методы исследования базировались на системном подходе к решению сформулированных задач, теоретическом анализе и синтезе полученного экспериментального материала, математических и статистических методах обработки полученных результатов. В работе использованы теоретические основы термодинамики, газодинамики, двигателей внутреннего сгорания и тракторов.

Проведение экспериментов осуществлялось с учетом требований ГОСТ 18509—88 «Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний» и ГОСТ 24026-80 «Исследовательские испытания. Планирование эксперимента. Термины и определения».

Положения, выносимые на защиту:

- методика оценки эффективности работы газотурбинного наддува двигателей на различных эксплуатационных режимах;

- основные аналитические зависимости работы ДПМ в составе МТУ трактора на различных нагрузочных режимах;

- результаты экспериментальных исследований по обоснованию оптимальной степени повышения давления наддува на различных эксплуатационных режимах.

Степень достоверности исследований подтверждается применением стандартных методов и частных методик, разработанных с участием автора, применением измерительных приборов, прошедших поверку, современных вычислительных средств при статистической обработке результатов экспериментальных исследований, адекватностью результатов, полученных экспериментальным путем, результатам численного моделирования.

Реализация результатов исследования. Материалы диссертационного исследования внедрены в образовательный процесс Новосибирского государственного аграрного университета. Опытная система испытывалась в АО племзавод «Учхоз Тулинское» Новосибирской области на тракторе ДТ-75Т с двигателем 4413,0/14,0 (Д-440). Результаты исследования могут быть использованы в машиностроении при создании новых и модернизации существующих марок тракторов сельскохозяйственного назначения и при проведении НИОКР.

Апробация результатов исследования. Материалы диссертации докладывались на региональной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Состояние и инновации технического сервиса машин и оборудования», посвященной памяти М.А. Анфиногенова (Новосибирск, 2012-2015 гг., НГАУ); на VII международной научно-практической конференции молодых ученых «Инновационные тенденции развития Российской науки» (Красноярск, 2014 г., КрасГАУ); на научно-практической конференции с международным участием, посвященной 70-летию образования Инженерного института «Научно-техническое обеспечение процессов и производств АПК» (Новосибирск, 2014 г., НГАУ), на международной научно-практической конференции «Научное и техническое обеспечение АПК, состояние и перспективы развития» (Омск, 2018 г. Омский ГАУ) , на VII международной научно-практической конференции "Информационные технологии, наука и практика в цифровом развитии АПК" - АГР0ИНФ0-2018, на заседаниях ученого совета СибИМЭ СФНЦА РАН и Инженерного института ФГБОУ ВО НГАУ (Краснообск, Новосибирск, 2012-2018 г.).

Публикации. По результатам исследования опубликовано 18 печатных работ, в том числе 6 публикаций в рецензируемых научных изданиях из перечня ВАК, получены два патента РФ на изобретения и один - на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 128 наименований, в том числе 12 иностранных источников. Работа изложена на 173 страницах машинописного текста, в том числе 10 таблиц, 41 рисунок и 10 приложений.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с п. 162 Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 20132020 годы «Фундаментальные проблемы и принципы разработки интенсивных машинных технологий и энергонасыщенной техники нового поколения для производства основных групп продовольствия» по теме № 0778-2016-0084 «Разработка систем экологически безопасных машинных технологий и технических средств нового поколения для устойчивого производства продукции растениеводства в основных почвенно-климатических зонах Сибири», в соответствии с планом НИР ФГБОУ ВО Новосибирский ГАУ по теме № 01201256305 (дата регистрации 06.04.2012г) «Повышение эффективности газотурбинного наддува дизельного двигателя сельскохозяйственного назначения».

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Особенности использования тракторов в условиях АПК

Современное сельскохозяйственное производство имеет огромный парк тракторов, комбайнов, автомобилей и других машин. Большая часть машин используется в течение круглого года. Особенностью эксплуатации тракторов, используемых в сельскохозяйственном производстве, является то, что они работают в широком диапазоне нагрузок и параметров окружающей среды. Известно, что эксплуатация машин зимой значительно сложнее чем летом, а затраты на их обслуживание и расход топлива выше в 1,5.. .1 раза. Поэтому изучение климатических условий данного региона и оценка их влияния на эффективность работы тракторов представляет научный и практический интерес.

1.1.1 Характеристика Западносибирской климатической зоны

Климатические условия Западной Сибири, прежде всего, можно охарактеризовать значительными колебаниями температуры воздуха в течение года. Климат Новосибирской области (НСО) характеризуется как резко континентальный, равнинный, суровый, с длительной холодной зимой и непродолжительным, но жарким летом [27]. По многолетним наблюдениям перепад среднемесячных температур воздуха в НСО находится в пределах от минус 24,2 0С в январе до плюс 25 0С в июле. Более 80% дней в году укладывается в данный температурный диапазон. Среднее количество дней в году с температурой воздуха ниже минус 30 0С составляет 21,8; а с температурой воздуха выше плюс 30 0С - 7,7 [74]. Перепад абсолютных температур достигает 91 0С [116]. При этом среднегодовая температура воздуха равна минус 0,1 0С. Графики среднемесячной температуры, среднемесячного максимума и среднемесячного минимума, составленные на основе литературных данных [27, 74], приведены на рисунке 1.1.

Среднегодовое атмосферное давление составляет 753 мм.рт.ст., среднемесячное колеблется в пределах от 743,9 до 758,3 мм.рт.ст. В условиях отсутствия гористой

местности такие незначительные колебания атмосферного давления особого влияния на работу тракторов не оказывают.

Рисунок 1.1 - График среднемесячных температур воздуха в НСО.

Показатели влажности воздуха в течение года меняются в довольно широких пределах, при этом, естественно, зимой воздух менее влажный, чем летом. Среднегодовая относительная влажность воздуха составляет 74%, а среднее количество дней в году с относительной влажностью более 80% составляет 84.

Известно, что с ростом температуры ОС, влагоемкость воздуха - количество влаги, которое он может полностью растворить без выпадения росы - увеличивается. Например, при температуре минус 30 °С влагоемкость воздуха составляет 0,29 г/м3, а при температуре плюс 30 0С - 30,32 г/м3 [18]. По данным исследований [75, 104], такое изменение влагосодержания не оказывает значительного влияния на экономичность двигателя. Например, в исследовании [75] было установлено, что повышение абсолютной влажности воздуха от 2,18 до 81,72 г/м3 приводит к увеличению удельного эффективного расхода топлива ) не более чем на 1,3%, что находится в пределах ошибки при его определении.

1.1.2 Физические свойства воздуха, топлива и масла

Одним из важных факторов, влияющих на показатели МТУ, является температура поступающего в цилиндры воздуха, которая в свою очередь, определяется конструктивными параметрами двигателя, режимом его работы, а также температурой воздух, который омывает боковые поверхности установки.

Большой диапазон колебаний температуры ОС оказывает значительное влияние на свойства воздуха, и, в первую очередь, на его плотность. При помощи уравнения Клапейрона - Менделеева несложно подсчитать, что при падении температуры воздуха от плюс 25 до минус 25 0С (при условии неизменного атмосферного давления) его плотность увеличивается с 1,19 до 1,42 кг/м3, или на 16,2%.

Изменение динамической вязкости воздуха, Пас, при различных температурах можно оценить при помощи уравнения Сазерленда [10]:

3

0 0 293,2 + Сс Г Тр X2

* Г+С.

293,2

(1.1)

где ¡1Т - динамическая вязкость газа при рассматриваемой температуре, Па-с;

- динамическая вязкость газа при нормальных условиях (при температуре ОС 20 0С, ^°=17,08-10-6 Пас);

Тг - температура газа, для которой рассчитывается вязкость, К;

Сс - постоянная Сазерленда (для воздуха в области умеренных давлений и

температур принимается С =112).

Из анализа приведённого уравнения видно, что при изменении температуры воздуха от минус 25 до плюс 25 0С вязкость воздуха увеличивается с 15,82-10-6 до 18,29-10-6 Пас, или на 13,5 %.

Так как системы топливоподачи большинства дизельных двигателей не имеют устройств для предпусковой тепловой подготовки топлива, то вместе с падением температуры ОС происходит изменение его вязкости, плотности и поверхностного натяжения. Следует иметь в виду, что по мере выхода двигателя на нормальный

тепловой режим, топливо в системе высокого давления за счет конвективного теплообмена нагревается до температуры, превосходящей температуру ОС на 10...40 0С [5, 111], но всё равно его температура намного ниже величины, характерной для работы двигателя при положительной температуре ОС.

Надежность и качество топливоподачи во многом зависит от вязкости топлива. Уменьшение вязкости улучшает качество распыла: уменьшается средний диаметр капель и, соответственно, время их испарения, что положительно влияет на пусковые качества двигателя, полноту сгорания и т.д. Вместе с тем, чрезмерно малая вязкость (менее 2,5.3 сСт при 20 0С) вызывает повышенные утечки топлива через плунжерные пары топливного насоса высокого давления (ТНВД) и распылители форсунок, уменьшая коэффициент подачи [56] (отношение действительного объёма топлива, впрыснутого форсункой, к объёму, вытесненному плунжером при данном положении рейки ТНВД). По имеющимся данным, уменьшение вязкости топлива с 6 до 3 сСт вызывает уменьшение коэффициента подачи с 0,61 до 0,55 [78]. Разброс вязкости от 3 до 6 сСт укладывается в требования ГОСТ 305-2013 «Топливо дизельное. Технические условия» для топлив марок «Л» и «Е» при нормальных условиях. В то же время в эксплуатационных условиях из-за колебаний температуры ОС разброс вязкости может быть ещё больше, что может стать причиной значительных изменений в количестве подаваемого топлива и качестве процесса смесеобразования.

Кинематическая вязкость при падении температуры топлива подчиняется следующей зависимости [56]:

уг = од(1010[1,97-°,54610^-200)] -1,7), (1.2)

где Тт - температура топлива в данных условиях, К.

Плотность дизельного топлива непосредственно влияет на цикловую подачу и несколько изменяет дальнобойность струи [78]. Зависимость плотности топлива от его температуры определяется уравнением:

Рт = Р293 - 0,693(т> - 293), (1.3)

где р293 - плотность топлива при температуре 293 К, кг/м3.

Известно, что величина поверхностного натяжения оказывает значительное влияние на качество процесса смесеобразования. Чем поверхностное натяжение меньше, тем более мелко и однородно распыляется топливо, что ведет к сокращению времени его испарения. Величина поверхностного натяжения, Н/м подчиняется линейной зависимости [56]:

ап = - 0,076(Тт - 293), (1.4)

где ст293- поверхностное натяжение при 293 К, Н/м.

Вязкость масла является важным показателем, во многом определяющим эффективность эксплуатации агрегатов МТУ в условиях низких температур. К вязкостно-температурным свойствам масел предъявляются противоречивые требования. С одной стороны, масло должно иметь невысокую вязкость при низких температурах, что позволяет обеспечить необходимое усилие на прокручивание механизмов и надежную смазку трущихся поверхностей. Это особенно важно для двигателей с газотурбинным наддувом, так как задержка поступления масла в подшипник турбокомпрессора приводят к его преждевременному износу (см. приложение А) [73, 81]. Кроме того, в процессе работы механизма менее вязкое масло способствует снижению механических потерь и улучшает отвод теплоты из зоны трения [33, 58]. С другой стороны, при нормальном тепловом режиме, вязкость не должна быть ниже предельно допустимого значения, что может привести к разрушению масляной плёнки и переходу с гидродинамического на граничное трение, в результате чего резко возрастает износ деталей [33].

Зависимость кинематической вязкости масла от его температуры, как правило, имеет криволинейный характер, который удобно определять с помощью уравнения Вальтера [92]:

^(ц + 0,8) = А - В, (1.5)

где ц - кинематическая вязкость масла данной марки при данных температурных

условиях, сСт;

А, В - постоянные коэффициенты для масла данной марки; Тм - температура масла, К.

Вязкостные характеристики масла зависят не только от его температуры, но и от давления в слое масла, причём вязкость увеличивается по мере роста давления. Это явление следует учитывать при эксплуатации МТА в условиях низких температур, так как масло, имеющее удовлетворительную вязкость при атмосферном давлении, попадая на поверхности трения с достаточно высокими контактными нагрузками, может становиться более вязким, в результате чего ухудшаются пусковые качества двигателей, увеличиваются механические потери в МТУ, могут возникать перебои в подаче смазки к поверхностям трения, повышаться нагрузки на подшипниковые узлы и т.д.

Кроме того, при низких температурах начинают проявляться признаки структурной вязкости, обусловленной возникновением в масле структур из застывших углеводородов. При проворачивании механизма, структуры, содержащие твердые углеводороды, под действием деформирующей силы могут разрушаться, т.е. при одной и той же температуре в зависимости от величины деформирующей силы масло может иметь различную вязкость. Для структурной вязкости характерна ее зависимость не только от температуры, но и градиента скорости сдвига. С увеличением скорости сдвига вязкость масла уменьшается.

Для прогнозирования вязкости при повышенных давлениях можно использовать формулу Гурвича [33]:

1Р = 1 (1Ркон), (1.6)

где 1Р - динамическая вязкость масла при данном давлении, Па-с;

10 - динамическая вязкость масла при атмосферном давлении, Па-с;

ап - пьезокоэффициент вязкости, зависящий от химического состава и

температуры масла;

Ркон - давление в масляном слое, для которого определяется динамическая вязкость, Па.

1.1.3 Индикаторные и эффективные показатели

Наиболее полный анализ влияния температуры впускного воздуха на индикаторные показатели рабочего процесса дизельных двигателей проведен такими авторами, как Антонец Д.А, Ташкинов Г.А, Бородич A.M., Матиевский Д.Д. Анализ работ этих и некоторых других исследователей показал, что снижение температуры воздуха на впуске в цилиндр значительно улучшает индикаторные показатели рабочего процесса дизелей [5, 6, 9, 69, 77, 105, 114]. Вне зависимости от наличия турбонаддува, более чувствительны по ряду параметров к температуре воздуха на впуске дизели с непосредственным впрыском и жидкостным охлаждением, а наименее чувствительны двигатели, имеющие воздушное охлаждение с разделенными или полуразделенными камерами [107].

Снижение температуры ОС сопровождается повышением весового наполнения цилиндров из-за повышенной плотности воздушного заряда и увеличением показателя политропы сжатия Ц), который характеризует процесс теплообмена между рабочим телом и системой охлаждения в период сжатия. По имеющимся данным [5,6], понижение температуры ОС с плюс 20 до минус 37 0С приводит к увеличению показателя политропы от 1,34 до 1,45 при условии нормального теплового режима двигателя. Давление конца такта сжатия (Рс) в данном случае увеличивается с 3,33 до 4,12...4,32 МПа.

Поддержание температуры охлаждающей жидкости (ОЖ) на уровне 90.105 0С при отрицательных температурах ОС крайне желательно, но не всегда возможно [106]. Это особенно затруднительно в зимний период на машинах с неотключаемым вентилятором и с неутепленным капотом, поэтому следует иметь в виду, что при работе со сниженной температурой ОЖ, показатель политропы n1 может не только не увеличиваться, а даже снижаться в результате интенсификации отвода теплоты от рабочего тела в стенки цилиндра [6].

Во время подачи топлива в камеру сгорания, несмотря на значительный рост Рс, происходит увеличение периода задержки самовоспламенения (xi). Причинами

этого могут быть: низкая температура топлива и, как следствие, ухудшение качества его распыла, а также низкая температура конца такта сжатия (тс). По данным [6], при номинальной подаче топлива и понижении температуры ОС от плюс 20 до минус 37 0С, увеличивается на 10° поворота коленчатого вала, а при подаче топлива 50% от номинальной - на 18°.

Широко известно о влиянии величины zi на жёсткость работы дизеля (dp/dp) и максимальное давление цикла (PZ) [64]. Влияние объясняется тем, что за в камере сгорания накапливается определенное количество топлива и, чем больше будет zi, тем большая порция топлива будет участвовать в дальнейших фазах сгорания. По данным Матиевского Д.Д., полученным при испытаниях безнаддувного дизеля Д6 с камерой сгорания типа ЦНИДИ [69], увеличение , вызванное снижением

температуры ОС от плюс 60 до минус 10 0С, приводит к росту dp/dp в 1,6.2,2 раза (от 0,5.0,74 до 1,079.1,177 МПа/градус). PZ при этом возрастает на величину 0,7 МПа. Следует отметить, что в ходе опытов наблюдалось увеличение индикаторного КПД (r), вызванное, по мнению автора, снижением потерь теплоты в систему охлаждения. Это является следствием того, что подвод теплоты происходит с большей скоростью и при меньшей площади поверхности камеры сгорания. Кроме того, повышенный коэффициент избытка воздуха («), при условии постоянства часового расхода топлива (GT = const), снижает среднюю температуру цикла, что также уменьшает интенсивность теплообмена.

По данным [55], в зависимости от нагрузки и наличия наддува при понижении температуры ОС от плюс 24 до минус 33 0С, происходит рост r на 4.15%. Установлено, что при работе двигателя с наддувом на частичных нагрузках темп роста r ниже по сравнению с безнаддувным вариантом. Эти данные также подтверждают результаты опытов по определению теплового баланса двигателя СМД-14 [16]. В интервале температур ОС от плюс 15 до минус 40 0С потери тепла в систему охлаждения сократились с 31 до 19%, а с отработанными газами (ОГ) - с 35 до 28%. Кроме того, отмечается, что при снижении нагрузки и температуры ОЖ, r

снижается из-за смещения процесса сгорания топлива за верхнюю мертвую точку (ВМТ) на линию расширения.

Таким образом, снижение температуры ОС оказывает существенное влияние на протекание процесса подвода теплоты в дизельных двигателях и повышает индикаторный КПД цикла за счёт изменения характера процесса сгорания.

Механические потери в ДВС обусловлены трением в сопрягаемых узлах, работой, затрачиваемой на совершение насосных ходов и привод вспомогательных механизмов.

Баланс структуры механических потерь на основе данных [113], приведенный в таблице 1.1, показывает, что у дизельных двигателей с турбонаддувом самая большая доля механических потерь на номинальном режиме приходится на трение в цилиндропоршневой группе (ЦПГ).

Таблица 1.1 - Распределение составляющих механических потерь дизеля 8ЧН12/12 [113]

Механические потери в дизеле 8ЧН 12/12 Величина потерь, кПа Доля от суммарных потерь, %

Трение в цилиндро-поршневой группе 1370 48

Трение в коренных

и шатунных подшипниках; привод вспомогательных 672 23,5

агрегатов.

Потери на перепуск газов в картер 400 14

Неучтенные потери 229 8

Потери на газообмен 185 6,5

Суммарные потери 2860 100

Как известно, сила трения колец и юбки поршня о стенку цилиндра главным образом обусловлена геометрическими параметрами кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и давлением газов в надпоршневом пространстве. Повышение йр/йф и Р2 при снижении температуры ОС значительно увеличивают нормальную силу (Nп), с которой поршень прижимается к гильзе цилиндра во время рабочего хода. Так, при снижении температуры ОС от плюс 20 до минус 37 0 С, у двигателя Д6 Nп увеличивается с 2,27 до 9,9 кН [22]. Результатом является снижение механического КПД с 0,85 до 0,69.

Отдельного внимания заслуживает влияние температуры ОС на работу насосных ходов дизелей с турбонаддувом. Известно, что давление газов перед

турбиной увеличивается при снижении температуры ОС. Например, для двигателя ЯМЗ-238НБ с изобарной системой наддува, давление газов перед турбиной (pt) на номинальном режиме возрастает с 3,33-10-2 до 4,13-10-2 МПа в диапазоне температур ОС от плюс 65 до плюс 5 0с [66]. В то же время, давление наддувочного воздуха (pК) остается ниже PT во всём исследованном авторами диапазоне и изменяется с 1,87 до 3,07 ■ 10-2 МПа. Одновременно при падении температуры ОС происходит увеличение отношения PK/PT от 0,56 до 0,74. Данное отношение оказывает прямое влияние на величину механических потерь. Например, в работе Портнова Д.А. указано, что при повышении PK/PT от 0,9 до 1,2 при рК = const = 17,7 10-2 МПа, среднее давление насосных ходов уменьшается от 7,8 10-2 до 2,1-10-2 МПа [90].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хомченко Егор Николаевич, 2019 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Агзагов Н.М. Условия и режимы работы автотракторных двигателей / Н.М. Агзагов, B.C. Койчев, И.И. Газизов // Механизация и электрификация сельского хозяйства - 2007 - №7.

2. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента М.: Металлугия, 1969 -155 с.

3. Арженовский А.Г. Совершенствование методики определения сопротивления рабочих машин / А.Г. Арженовский и др. // Вестник аграрной науки Дона - 2017. -№2 (38).

4. Анисимов Б.М. Исследование влияния физических и экономических факторов на оптимальные значения мощности двигателя и рабочих скоростей МТА: автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук - Москва, 1982 - 19 с.

5. Антонец Д. А. Исследование работы дизельного двигателя с непосредственным впрыском при эксплуатации в условиях низких температур окружающего воздуха/ Д.А. Антонец // Автореферат дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.20.03) - Иркутск, 1973 -23с.

6. Антонец Д.А. Особенности протекания рабочего процесса дизельного двигателя с непосредственным впрыском при низких температурах окружающего воздуха / Д.А. Антонец, A.M. Бородич, Г.А. Ташкинов // Зимняя эксплуатация двигателей внутреннего сгорания - Иркутск, 1973 - с. 1.

7. Бах А.Н. Исследование работоспособности цилиндропоршневой группы двигателя СМД-14 при эксплуатации его в условиях новосибирской области / А.Н. Бах // Автореферат дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.20.03) -Новосибирск, 1974 -22с.

8. Белов П.М. Двигатели армейских машин, часть 1. Теория / П.М. Белов, В.Р. Бурячко, Е.И. Акатов - М., Воениздат, 1971. - 512 с.

9. Берестнев Г.А. Обеспечение стабилизации температуры наддувочного воздуха в комбинированных двигателях путем применения теплового

аккумулятора/Г.А.Берестнев // Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.04.02) - Челябинск, 2006 - 143 с.

10. Берешнайдер С. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчёта: Монография. - Ленинград.: Химия, 1966 - 536 с.

11. Бобкова, С.И. Актуальные вопросы методики учета затрат и исчисления фактической себестоимости работ и услуг машинно-тракторного парка в сельскохозяйственных организациях / С.И. Бобкова // Экономический анализ: теория и практика. - Москва, 2011. - №9. - с. 27-33.

12. Болдин А.П. Основы научных исследований. Учебник / А.П. Болдин В.А. Максимов М.: Академия, 2014 - 352 с.

13. Болтинский В.Н. Работа тракторного двигателя при неустановившейся нагрузке / В.Н. Болтинский - Москва: Сельхозгиз, 1949. - 216 с.

14. Болтинский В.Н. Развитие научных исследований по созданию скоростных машинно-тракторных агрегатов и внедрение их в производство / В.Н. Болтинский // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1969-№№ 9,10.

15. Борисов Е.А. Учёт времени работы трактора по показаниям мотосчетчика / Е. Борисов // Техника в сельском хозяйстве. - 1975 - №5.

16. Бородич A.M. Температура окружающей среды и тепловой баланс дизельного двигателя на установившемся режиме работы / A.M. Бородич, В.Н. Перепелица, P.A. Масловец // Двигатели внутреннего сгорания: сб. статей -Иркутск, 1974. - С.149-155.

17. Бродянский В.М. Эксергетический метод и его приложения / В.М. Бродянский, В. Фратшер, К. Михалек - М.: Энергоатомиздат, 1988. — 288 с.

18. Бэр Т.Д. Техническая термодинамика. Теоретические основы и технические приложения: Учебное пособие. - М.: Мир, 1977 - 519 с.

19. Васильченко A.M. Снижение низкочастотной вибрации на рабочем месте механизатора при использовании гусеничных тракторов в зимних условиях / A.M. Васильченко. Дисс. канд. техн. наук.- Новосибирск, 2006.-228 с.

20. Велев Н. Резерви за икономия на гориво через рационально агрегатиране на тракторите / Н.Велев // Механизацща сельхоз производньа. - 1985 - №6.

21. Величковский А.Д. Анализ энергоиспользования и систем воздухоснабжения в дизельных двигателях с газотурбинным наддувом. // Тракторы и автомобили: сб. науч. тр. НИИСИ. - М., 1975. - Том XII. - Вып. 2.

22. Верховец И.Г. Некоторые причины повышенного изнашивания дизельного двигателя в условиях низких температур окружающего воздуха / И.Г. Верховец, Д.А. Антонец // Двигатели внутреннего сгорания: сб. статей - Иркутск, 1974. -С.126-131

23. Взоров Б.А. Форсирование тракторных двигателей / Б.А. Взоров, М.М. Мордухович - М.: Машиностроение, 1974 - 152 с.

24. Власов П.А, Особенности эксплуатации дизельной топливной аппаратуры / П.А. Власов-М.: Агропромиздат, 1987. - 127 с.

25. Володин А.И. Влияние закона тепловыделения на характеристики индикаторного процесса дизеля // Вестник всесоюзного ин-та ж/д транспорта. - 1962 - с.16-19

26. Вопросы применения на тракторах двигателей постоянной мощносии [Текст]: труды НАТИ / ред. А.П. Банник, И.И. Трепененков. - М: НАТИ, 1982. - 69 с.

27. Воронина Л. В. Климат и экология Новосибирской области: монография / Л.В. Воронина, А.Г. Гриценко. - Новосибирск: СГГА, 2011. - 228 с.

28. Гайдадин А.Н. Использование метода композиционного планирования эксперимента для описания технологических процессов. Методические указания / А.Н. Гайдадин, С.А. Ефремова - Волгоград: ВолгГТУ, 2008 - 16 с.

29. Грачев B.C. Создание дизелей АО «Алтайдизель» типа ДПМ / B.C. Грачев и др. - Совершенствование быстроходных дизелей. Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Барнаул, 1993. - с. 3-4.

30. Грибов И.В. Мощность - основной показатель для трактора тягово-энергетической концепции / И.В. Грибов, Н.В. Перевозчикова // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина» - 2017 - №5.

31. Гроздиевский В.И. Исследование влияния атмосферного воздуха на эффективные показатели дизеля с турбонаддувом / В.И. Гроздиевский, Н.Я. Корба // Тракторы и сельхозмашины. - 1966. - № 11. - С.44-47.

32. Гроздиевский В.Н. Турбонаддув дизелей СМД / В.Н. Гроздиевский, H.A. Коваль // Тракторы и сельхозмашины. - 1960 - №7.

33. Гуреев A.A. Химмотология / A.A. Гуреев, И.Г. Фукс, В.Л. Лашхи - М.: Химия, 1986. - 368 с.

34. Дорменев С.И. Тракторные моторно-трансмиссионные установки с двигателями постоянной мощности / С.И. Дорменев и др. - М.:Машиностроение. -1987. - 184 с.

35. Дьяченко Н.Х. Автотракторные двигатели с наддувом / Н.Х. Дьяченко. -Москва; Ленинград: Машгиз, (Ленингр. отд.), 1953. - 196 с.

36. Дьячко, Г.В Экономическое обоснование в диссертации на соискание степени кандидата технических наук / Г.В. Дьячко. - М.: 1994. - 204 с.

37. Единый тарифно-квалификационный справочник работ и профессий рабочих (ЕТКС): Постановление Минтруда РФ от 15.11.1999 №45 // Собрание законодательства. - 2003. - №31. - с. 813

38. Ждановский Н.С. Режимы работы двигателей энергонасыщенных тракторов / Н.С. Ждановский и др. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение. - 1981. -240 с.

39. Жегалин О.И. Вероятностная оценка режимов работы тракторного дизеля / О.И. Жегалин, П.Д. Луначев // Тракторы и сельхозмашины. - 1985 - №10 - с.6-9

40. Иванников, А.Б Вторичное использование теплоты выхлопных газов двигателя для повышения эффективности функционирования агрегатов на примере коробки передач трактора: Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.20.01) -Новосибирск, 2017 -181с.

41. Иванов П.В. Особенности работы двигателя совместно с турбокомпрессором с регулируемой турбиной / П.В. Иванов // Энергомашиностроение - 1961 - №5

42. Иофинов С.А. Эксплуатация машинно-тракторного парка / С.А. Иофинов, Г.П. Лышко - М.: Колос,1984. - 351 с.

43. Кабаков Н.С. Исследование трактора с гидродинамическим трансформатором / Н.С. Кабаков // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1960- № 6.

44. Как устроены моторы Формулы-1 2014 года / Драйв: интернет портал. 24.01.2014 - Режим доступа: URL:https://www.drive.ru/technic/52e23bb194a65690ce00013e.html (дата обращения: 21.11.2017).

45. Карнаухов В.Н. Разработка рекомендаций автомобильной промышленности по учёту влияния низких температур воздуха на топливную экономичность / В.Н. Карнаухов // Нефть и газ Западной Сибири. Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - 1996. - Том 2 - с. 162.

46. Катольник В.М. Исследование работы дизеля Д-37Е с турбонаддувом / В.М. Катольник и др. // Тракторы и сельхозмашины. - 1967 - №7. - с.14-16

47. Кириллин В.А. Техническая термодинамика. / В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.Е. Шейдлин - М.: Наука, 1979. - 512 с.

48. Киртбая Ю.К. Исследование динамики тягового сопротивления сельскохозяйственных машин и орудий/Ю.К. Киртбая // Сельхозмашина. - 1952 -№12.

49. Киселев НИ. Трактор Т-40М с дизелем постоянной мощности/Н.И. Киселев, П.П. Ефремов // Тракторы и сельскохозяйственные машины - 1993 - №1 -с.13-15.

50. Классификация основных средств, включаемых в амортизационные группы: Постановление Правительства РФ от 01.01.2002 N 1 (ред. от 28.04.2018) // Собрание законодательства. - 2002. - № 1 - с. 224

51. Коган Е.А. Экономический критерий повышения рабочих скоростей машинно-тракторных агрегатов / Е.А. Коган // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1960- №1.

52. Корсун H.A. Использование трактора Т-150К на транспортных работах / H.A. Корсун, В.Е.Ясеневич, В.Д. Стегно // Тракторы и сельхозмашины. - 1972 -№10.

53. Корсун H.A. Как используются тракторы Т-150К/Н.А. Корсун и др. // Сельский механизатор. - 1977 - №2.

54. Кривов В.Г. Повышение эффективности функционирования МТА за счёт применения ДПМ со свободным впуском воздуха и пневмогидравлического упругого элемента в механизме навески трактора. Автореф. дисс. докт. техн. наук.-С.-Петербург, 1994.- 37 с.

55. Крохта Г.М. Исследование по повышению экономичности двигателя трактора Т-150К при механизации сельскохозяйственных процессов в условиях низких температур окружающего воздуха. Дисс. канд. техн. наук.- Новосибирск, 1977.-143 с.

56. Крохта Г.М. Особенности эксплуатации тракторов в условиях низких температур. Монография / Г.М. Крохта - ИЦ НГАУ «Золотой колос» - Новосибирск, 2017 - 376с.

57. Крохта Г.М. Повышение эффективности работы дизельных двигателей с газотурбинным наддувом / Г.М. Крохта, E.H. Хомченко, H.A. Усатых // Тракторы и сельхозмашины - 2014 - №7 - с.14-17.

58. Крохта Г.М. Повышение эффективности эксплуатации энергонасыщенных тракторов в условиях Западной Сибири. Дисс. докт. техн. наук.- Новосибирск,1995.-409 с.

59. Крохта Г.М. Прибор для диагностики некоторых параметров технического состояния двигателей внутреннего сгорания в эксплуатационных условиях, информлисток №619 / Г.М. Крохта, В.В. Капканец - Новосибирск, 1975.

60. Крохта Г.М. Экономичность тракторного дизеля с турбонаддувом на частичных нагрузках. Труды НСХИ, вып. 91, 1976. - с. 112-116.

61. Крохта Г.М. Эксергетическая оценка эффективности газотурбинного наддува тракторного двигателя двигателя / Г.М. Крохта, E.H. Хомченко // Вестник НГАУ. - 2013 - №1 - с. 135-140.

62. Кугель P.B. Характеристики использования тракторов класса 1,4 и 3,0 тс по видам работ / Р.В. Кугель и др. // Тракторы и сельхозмашины. - 1972 - №9.

63. Кукис B.C. Работоспособность отработавших газов ДВС. Деп. Автомобильная промышленность. - ЦНИИТЭИАвтопром. - 1988. - №1874.

64. Лазарев Е.А. Влияние интенсивности тепловыделения в начальном периоде сгорания на рабочий цикл дизеля/Е.А. Лазарев, Т.Д. Драгунов, Б.Л. Арав // в кн. Исследование рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания - Ангарск, 1973 - С.110-115.

65. Левит М.С. Исследование влияния атмосферного давления и температуры поступающего в двигатель воздуха на рабочий процесс быстроходных автотракторных двигателей: автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук - М., 1968 - 19 с.

66. Лейбзон З.И. Влияние температуры и влажности воздуха на эффективные показатели двигателя ЯМЗ-238НБ / З.И. Лейбзон и др. // Труды НАМИ вып. 83-Москва, 1966г. - с.23

67. Маковеев Ю.П. Исследование дизеля Д-240 с турбонаддувом / Ю.П. Маковеев, З.А. Мкртумян // Тракторы и сельхозмашины. - 1973 - №5 - с.13-14

68. Масленников М.М. Авиационные поршневые двигатели / М.М. Масленников, М.С. Раппипорт - М.: Оборонгиз, 1951 - 848 с.

69. Матиевский Д.Д. Исследование влияния температуры воздуха на впуске на тепловыделение и показатели работы дизелей / Д.Д. Матиевский, П.А. Антонов, АЛ. Новоселов // Исследование и совершенствование рабочего процесса, систем турбонаддува дизелей. - Барнаул, 1973. - С.68-86

70. Мельников, C.B. Планирование эксперимента в исследовании сельскохозяйственных процессов / C.B. Мельников, В Р. Алешкин, П.М. Рощин - Л.: Колос. Ленингр. отд-ние. - 1980. - 168 с.

71. Моргулис Ю.Б. Двигатели постоянной мощности / Ю.Б. Моргулис и др. -Исследование эффективности применения на тракторах двигателей постоянной мощности. Труды НАТИ, вып. 257, 1978. - С. 65-75

72. Моргулис Ю.Б. Пути повышения технического уровня тракторных и комбайновых двигателей / Ю.Б. Моргулис, C.B. Микуленок - ЦНИТЭИ тракторосельхозмаш, 1984 вып.6, - 32 с.

73. Моргулис Ю.Б. Системы регулирования давления наддува тракторных и комбайновых дизелей / Ю.Б. Моргулис. М.: ЦНИТЭИ тракторосельхозмаш, 1982 вып.3, - 40 с.

74. Научно-прикладной справочник по климату СССР: Справочник. Вып. 20 / Ред. З.Н. Пыльникова. - СПб: Гидрометеоиздат, 1993. - 717с.

75. Нгуен Ван Бинь. Влияние влажности и температуры окружающего воздуха на рабочий процесс дизеля с высоким наддувом: автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.04.02) - Харьков, 1966 - 23 с.

76. Несмиян А.Ю. Оценка эксплуатационных показателей почвообрабатывающих машинно-тракторных агрегатов / А.Ю. Несмиян, А.Г. Арженовский, Я.В. Еременко, А.К. Кулаков // Агроснабфорум - 2018. - №5(61).

77. Нефедов В.И. Улучшение параметров форсированных дизелей воздушного охлаждения изменением глубины охлаждения наддувочного воздуха // В.И. Нефедов / Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.04.02) - Челябинск, 1998 - 176 с.

78. Нефтепродукты. Свойства, качество, применение: Справочник. / ред. Б.Ф. Лосиков. - М.: Химия, 1966. - 776 с.

79. Николаенко A.B. Повышение эффективности использования тракторных дизелей в сельском хозяйстве / A.B. Николаенко, В.Н. Хватов - Ленинград: Агропромиздат, 1986. - 191 с.

80. Орлин A.C. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / A.C. Орлин (ред.), Д.Н. Вырубов М.: Машиностроение. - 1983. - 372 с.

81. Пат. № 131087, Российская федерация, U1 МПК F01M 11/06. Устройство для подачи масла в подшипники турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания / Крохта Г.М., Хомченко E.H.; патентообладатель ФГБОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет. - №2012114155/06; заявл. 10.04.2012; опубл. 10.08.2013, Бюл. № 22.

82. Пат. № 1437527, СССР, С1 МПК F02B 37/00. Способ работы двигателя внутреннего сгорания / Крохта Г.М., Усатых H.A., Лесовицкий И.В.; заявитель и патентообладатель Новосибирский сельскохозяйственный институт. - № 4209949/25-06; заявл. 20.01.1987; опубл. 15.11.1988, Бюл. № 42.

83. Пат. № 1536226, СССР, С1 МПК G01L 23/22. Устройство для контроля загрузки двигателя внутреннего сгорания / Крохта Г.М., Усатых H.A., Романов В.И.; заявитель и патентообладатель Новосибирский сельскохозяйственный институт. - № 4408838/24-10; заявл. 12.04.1988; опубл. 15.01.1990, Бюл. № 2.

84. Пат. № 2534833, Российская федерация, С1 МПК F02B 37/18, F02D 23/00. Устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания / Крохта Г.М., Хомченко E.H., Усатых H.A.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет. - №2013121530; заявл. 07.05.2013; опубл. 10.12.2014, Бюл. № 34.

85. Пат. № 2559207, Российская федерация, С1 МПК F02B 37/16, F02B 37/18, F02D 23/00. Турбокомпрессор для наддува двигателей внутреннего сгорания / Крохта Г.М., Усатых H.A., Хомченко E.H.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет. - № 2014106721/06; заявл. 21.02.2014; опубл. 10.08.2015, Бюл. № 22.

86. Пейсахович В.И. Влияние конструкции и скорости посевных агрегатов на показатели петлевого поворота/В.И. Пейсахович, В.А. Родичев // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1969 - №9.

87. Петров В.А. Гидрообъёмные трансмиссии самоходных машин / В.А. Петров - М.: Машиностроение. - 1988. - 248 с.

88. Поветкин Г.М. Исследование эффективности работы тракторного двигателя с турбонаддувом на переходных режимах / Г.М. Поветкин и др. // Тракторы и сельхозмашины. - 1986 - №8.

89. Попов В.Н. Результаты испытания двигателя Д-130 при неустановившейся нагрузке / В.Н. Попов, В.А. Гусятников // Тракторы и сельхозмашины. - 1964 - №7.

90. Портнов Д.А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия / Д.А. Портнов - Москва: МАШГИЗ - 640 с.

91. Прокопенко, Н.И. Экспериментальные исследования двигателей внутреннего сгорания : учебное пособие / Н.И. Прокопенко. - С-Пб: Лань, 2010. -592 с.

92. Проскуряков В.А. (ред.) Химия нефти и газа / В.А. Проскуряков (ред.), Драбкин А.Е. (ред.) - Ленинград: Химия, 1981. - 359 с.

93. Рогов В.А. Методика и практика технических экспериментов / В.А. Рогов, Г.Г. Позняк М.: Академия, 2005 - 288 с.

94. Романов В.И. Повышение топливной экономичности трактора Т-150К с помощью системы автоматического отключения газотурбинного наддува Дисс. канд. техн. наук.- Новосибирск,1988.-170 с.

95. РТМ 23.2.36-75. Основы планирования эксперимента в сельскохозяйственных машинах.

96. Савельев А.П. Автоматическое управление режимами работы машинно-тракторных агрегатов / А.П. Савельев, C.B. Глотов, С.Б. Тимонин, B.C. Глотов // Сельский механизатор - 2015. - №12.

97. Савельев А.П. Испытания топливной системы двигателей при неустановившемся скоростном режиме / А.П. Савельев, C.B. Глотов, С.Б. Тимонин, B.C. Глотов // Сельский механизатор - 2015. - №8.

98. Сазонова, Д.Д. Структура себестоимости производства сельскохозяйственной продукции в фермерских хозяйствах Тамбовской области / Д.Д. Сазонова // Никоновские чтения. - Москва, 2006. - с. 106-108.

99. Светозаров В.А. Трактор с автоматической бесступенчатой фрикционной трансмиссией / В.А. Светозаров, В.А. Каменецкий // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1960- № 6.

100. Свирщевский А.Б. Влияние протекания характеристики крутящего момента на работу двигателя при неустановившейся нагрузке / А.Б. Свирщевский // Тракторы и сельхозмашины. - 1959 - №6.

101. Селиванов Н.И. Обоснования рациональных параметров регуляторной характеристики тракторного дизеля для зимних условий / Н.И. Селиванов, А.В.

Кузнецов // Вестннк Красноярского государственного аграрного университета. -2003 - №2.

102. Скотников В.А. Основы теории и расчёта трактора и автомобиля / В.А. Скотников, A.A. Мащенский, A.C. Солонский - М.: Агропромиздат. - 1986 - 383 с.

103. Скотников В.А. Проблемы современного сельскохозяйственного тракторостроения/ В.А. Скотников и др.-Мн.: Выш. школа, 1983. - 208 с.

104. Соин Ю.В. Исследование влияния повышенных температур и относительной влажности окружающего воздуха на работу дизеля при эксплуатации тепловозов в тропических условиях: автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук - М., 1981 - 27 с.

105. Тарасенко В.Е. Построение регрессионной модели удельного расхода топлива дизеля Deutz BF06M1013FC/B.E. Тарасенко, A.A. Жешко // Современные проблемы освоения новой техники, технологий, организации технического сервиса в АПК : материалы Междунар. науч.-практ. конф., Минск, 7-8 июня 2017 г. - Минск : БГАТУ, 2017. - С. 242-249.

106. Ташкинов Г.А. Повышение эффективности тракторных дизельных двигателей при эксплуатации зимой в условиях Сибири и Дальнего Востока / Г.А. Ташкиров // Исследование рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания -Ангарск, 1973 - с. 176.

107. Ташкинов Г.А. Сравнение показателей рабочего процесса дизелей воздушного и жидкостного охлаждения при низких температурах окружающего воздуха / Г.А. Ташкинов, Ю.К. Мелентьев // в кн. Дизельные двигатели в условиях низких температур - Иркутск, 1979 - с.3 - 7.

108. Тракторы Т-90П и ДТ-75Т: инструкция по эксплуатации 06.00.023/024 ИЭ, 05.00.004 ИЭ / Р.В.Алексеев (отв. ред.) и др. - «Кайнар», Алма-Ата, 1990 - 290 с.

109. Трепененков И.И. Об использовании мощности сельскохозяйственных тракторов / И.И. Трепененков, В.И Мининзон // Тракторы и сельхозмашины. - 1987 - №3.

110. Файнлейб Б.И. Топливная аппаратура автотракторных дизелей / Б.И. Файнлейб -Л.: Машиностроение, 1990. - 349 с.

111. Филимонов А.И. Влияние температуры топлива на мощностные показатели тракторных дизелей / А.И. Филимонов, А.И. Шведский // Тракторы и сельхозмашины.-1972 - № 4.

112. Фрумкис И.В. Исследование гидростатических передач / И.В. Фрумкис, В.И. Мининзон // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1960- № 3.

113. Ханин Н.С. Автомобильные двигатели с турбонаддувом / Н.С. Ханин и др. - Москва - Машиностроение, 1991. — 336 с.

114. Шабалин Д.В. Исследование влияния температуры свежего заряда воздуха на рабочий процесс дизельного двигателя (электронный ресурс) / Шабалин Д.В. // Новости научной мысли - материалы международной научно-практической конференции - 2012г.

115. Шохштейн Т.П. Современные методы термодинамического анализа энергетических установок / Т.П. Гохштейн - М.: Энергия, 1969. - 368 с.

116. Экстремальные температуры воздуха в Сибири: Справочник. / авт.-сост. И.В.Карнацевич. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2010 - 146 с.

117. Audi reveals electric turbocharger technology / Autocar: интернет портал. -Режим доступа: URL:https://www.autocar.co.uk/car-news/motoring/audi-reveals-electric-turbocharger-technology (дата обращения: 21.11.2017).

118. Abbaszadehmosayebi G. Diesel engine heat release analysis by using newly defined dimensionless parameters. A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy / G.Abbaszadehmosayebi, 2014. - 150 p.

119. Alcock, R. Tractor-implement systems / R. Alcock // Avi Publishing. - 1986 -178 p.

120. Attard, W. Development of a 430cc Constant Power Engine for FSAE Competition / W. Attard, H.C. Watson // SAE Technical Paper 2006-01-0745, Detroit, Michigan, USA. - 2006. - 8 p.

121. Controlled Power Technologies / Federal mogul powertrain official website. -Режим доступа: URL: http://www.cpowert.com/products/cobra (дата обращения: 22.11.2017).

122. EAVS supercharger / Eaton worldwide official website. - Режим AOCTyna:URL:http://www.eaton.com/Eaton/ProductsServices/Vehicle/Superchargers/EAV S-supercharger (дата обращения: 21.11.2017).

123. Ferguson C.R. Internal Combustion Engines: Applied Thermosciences / C.R.Ferguson, A.T. Kirkpatric - John Wiley & sons, Ltd, 2014. - 346 p.

124. Krieger R. B. The computation of apparent heat release for internal combustion engines/R. B. Krieger, G. L. Borman // ASME paper no: 66-WA/DGP-4, 1966.

125. Renius, Von Karl Theodor. Traktoren 1993/94 [Text]: научное издание / Von Karl Theodor Renius // Automobiltechn. Z. - 1994. -Vol. 96, N 7-8. - p. 460-470.

126. Richards B. Developing a Full Electric Turbocharger to Achieve Decoupling of the Turbine and Compressor for Heavy Duty Diesel / B. Richards, H. Tran // SIA paper, Rouen, 2016. - 26 p.

127. Rickardo Harry. The High-Speed Internal Combustion Engine (4th ed.)/H. Rickardo - Glasgow, 1953. - 420 p.

128. Tomic M. The Simple Method for IC Engine Heat Release Evaluation from Cylinder Pressure Record / M.Tomicetc // ICSCME paper, 2015, p. 16-23.

ПРИЛОЖЕНИЯ

кая ©еде:

пи

: 1;

С1

(51) мпк

Р023 37/16 (2006.01)

Р023 37/18 <2006.01)

Р020 23/00 (2006.01)

О

ь» о см аз ю ю см

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

! >2) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

:.21)(2 2) Заявка: 2014106721/06, 21.02.2014

(24) /,ата начала отсчета срока действия патента: 21.02.2014

Приоритеты):

1,22) Дата подачи заявки: 21.02.2014

(45) Опубликовано: 10.08.2015 Бюл. № 22

(56) Список документов, цитированных в отчете о г опеке: ЕР 1219799 А2. 03.07.2002 . иБ 6715288 В1, 06.04.2004 . Яи 2131981 С1, 20.06.1999. Эи 1379479 А1, 07.03.1988. 1Ш 129996 и1, 10.07.2013. Ш 4886416 А, 12.12.1989

Адре: для переписки:

630039, г.Новосибирск, ул. Добролюбова, 160, НГАУ, научная часть, Мякишевой Л.Б.

(72) Автор(ы):

Крохта Геннадий Михайлович (ГШ), Усатых Николай Александрович (ШТ), Хомченко Егор Николаевич (1111)

(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный аграрный университет (1Ш)

(54) ТУРБОКОМПРЕССОР ДЛЯ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение может быть использовано в комб тированных двигателях внутреннего сгорания с регулируемым наддувом. Турб жомпрессор для наддува двигателей внутреннего сгорания включает в себя корпус (3) турбины, колесо (1) турбины, венец (2) сопловый, вставку (4) турбины, корпус (10) компрессора, вставку (16) компрессора и как минимум один исполнительный механизм (9) с рычагом (8). Турбина дополнительно снабжена поворотной втулкой (5), удерживаемой от осевого перемещения упорным кольцом (7). На боковой поверхности поворотной втулки (5) выполнен

ряд отверстий (6), совпадающих с отверстиями во вставке (4) гурбины и направленных под углом к оси ротора турбокомпрессора. В компрессоре установлена вставка (16), образующая перепускной канал. На боковой поверхности корпуса (10) компрессора выполнены отверстия (15). На всасывающем патрубке корпуса установлен обратный клапан (14) для перепуска воздуха мимо компрессора при возникновении перепада давлений между полостями всасывания и нагнетания (12) и (13). Технический результат заключается в повышении надежности работы турбокомпрессора. 1 ил.

Л с

Гч>

(л ел (О к> о

-■4

О

159

Приложение Г (рекомендуемое)

Диаграмма потоков эксергии в дизельном двигателе с турбонаддувом

I - процесс сгорания; II - процесс превращения эксергии в работу; III -процесс потери эксергии через систему охлаждения; IV - процесс потери эксергии в выпускном коллекторе; V - процесс превращения продуктов сгорания в механическую работу газовой турбины; VI - процесс увеличения эксергии воздуха в компрессоре за счёт работы турбины; VII - процесс потери эксергии с выхлопными газами.

Ет - химическая эксергия поступающего в двигатель топлива, Дж; Ев -эксергия воздуха на входе в двигатель, Дж; Ье - эффективная работа двигателя, Дж; Бс - суммарные потери эксергии при сгорании, Дж; Бм механические потери, Дж; Еж - потери эксергии через систему охлаждения, Дж; Бкк - потери эксергии в выпускном коллекторе, Дж; Бт - потери эксергии в турбине, Дж; Бк - потери эксергии в компрессоре, Дж; Еог - часть термической составляющей эксергии,

п

теряемой в ОС (эксергия отработанных газов после турбины), Дж; 2 Евг -

1=1

располагаемая термомеханическая эксергия выпускных газов перед турбиной,

п

Дж; 2 Ек - термомеханическая эксергия воздуха на выходе из компрессора, Дж.

¿=1

160

Приложение Д (рекомендуемое)

Средства обеспечения режимов ДПМ на двух уровнях номинальной мощности

ON Kl

163

Приложение Е (обязательное) Термометрирование экспериментальной установки

Таблица Е.1 - Термометрирование экспериментальной установки

№ п/п Место установки термопар Измеряемый (контролируемый) параметр Применяемый термодатчик

1 Рубашка охлаждения двигателя Температура ОЖ Термопара ТХК(Ь)

2 Верхний патрубок радиатора Температура ОЖ Термопара ТХК(Ь)

3 Нижний патрубок радиатора Температура ОЖ Термопара ТХК(Ь)

4 Вход в корпус воздушного фильтра Температура впускного воздуха Термопара ТХК(Ь)

5 Впускной коллектор Температура воздуха на входе в цилиндр Термопара ТХК(Ь)

6 Выпускной коллектор Температура выпускных газов Термопара ТХА(К)

7 Выхлопная труба Температура отработаннных газов Термопара ТХА(К)

8 Поддон картера двигателя Температура масла Термопара ТХК(Ь)

9 Верхний патрубок масляного радиатора Температура масла Термопара ТХК(Ь)

10 Пространство, окружающее двигатель Температура окружающей среды Термопара ТХК(Ь)

Приложение Ж (обязательное)

Метрологические и технические характеристики стандартного измерительного оборудования

Таблица Ж.1 - характеристики тахометра электронного ТЭСА-1 (св-во об утверждении типа средств измерений № 43995)

Технический параметр Величина параметра

Питание Сеть переменного тока 220В/50Гц

Время установления рабочего режима, с Не более 3

Время непрерывной работы, ч Не менее 16 ч

Периодичность поверки, лет Не менее 1 года

Условия эксплуатации:

- температура воздуха, °С -10...+45 °С

- относительная влажность при

температуре +25 °С, % Не более 80

Средняя наработка на отказ, ч 10000

Средний срок службы, лет 10

Диапазон измеряемой частоты вращения, от 10 до 10000

об/мин

Коэффициент первичного преобразователя от 1 до 9999

имп/об

Диапазон входных сигналов, В от 0,5 до 100

Пределы допускаемой абсолютной

погрешности при частоте вращения,

об/мин:

- 10 об/мин ±1

- 60 об/мин ±1

- 2000 об/мин ±3

- 10000 об/мин ±10

Таблица Ж.2 - Технические характеристики потенциометров регистрирующих КСП-4

Технический параметр Величина параметра

Питание Сеть переменного тока 220В/50Гц

Длина шкалы и диаграммной ленты, мм 250

Периоды регистрации, с Две позиции: 4 и 12

Скорость протяжки ленты, мм/ч Шесть позиций: 60; 180; 600; 1800;

2400; 7200.

Условия эксплуатации:

- температура воздуха, °С +5...+50 °С

- относительная влажность при

температуре +35 °С, % Не более 80

Средняя наработка на отказ, ч 12500

Средний срок службы, лет 10 до среднего ремонта

Пределы измерений, °С:

- с термопарой ТХА(К) От 0 до 900

- с термопарой ТХК(Ь) От -50 до 150

Относительная погрешность, %:

- показаний прибора ±0,5

- скорости протяжки ленты ±0,5

Таблица Ж.3 - Технические характеристики барометра-анероида метеорологического БАММ-1 (св-во об утверждении типа средств измерений № 15434)

Технический параметр Величина параметра

Средний срок службы, лет Не менее 6

Межповерочный интервал, лет 1

Условия эксплуатации: - температура воздуха, °С - относительная влажность, % 0...+40 80

Диапазон измерений, кПа 80.106

Абсолютная погрешность, кПа ±0,5

Таблица Ж.4 - Технические характеристики манометров, мановакуумметры МТИ и вакуумметры ВТИ

Технический параметр Величина параметра

Гарантийный срок эксплуатации, лет 3

Межповерочный интервал, лет 1

Условия эксплуатации: - температура воздуха, °С - относительная влажность при температуре +35 °С, % -50...+60 95

Диапазоны измерений, МПа: - Манометр МТИ - Мановакуумметр МТИ - Вакуумметр ВТИ 0.0,25 -0,1.0,3 -0,1.0

Относительная погрешность, % ±1,0

Таблица Ж.5 - Технические характеристики весов рычажных настольные

циферблатные РН- 10Ц1 ЗУ

Технический параметр Величина параметра

Средний срок службы, лет 15

Межповерочный интервал, лет 1

Условия эксплуатации: - температура воздуха, °С - относительная влажность при температуре +25 °С, % -20...+45 100

Наименьший предел взвешивания, кг 0,1

Наибольший предел взвешивания, кг 10

Цена деления, г 5

Абсолютная погрешность, г: - от 0,1 до 2,5 кг - от 2,5 до 10 кг ±2,5 ±5

Таблица Ж.6 - Технические характеристики секундомера электронного цифрового СЭЦ-100

Технический параметр Величина параметра

Питание Сеть переменного тока 220В/50Гц

Межповерочный интервал, лет 1

Время непрерывной работы, ч Не менее 8 ч

Условия эксплуатации: - температура воздуха, °С - относительная влажность при температуре +35 °С, % -30...+50 95

Минимальная единица счета, сек 0,01

Диапазон измерения, сек от 1,0 до 99,99

Относительная погрешность измерения, % Не более ±1%

Таблица Ж.7 - Технические характеристики частотомеров электронно-

счетных 43-32, 43-38

Технический параметр Величина параметра

43-32 43-38

Питание Сеть переменного тока 220В/50Гц

Условия эксплуатации: - температура воздуха, °С - относительная влажность при температуре +35 °С, % -30...+50 98 -50...+60 65

Диапазон измеряемых частот, Гц 10...3,5106 0,1.50106

Амплитуда измеряемых сигналов, В 0,1. 100

Относительная погрешность, % Не более ±110-6 Не более ±2 10-6

Таблица Ж.8 - Технические характеристики стендов обкаточно-тормозных

КИ-5540

Технический параметр Величина параметра

Питание Сеть трехфазного переменного тока 380В/50Гц

Мощность электромашины, Вт - в режиме двигателя - в режиме тормоза 90 220

Синхронная частота вращения ротора электромашины, мин-1 1500

Наибольшая допустимая частота вращения ротора электромашины, мин-1 3000

Относительная погрешность измерения крутящего момента, % Не более ±1

169

Приложение 3 (справочное)

Результаты калибровки турбинно-оптического датчика расхода воздуха

Таблица 3.1 - Результаты калибровки турбинно-оптического датчика расхода воздуха

№ п/п Время замера, сек Расход воздуха за время замера, м3 Перепад давления перед счетчиком, Па Расход воздуха по счетчику, м3/час Погрешность по графику, м3/час Расход воздуха по счетчику с учетом поправки, м3/час Расход воздуха по тарируемому расходомеру ОД м3/час Относительное отклонение, До, %

1 178,9 4 19,6 80,5 -0,6 79,9 80 0,125

2 178,2 4 19,6 80,7 -0,6 80,1 80 -0,125

3 177,5 4 19,6 81,2 -0,6 80,6 80 -0,75

4 177,0 4 19,6 81,4 -0,6 80,8 80 -1,0

5 77,6 4 39,2 185,6 0,7 186,3 185 -0,65

6 77,5 4 39,2 185,8 0,7 186,5 185 -0,81

7 77,5 4 39,2 185,8 0,7 186,5 185 -0,81

8 50,0 4 68,6 288,0 3,4 291,4 292 0,21

9 50,0 4 78,5 288,0 3,4 291,4 292 0,21

10 49,9 4 78,5 289,0 3,4 292,4 292 0,21

11 57,8 6 117,7 374,0 5,6 379,6 379 -0,16

12 57,8 6 117,7 374,0 5,6 379,6 379 -0,16

13 57,9 6 117,7 373,0 5,6 378,6 379 0,11

14 47,0 6 147,1 459,8 6,1 465,9 470 0,87

15 46,8 6 147,1 462,8 6,1 468,9 470 0,23

16 46,8 6 147,1 462,8 6,1 468,9 470 0,23

17 37,5 6 235,4 576,0 4,7 580,7 582 0,22

18 37,8 6 235,4 576,0 4,7 580,7 582 0,22

19 38,5 6 235,4 561,0 4,7 565,7 564 -0,3

20 40,2 8 333,4 718,2 4,5 722,7 722 -0,1

21 39,9 8 333,4 720,1 4,5 724,6 722,4 -0,29

22 40,1 8 333,4 719,7 4,5 724,2 722,2 -0,28

УТВЕРЖДАЮ:

М.в. к ласс

«Ш> апреля 2017 г.

АКТ

о внедрении результатов научно-исследовательской работы по теме «Совершенствование режимов работы двигателей с целью повышения эффективности тракторов в условиях АПК»

Мы. нижеподписавшиеся, представители ФГБОУ ВС) Новосибирского ГАУ: заведующий кафедрой механизации сельского хозяйства и инновационных технологий, профессор, д.т.н.. Крохта Г.М.. аспирант Хомченко Е.Н., с одной стороны, и представители АО племзавод«Учхоз Тулинскоох главный инженер Фоменко С.А.. главный экономист Класс A.M.. с другой стороны, составили настоящий акт в том, что в 2017 ro;iy в«Учхозе Тулинскоо> был оборудован трактор ДТ-75М модернизированным двигателем с двумя уровнями мощности и режимом Д11М (Способ работы тракгорпого двигателя постоянной мощности. Патент РФ № 2458238 от 10 августа 2012 г.).

Эксперименты показали, что предлагаемая система обеспечиваег автоматический переход с одного уровня мощности на другой с учетом загрузки двигателя и температуры окружающей среды. Работа двигателя по данному способу и разработанные устройства по его реализации позволяют повысить производительность трактора и снизить расход топлива в среднем па 10-15 %.

Фактический годовой экономический эффект от внедрения в сельскохозяйственное производство двигателя с двумя уровнями мощности и режимом ДИМ составил 21657 рублей.

Представители ФГБОУ ВО Представители АО племзавод

Новосибирский ГАУ:

<Учхоз Тулинское»:

Зав. кафедрой

<МСХ и ИТ» д.т.н., профессор

Г.М. Крохта Гл инженер

С.А Фоменко

Аспирант

Е.Н. Хомченко Гл. экономист

A.M. Класс

frfogfc* » 20,7 r-

СПРАВКА

о внедрении результатов науч на-иссле довательской работы Хомченко Егора Николаевича в учебный процесс

Результаты научных исследований, выполненных старшим преподавателем кафедры «Механизации сельского хозяйства и инновационных технологий» Хомченко E.H. в соответствии с планом НИР ФГБОУ ВО Новосибирский ГАУ в рамках государственной темы №01201256305 (дата регистрации 06.04.2012г.) «Повышение эффективности газотурбинного наддува дизельного двигателя сельскохозяйственного назначения» и в соответствии с п. 162 Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы «Фундаментальные проблемы и принципы разработки интенсивных машинных технологий и энергонасыщенной техники нового поколения для производства основных групп продовольствия» по теме № 0778-2016-0084 «Разработка систем экологически безопасных машинных технологий и технических средств нового поколения для устойчивого производства продукции растениеводства в основных почвенно-климатических зонах Сибири», используются в учебном процессе студентами по направлению подготовки 35.03.06 - «Агроинженерия» при выполнении лабораторно-практических и выпускных квалификационных работ, а также при выполнении учебно-исследовательских работ. *

Директор Инженерного института доцент, д.т.н

Приложение К (обязательное)

Показатели работы двигателя 4ЧН 13/14 (Д-440) при работе в составе МТА

Л

ч и

13

и

к и

ч

35

х х

ей И

о

Л

к

со К X Л и ч о

мэ сч"

I

т

о «

ч и

13

и о и ч

0 и

1

ей

й с о и и X о

I

н «

ей Л

о

ё ей Л

н и и

ей

н о о о

н

ей

а

х ч ю

ей

н

ч о к

о ей РМ

И 2

1/4

о\

ЧО

О

сч

са

схо

о са

о са

ЧО

г-

о

0\ оС

о са

схо