автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Повышение качества подготовки сжатого воздуха питающей частью пневматического привода мобильных машин

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Р Г Б ОД

( лип ' На правах рукописи

ХОДОСОВСКИЙ Виктор Михайлович

УДК 629.114.3-592

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОДГОТОВКИ СЖАТОГО • ВОЗДУХА ПИТАЮЩЕЙ ЧАСТЬЮ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА МОБИЛЬНЫХ МАШИН

05.05.03 - Автомобили и тракторы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1994

Работа выполнена на кафедре "Тракторы" и в Отраслевой НИЛ колесных тракторов Белорусской государственной политехнической академии.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Богдан Н. В.

Официальные оппоненты: доктор технических 'наук, профессор •

Разумовский М.А.

кандидат технических наук Барташевич Л.В.

Ведущее предприятие - Винницкий ПКТИ "ГИПАГ"

Защита состоится 30 июня 1994 г. в 10.00 часов на заседании специализированного совета ВАК К 056.02.06 при Белорусской политехнической академии по адресу: 220027, г.Минск, проспект Ф.Ско-рины, 65, главный корпус, а. 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по указанному адресу.

Автореферат разослан "23" мая 1994 г.

Ученый секретарь специализи- /

рованного совета, кандидат (>/_✓_/ технических наук, доцент ^^ _/_п. р_ Бартош

С Белорусская государственная политехническая академия, 1994

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Широкое использование сжатого воздуха для управления различными системами мобильных машин (тормозная система. муфта сцепления, блокировка дифференциала и др.) сопровождающееся, как правило, усложнением конструкций пневмосистем и входящих в них пневмоаппаратов, предъявляют повышенные требования к качеству подготовки сжатого воздуха. Одним из наиболее опасных загрязнителей нагнетаемого в систему воздуха является влага, содержащаяся в атмосферном воздухе. Водоконденсат, выделяющийся из воздуха после его сжатия и последующего охлаждения в пневмоприводе, вызывает коррозию внутренних поверхностей пневмоаппаратов, вымывание смазки с их подвижных частей, разжижение масла в маслобаках, работающих под давлением сжатого воздуха, а при замерзании зачастую вызывает отказ в работе пневмопривода.

Существует несколько способов удаления влаги из сжатого воздуха, однако наиболее надежным и перспективным для использования в пневмосистемах мобильных машин является адсорбционная осушка сжатого воздуха.

Комплексных исследований работы адсорбционных воздухоосуши- • телей в пневмосистемах мобильных машин в республиках бывшего СССР до настоящего времени не проводилось. Не исследовались вопросы осушки сжатого воздуха и регенерации адсорбента в установках ко-роткоцикловой безнагревной адсорбции при отрицательных температурах окружающего воздуха, целесообразность применения в них того или иного типа адсорбента. Не оценивалось влияние разности температур сжатого воздуха, поступающего на осушку, и окружающей среды, а также ряда других факторов на эффективность работы осушителя. Для ответа на все эти вопросы необходимо проведение всесторонних исследований работы адсорбционных воздухоосушителей в пневмосистемах мобильных машин при различных условиях эксплуатации.

Цель работы - повышение технического уровня питающей части пневмосистем мобильных машин на основе разработки метода расчета и выбора рациональных параметров осушителей сжатого воздуха.

Объект исследования - питающие части пневмосистем мобильных машин с воздухоосушителями адсорбционного типа.

Методика исследований. Исследования базировались на теорети-

ческих и экспериментальных методах. При разработке вопросов, связанных в выбором рациональных схем и конструктивных параметров воздухоосушителей. использованы законы газодинамики и положения теории адсорбции; проведены расчеты на ЭВМ и экспериментальные исследования на стендовом оборудовании различных схем и конструкций адсорбционных воздухоосушителей при имитации эксплуатационных условий, а также математическая обработка результатов эксперимента.

Научная новизна. 1. Разработана математическая модель питающей части пневмосистемы мобильной машины с воздухоосушителем, учитывающая его тип и конструктивные особенности, позволившая исследовать влияние воздухоосушителя на функционирование других систем и аппаратов пневмопривода, а также динамические процессы, происходящие в патроне - обезвошвателе осушителя.

2. Предложены рекомендации по выбору типа адсорбента для,адсорбционных воздухоосушителей, используемых в пневмосистемах мобильных машин, и уточнены оптимальные параметры сжатого воздуха, подаваемого на вход патрона - обезвоживателя осушителя, с учетом условий окружающей среды.

3. Разработаны технические решения по улучшению работы адсорбционных осушителей сжатого воздуха в пневмосистеме мобильной машины, защищенные -шестью авторскими свидетельствами.

Практическая ценность. Предложена методика аналитического расчета рациональных параметров адсорбционных осушителей сжатого воздуха; предназначенных для пневмосистем мобильных машин, позволяющая на стадии проектирования определить их основные геометрические параметры и необходимые количества регенерирующего воздуха. Созданы конструкции воздухоосушителей, обеспечивающие качественную очистку и осушку, нагнетаемого в систему сжатого воздуха, независимо от климатических условий и режимов работы двигателя и других систем мобильной машины. Разработаны методика и универсальный стенд для экспериментальных исследований воздухоосушителей различных схем и конструкций, включая ресурсные испытания.

Реализация работы. Разработанные в диссертации рекомендации и методические положения используются в Винницком ПКТИ "ГИПАГ" -при проектировании, испытаниях и доводке существующих и перспективных конструкций осушителей сжатого воздуха. Опытные образцы созданных воздухоосушителей использованы в пневмосистемах тракто-

ров Минского и Онежского тракторных заводов, автобусов ЛАЗ, машин концерна "Амкодор".

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции по гидравлике и пневматике (Магдебург. 1990), Всесоюзных научно-технических конференциях в НАМИ (Москва, 1989), по гидравлике и пневматике (Севастополь, 1990), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава БГПА (Минск. 1988...1992).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 6 изобретений.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов, перечня использованной литературы и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ работ по теоретическому и экспериментальному исследованию различных средств очистки и осушки сжатого воздуха, используемых в пневмосистемах мобильных машин; дан аналитический обзор схем питающей части с воздухоосуши-телями различных конструкций, проанализирован принцип короткоцик-ловой безнагревной адсорбции; сформулированы задачи исследования.

Исследованиям эффективности работы влагоотделительных и осушающих средств в пневмосистемах мобильных машин посвящены работы Анопченко В.Г., Барташевича Л.В., Богдана Н.В.. Вишнякова H.H., Дьячкова Н.К., Козача И.М.. Метлюка Н.Ф., Нерсисяна P.A.. Gerum Eduard, S.O. Larsson, A.L. Weiner и других ученых и исследователей.

На основании выполненного анализа работ предложена классификация систем и устройств очистки и осушки сжатого воздуха, используемых в пневмосистемах мобильных машин (рис.1).

Проведенная сравнительная оценка влагоотделительных средств показала, что наиболее приемлемым для использования на мобильных машинах являются адсорбционные осушители сжатого воздуха и, в особенности, такая их разновидность, как установки короткоцикло-вой безнагревной адсорбции.

На основе проведенного обзора и анализа научно-исследова-

^1'-.. '• кгзссифиьаигр .".метем ¿1 .-стоойств очистки м осушки с т;гс возя.ла .1:гопьз\емы» в пгеемати-еекп* система! чсбильнс!/ машин

тельских работ сформулированы следующие задачи исследования:

- разработка методики аналитического расчета основных параметров адсорбционных воздухоосушителей. предназначенных для пнев-мосистем мобильных машин;

- проведение качественного анализа работы адсорбционных осушителей с выдачей рекомендаций по их усовершенствованию, с целью использования в пневматических системах мобильных машин в различных климатических условиях;

- выбор наиболее целесообразного типа адсорбента:

- разработка методики и проведение экспериментальных исследований работы адсорбционных осушителей в пневматических системах мобильных машин, а также проведение сравнительных испытаний различных конструкций воздухоосушителей.

Во второй главе проведены теоретические исследования состояний сжатого воздуха в пневмосистеме мобильной машины, определены наиболее благоприятные условия работы в них адсорбционного осушителя. разработана методика расчета рациональных параметров осушителей, указаны пути улучшения их работы в пневмоприводах мобиль-

ных машин. Разработана динамическая модель питающей части пневмо-системы мобильной машины с воздухоосушителем.

С целью определения наиболее благоприятных температурных условий работы воздухоосушителя с помощью теории тепломассообмена произведен расчет значений температур начала конденсации влаги из сжатого воздуха в пневмоприводе мобильной машины при различных температурах и влажностях окружающего воздуха, и построена диаграмма оптимальной температуры сжатого воздуха на входе в осушитель при требуемом запасе по точке росы Atpo=10 °С.

Анализ построенной диаграммы (рис.2) показал, что количество

водяного пара, который должен поглотить адсорбент осушителя, находится в прямой зависимости от температуры, относительной влажности. объема всасываемого воздуха, а также от температуры сжатого воздуха, поступающего на вход патрона -обезвоживателя.

При положительных температурах (ta) окружающего воздуха, а также при отрицательных ниже -14.7... -23 °С , в зависимости от его относительной влажности, когда конденсация влаги происходит непосредственно в твердую фазу, минуя жидкую, сжатый воздух до входа в патрон -обезвоживатель осушителя целесообразно максимально охладить. При отрицательных температурах окружающего воздуха в интервале от О °С до -14,7...-23 °С, также в зависимости от относительной влажности, температуру сжатого воздуха на входе в осушитель целесообразно поддерживать положительной максимально близкой к

л1«=ЗЭ с

43%

л1-=2Э*С

il«=10t

Оптимальная температура сжатого воздуха на входе в патрон обезвоживатель (¿t«=0)

30 40 50 'С

¡НЗ -Зека индексации; {7/7] -Зона осухщ

Диаграмма измеиениа температуры сиэтого воздуха в пневмоприводе мобильной машины

О °С, либо производить искусственный обогрев корпуса осушителя.

Для получения объективных данных о температурных процессах, происходящих в пневмосистеме мобильной машины,были проведены экспериментальные исследования опытной пневмосистемы трактора Т-150К в низкотемпературной камере, способной поддерживать заданные климатические условия при работающем двигателе машины. Температура сжатого воздуха замерялась одновременно в 14-ти точках пневмосистемы и фиксировалась на ленту осциллографа. Полученные результаты исследований (рис.3) показали, что основное охлаждение сжатого

Рис. 3. Изменение температуры сжатого при подзарядке пневмосистемы трактора Т-150К от 0.68 по 0.82 МПа при частоте вращения коленвапа двигателя

2300 мин-' (а). 1950'мин*1 (б) и скорости обдува 6 м/с;--в начале

цикла подзарядки.----в конце цикла подзарядки; А - при 1а= 0 °С.

В - при -10 °С С - при -25 °С. Э - при 1а= -33 °С

воздуха происходит в питающей части пневмосистемы (подводящем трубопроводе от компрессора к регулятору давления: 52-8055. регуляторе давления: 2-12%. ресиверах: до 5%). которая и подвергается наибольшему воздействию водоконденсата. Значительное влияние на процесс охлаждения сжатого воздуха оказывают не только климатические условия и режимы работы трактора, но и другие его агрегаты и системы, что еще больше снижает эффективное применение известных влагоотделительных и осушающих средств. Температура сжатого воздуха на выходе из компрессора достаточно высока (90-140 °С) и, практически, не зависит от окружающих условий и режимов работы. трактора. Основное влияние на нее оказывают степень сжатия воздуха в компрессоре и температура охлаждающей жидкости в радиаторе, при повышении которых, температура воздуха на выходе из компрессора также возрастает. Температура сжатого воздуха на входе в регулятор давления достигает своего максимального значения в конце полуцикла разгрузки компрессора. С повышением давления температура снижается и достигает своего минимума при срабатывании регулятора давления на верхнем пределе регулирования.

Результаты проведенных исследований использованы при разработке новых конструкций воздухоосушителей с принудительным охлаждением нагнетаемого воздуха в полуцикле осушки, и обогревом адсорбента теплым воздухом, выходящим из компрессора, в полуцикле его регенерации.

Кроме температуры сжатого воздуха на устойчивую и качественную работу воздухоосушителя оказывает влияние выбор адсорбента. Однако, в отличие от процесса с термической регенерацией, метод короткоцикловой безнагревной адсорбции фундаментальной наукой разработан недостаточно полно, и конкретные рекомендации по выбору адсорбента отсутствуют. В связи с этим, для выбора адсорбента были проведены сравнительные испытания одного и того же осушителя с емкостью патрона 5-Ю"4 м3 со следующими типами адсорбентов: цеолитами, ИаХ, СаА, ИаА; силикагелем КСМГ и адсорбентом осушителя фирмы "Кпогг-Вгетзе" - ЬА6206. Испытания показали, что использования силикагеля КСМГ, несмотря на лучшие выходные характеристики осушителя оснащенного им, в установках циклического действия неприемлемо, в виду его недостаточной стойкости к капельной влаге (разрушение до 70% от исходного объема после проведения 200 циклов осушки-регенерации). Явных преимуществ одного из отечествен-

ных цеолитов (NaX, СаА, NaA) в процессе испытаний выявлено не было. поэтому, исходя из критерия механической прочности, для дальнейших исследований был выбран цеолит NaA.

Применительно к цеолиту NaA на основе законов термодинамики, положений теории адсорбции и с учетом эмпирических данных была разработана методика расчета рациональных параметров пневмоаппа-ратов короткоцикловой безнагревной адсорбции, предназначенных для пневмосистем мобильных машин. Основные выражения разработанной методики, предназначенные для определения требуемых количеств адсорбента и регенерирующего воздуха для различных типов установок, выглядят следующим образом:

двухадсорберные

( GK ц = (1,415... 1, 886) • QK -т, кг

V 0р= 0,145-QK -Т, M3

одноадсорберные без дополнительной регенерапионной емкости

/ С1К.Ц.= (2.122. ..2.829)-Kp-V,., КГ

\ ДРр! = 0. 022 ■ Кр, МПа (2)

одноадсорберные с дополнительной регенерапионной емкостью

{ G2k ц = (2, 792... 3,722) • Кв • Vc. кг

{ , <3)

V Vp2= 0,036-Кр -Vc. м3

где GK.U., GlK.„.. Ggк.ц. - требуемые количества адсорбента NaA (кг); Qp - требуемое количество регенерирующего воздуха, приведенного к атмосферному давлению Рат (м3); QK - производительность компрессора по всасываемому воздуху (м3/с); т - время полуцикла подзарядки системы (с); Кр - коэффициент расхода; Vc - суммарный объем ресиверов системы (м3); ДРр1 - требуемое падение давления воздуха в основных ресиверах системы для проведения регенерации (МПа); Vp2 - объем дополнительной регенерационной емкости

С целью более полного выявления влияния воздухоосушителя на стабильность характеристик и долговечность других аппаратов питающей части, а также изучения динамических процессов, происходящих в патроне-обезвоживателе осушителя, исследована динамика питающей части с воздухоосушителем, для чего разработана ее расчетная схема (рис.4), где Рк - давления сжатого воздуха на входе в нагнетательный трубопровод от компрессора к регулятору давления; Рр.д., Pp. Рп. Pan и ратг ~ Давления в полостях регулятора давления; Рвх.ос Раде Рср и Рвых.ос ~ давление в полостях воздухоосу-

Рис. 4 Расчетная схема питающей части пневмосистекы траткора с воздухоосушит.елеи

шителя; Ррег - давление в ресивере регенерации; Ррес - давление в основном ресивере; Рат - атмосферное давление; Ук - рабочий объем цилиндра компрессора; Уд, Уп> Уат1 и Уат2 - объемы полг-:

тей регулятора давления; Увх.ос, Уадс, ]/0 и Увых.ос - объ полостей воздухоосушителя; Урег - объем емкости регенерации, /р -объем основного ресивера; дГвх, дГ0С--- - эффективные площади проходных сечений системы.

Для формирования и решения дифференциальных уравнений движения воздуха в емкостях по заданной структуре их взаимосвязей и . характеристикам соединений был использован разработанный ранее оригинальный алгоритм, использующий методику составления нелинейных дифференциальных уравнений расхода воздуха для разветвленной пневмоцепи, предложенную профессором Н.Ф. Метлюком. В основу алгоритма положено разбиение разветвленной пневмоцепи на элементарные участки, включающие две емкости с давлениями Р! и Р! ♦!. соединенные посредством дросселя с пневматическим сопротивлением (/1Г)1,1 + 1. а затем суммирование по узлам массовых расходов д~я элементарных участков. Основным условием массообмена воздуха является перепад давлений ДР=Р!-Р! +1. Если ДР>0,то происходит наполнение объема в случае ДР<0 - опорожнение. Алгоритм работы питающей части пневмосистемы с воздухоосушителем реализован в виде пакета программ на алгоритмическом языке Паскаль, применительно к персональным компьютерам.

При сравнительном анализе схем принимались одинаковые допу-

щенкя для всех анализируемых вариантов, и исследования проводились в идентичных условиях их работы. Переключение адсорберов двухадсорберной установки происходило при давлении близком к верхнему пределу регулирования, что соответствовало наиболее тяжелым условиям эксплуатации.

0.8 Мпа0.7 0.6 0.5 р№ 0.4 0.3 0.2 0.1

1 3 ) ! 2 1 1 1 1

! /

/

/

/ —

Цр\ х0д|1-2,0ым

\ \ ¡4

1 1 1

Мпа

0.8

0.7 0.6 0.5 Р*| 0.4 0.3

о.г 0.1

1 1 «[ ! 1 ) 1

/г3 4- 1

г2 ~4

г

/ 1

.__ 1 —

6 9 12 М 54 57 60 63 66^9

0 1 2 3 4 5 6 19 20 21 22 23 24 0 3

а) Т--с б)

Рис. 5. Графики изменения давления в полости патрона-обезвоживателя при V = 0.03 мэ; V = 0.0011 м3 и на выходе из компрессора за один цикл подзарядки системы

при 0.09 м3; УреГ= 0.0033 м3; Одр.= 1.6 мм:

а) 1

дополнительной регенерационной емкостью: 2 - без дополнительной

регенерационной емкости: 3-е двухадсорберным осушителем: - о) 1 - система без осушителя. 2-е воздухоосушитепем с дополнительной регенерационной емкостью: 3-е двухадсорберным осушителем

На основании результатов расчета (рис.5а) установлено что .скорость нарастания давления воздуха в адсорбере имеет наиболее плавный характер в схемах с дополнительной регенерационной емкостью. При этом диаметр регенерационного дроссельного отверстия не оказывал значительного влияния на скорость газового потока в адсорбере. Максимальная разница в давлениях наблюдалась при номинальном давлении 0,48-0,53 МПа и составила для дросселей диаметром 1.2 мм и 2 мм около 0,08 МПа или 15-16,5% от номинального давления. При дальнейшем росте давления воздуха в системе разница в давлениях постепенно уменьшалась и на нижнем пределе регулирования (0,68 МПа) регулятора давления приблизилась к нулю. В схемах без дополнительной регенерационной емкости и с двухадсорберным воздухоосушителем адсорбент испытывает значительно более высокие динамические нагрузки. Как видно из графиков, скорость нарастания давления в схеме с дополнительной регенерационной емкостью почти в два раза ниже скорости нарастания в адсорбере без дополнительной емкости и в два с половиной раза ниже чем в адсор-

берах двухадсорберной установки. Таким образом, дополнительная регенерационная емкость, кроме своего основного назначения - аккумулятора регенерирующего воздуха, выполняет роль своеобразного буфера, снижающего динамические нагрузки на адсорбент.

Характер изменения давления на выходе из компрессора (рис. 5в) показывает, что при установке воздухоосушителя в систему следует учитывать, что время полуцикла подзарядки системы увеличилось на 6% для воздухоосушителя без дополнительной регенераци-онной емкости и на 25% - для осушителя с дополнительной регенера-ционной емкостью. Верхний предел давления за счет дополнительного сопротивления, создаваемого воздуоосушителем. увеличился незначительно (не более 3%) и не может существенно повлиять на работу компрессора. Установлено также, что при использовании двухадсор-берных воздухоосушителей в момент переключения адсорберов возникают значительные знакопеременные нагрузки. Для снижения этих нагрузок целесообразным является перед непосредственным переключением адсорберов произвести в них плавное выравнивание давления.

Установка воздухоосушителя в систему, практически, устраняет, как показывает расчет, колебания (пульсации) давления в под-диафрагменной полости регулятора давления, что положительно 'сказывается на надежности и стабильности работы регулятора и системы в целом.

Таким образом, на основании проведенных расчетов динамики питающей части пневмосистемы, можно сделать вывод, что использование воздухоосушителя в пневмосистеме мобильной машины не оказывает существенного влияния на ее работоспособность и выходные характеристики, обеспечивая при этом повышение качества подготовки сжатого воздуха.

В третьей главе предложены технические решения по совершенствованию питающей части пневмосистем мобильных машин, направленные на повышение качества подготовки сжатого воздуха.

В ходе проведения теоретических и экспериментальных исследований были выявлены два основных недостатка присущие известным схемам и конструкциям адсорбционных осушителей:

- эффективность осушки в значительной мере зависит от разности температур сжатого и окружающего воздуха на входе в пат-рон-обезвоживатель осушителя;

- осушители сравнительно долго выходят на рабочий режим (за-

данную степень осушки сжатого воздуха) после длительной стоянки машины с неработающим двигателем, когда происходит самопроизвольное увлажнение адсорбента.

Для повышения эффективности осушки сжатого воздуха разработаны и испытаны конструкции адсорбционных осушителей с принудительным охлаждением нагнетаемого воздуха в полуцикле подзарядки пневмосистемы и подогревом продувочного воздуха и адсорбента, либо проведения процесса регенерации, горячим воздухом, выходящим из компрессора, в полуцикле его разгрузки.

В основу разработок по ускорению выхода воздухоосушителя на рабочий режим был положен способ, заключающийся в подаче на регенерацию в период выхода установки на режим повышенного, по сравнению с расчетным, количества или даже всего осушенного воздуха.

Поставленная цель достигалась установкой в известную систему с воздухоосушителем дополнительного баллона между осушителем и ресивером и клапанной системы, позволяющих создать режим работы осушителя "на себя", либо произвести продувку осушителя всем запасом сжатого воздуха основных ресиверов системы после первой ее подзарядки. Большинство предложенных конструктивных решений защищены авторскими свидетельствами.

В четвертой главе разработаны методика и оборудование для стендовых испытаний воздухоосушителей; описан комплекс измерительно-регистрирующей аппаратуры и методика экспериментальных исследований: изложены результаты сравнительных испытаний различных схем и конструкций воздухоосушителей.

Целью стендовых испытаний являлись проверка и уточнение результатов теоретических исследований и экспериментальное сравнение существующих и вновь разработанных конструкций адсорбционных воздухоосушителей, предназначенных для пневмосистем мобильных машин.

Для решения поставленных задач проведены два типа испытаний: сравнительные испытания на эффективность осушки различных конструкций воздухоосушителей, и сравнительные испытания устройств, предназначенных для ускорения выхода осушителя на рабочий режим.

Объектами испытаний на эффективность осушки явились: возду-хоосушитель фирмы КИОРШ-ВНЕМБЕ тип ЬА6206 с собственным адсорбентом и цеолитом НаА. осушитель 0060.65.00 конструкции Винницкого ПКТИ "ГИПАГ" и два принципиально новых воздухоосушителя - с при-

нудительным охлаждением нагнетаемого воздуха в полуцикле осушки и подогревом адсорбента при регенерации [8], и проведением регенерации теплым воздухом, выходящим из компрессора, в полуцикле его разгрузки [10].

Рис б Принципиальная схема экспериментальной установки

Испытания проводились на специальном стенде (рис..6), разработанном и внедренном при непосредственном участии автора в лаборатории пневматики Винницкого ПКТИ "ГИПАГ".

Сравнительные испытания осушителей на эффективность осушки проводились в три этапа:

I этап - температура окружающего воздуха +25 °С;

II этап - температура окружающего воздуха +50 0C.III этап - температура окружающего воздуха -20 °С.

На первом этапе испытаний исследовалось влияние на эффективность работы различных конструкций воздухоосушителей перепада температур сжатого воздуха, подаваемого на осушку, и температуры окружающей среды. С учетом полученных данных определялся п.ерепад температур воздуха на входе в объект испытаний на II этапе, при которых осушители работали в наиболее тяжелых условиях. На III этапе испытаний, в соответствии с полученными ранее результатами (рис.2), на вход испытуемого осушителя подавался сжатый воздух положительной температуры, близкой к О °С.

В соответствии с программой исследований замерялись следую-

щие параметры: температура и влажность всасываемого и окружающего воздуха: температура и давление сжатого воздуха на входе в осушитель: температура и точка росы сжатого (осушенного) воздуха на выходе из осушителя, давление в ресиверах системы. Измерение температур осуществлялось термометрами сопротивления ТСМ-6114, а в качестве показывающего прибора использовался электронный вольтметр В7-22А. Давления сжатого воздуха замерялись образцовыми манометрами М0-160-Ю ГОСТ 6521-72. Влажность всасываемого и окружающего воздуха при положительных температурах определялась гигрометром типа М-19 и аспирационным психрометром типа М-34. Измерения влажности атмосферного воздуха при отрицательных температурах, а также температуры точки росы осушенного воздуха осуществлялись с помощью экспериментального образца датчика точки росы с тонкопленочным чувствительным элементом, который был сконструирован в ВНИИП (г.Москва) и доработан нами для использования при измерениях точки росы сжатого воздуха.

Результаты сравнительных испытаний (рис.7) подтвердили вывод теоретических исследований, что при положительных температурах окружающего воздуха, наиболее рациональной температурой сжатого воздуха на входе в осушитель является температура окружающей среды. Повышение температуры сжатого воздуха на входе в испытуемые осушители, кроме осушителя с регенерацией адсорбента теплым воздухом, выходящим из компрессора в полуцикле его разгрузки, снижает эффективность его осушки. Однако, повышение температуры воздуха на входе в осушитель с принудительным охлаждением [8] оказывало на эффективность осушки значительно меньшее влияние, чем в осушителях 0060.65.000 и ЬА6206 с цеолитом НаА. Применение в осушителе ЬА6206 собственного адсорбента значительно снижает его чувствительность к колебаниям температуры сжатого воздуха на входе. однако эффективность его все же остается ниже эффективности осушителя с принудительным охлаждением. При повышении температуры сжатого воздуха на входе в осушитель с регенерацией адсорбента обратным потоком теплого воздуха [10], выходящего из компрессора в полуцикле его разгрузки, эффективность осушки, в отличие от других сравниваемых конструкций, возрастала, что объясняется улучшением условий регенерации адсорбента с повышением температуры.

Испытания в низкотемпературной камере показали, что эффективность осушителя 1,А6206 с цеолитом ИаА и собственным адсорбен-

Д ( ро

О 10 20 30 40 50 60 70

Пя-—

0 10 20 30 40 50 60 70

Пц-

д1ро

0 10 20 30 40 50 60 70

Пц-

д1ро

О 10 20 30 40 50 60 70

Пц --

1, 2 - ЬА 6206;

3 - 0060.65.000;

4 - А.С. 1537590;

5 - А. С. 1655827.

О 10 20 30 40 50 60 70

Пц-—

•- 1вх=25 °С 1вх=37°С -- 1вх=45 °С

Рис 7 Изменение степени осушки сжатого воздуха на выходе из объектов сравнительных испытаний на эффективность осушки на I этапе испытаний

том, уступает осушителям 0060.65.000 и системе [8], степень осушки воздуха которыми примерно одинакова. При отключении электронагревателя в осушителе ЬА6206 эффективность его работы возросла и приблизилась к эффективности упомянутых осушителей. Объясняется это тем. что при работе электронагревателя происходит подогрев не только клапанных узлов, расположенных в корпусе осушителя, но и подаваемого на осушку сжатого воздуха, о чем свидетельствует достаточно высокая его температура (около О °С при температуре в камере -20 °С) на выходе из осушителя. Таким образом, для повышения эффективности работы воздухоосушителей, оснащенных электонагрева-телями при температурах окружающего воздуха ниже -20 °С, целесообразным является отключение электронагревателя. При испытаниях в

низкотемпературной камере не был получен ожидаемый результат от схемы [10] с регенерацией адсорбента воздухом, выходящим непосредственно из компрессора в полуцикле его разгрузки, степень осушки которой была низкой (без запаса по точке росы). Объясняется это значительным охлаждением продувочного воздуха до подачи его на обратную продувку и недостаточным его количеством для

прогрева слоя адсорбента при проведении регенерации.Наилучший результат по выходу воздухоосушителя на рабочий режим (рис.8) был получен при испытаниях схемы [12], когда после первой подзарядки системы была произведена обратная продувка осушителя запасом воздуха основного ресивера от верхнего до нижнего пределов регулирования, позволившая получить после первой регенерации осушенный воздух с запасом по точке ро-

Ресурсные испытания воздухоосушителей 0060.65.000 и схемы [8], при которых было проведено около 20 ООО циклов осушки-регенерации, показали что разрушение цеолита составило не более 10% от первоначального количества, а загрязненность маслом - не более 10-15%. Таким образом, 75-80% цеолита сохранилось. При этом на всем протяжении ресурсных испытаний обеспечивался запас по точке росы не менее 10 °С.

Таким образом, экспериментальные исследования подтвердили правильность проведенных математических расчетов и разработанных на их основе выводов и рекомендаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Анализ средств защиты пневмосистем от водоконденсата показал, что наиболее приемлемым для использования на мобильных ма-

д1ро

! 1 з !__' С /—

//г |

I /у МЛ

г 1

О 4 8 12 16 20 40 п--циклов

Рис 8 Изменение степени осушки сжатого воздуха на выходе осушителя при срзвни-тегсны* испытаниях по Вы/ол1,1 осушителя на оабочий режим ' - традиционная оеаз ■: дополнительной регенерааионпой емкостью. 2 - система [11} 3 - система ¿12]

сы около 10 0 С.

шинах являются адсорбционные осушители сжатого воздуха и, в особенности. такая их разновидность, как установки короткоцикловой безнагревной адсорбции.

2. Проведенные экспериментальные исследования опытной пнев-мосистемы трактора Т-150 К позволили получить объективные данные о тепловых процессах, идущих в пневмосистемах мобильных машин при различных температурах окружающего воздуха и режимах работы дви-. гателя и тормозов, что легло в основу разработки ряда новых конструкций воздухоосушителей с принудительным охлаждением нагнетаемого воздуха в полуцикле осушки, и обогрева адсорбента теплым воздухом, выходящим из компрессора, в полуцикле его регенерации.

3. Разработана математическая модель питающей части пневмо-системы мобильной машины с воздухоосушителем, учитывающая его тип и конструктивные особенности, отличительной особенностью которой является то, что она позволяет определить степень влияния возду-хоосушителя на функционирование других аппаратов питающей части пневмосистемы и исследовать динамические процессы, происходящие в патроне-обезвоживателе осушителя.

4. Разработана методика аналитического расчета рациональных параметров адсорбционных воздухоосушителей, предназначенных для пневмосистем мобильных машин, позволяющая на стадии проектирования определить их геометрические размеры и необходимые количества регенерирующего воздуха.

5. Проведенные исследования на эффективность осушки не выявили явных преимуществ одного типа отечественных синтетических цеолитов №А, МХ, СаА) над другим в короткоцикловом безнагрев-ном процессе, однако, исходя из критерия механической прочности, для использования в пневмосистемах мобильных машин целесообразно применять цеолит МаА. Использование силикагеля КСМГ в циклических установках нецелесообразно в виду его недостаточной стойкости к капельной влаге.

6. Разработана методика испытаний и создана лабораторная установка позволяющие путем моделирования различных условий эксплуатации проводить экспериментальные исследования и оценку работы адсорбционных осушителей сжатого воздуха в пневмосистемах мобильных машин в широком диапазоне температур окружающей среды, а также проводить их ресурсные испытания.

7. В результате сравнительных испытаний воздухоосушителей

различных конструкций выявлено, что наилучшими характеристиками (эффективностью осушки) обладает осушитель с принудительным охлаждением нагнетаемого при осушке воздуха и подогревом адсорбента при регенерации, обеспечивающий для ускорения выхода на рабочий режим обратную продувку патрона-обезвоживателя всем запасом воздуха основных ресиверов после первой зарядки пневмосистемы.

8. Результаты теоретических и экспериментальных исследований •настоящей работы использованы в Винницком ПКТИ "ГИПАГ" при проектировании, испытаниях и доводке новых конструкции адсорбционных осушителей, предназначенных для пневмоприводов мобильных машин и промышленных пневмосистем.'

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Павлович А. Э., Ходосовский B.U. К вопросу использования пневмопривода в торфяных технологических агрегатах. Депонированная рукопись в ЦБНТИ Мининтоппрома РСФСР, 1990 г, N11 стр.46-53 (труды 46-й конференции БПИ, секция "Торфяные машины").

2. Ходосовский В.М., Павлович А.Э. Результаты испытаний опытной тормозной пневмосистемы трактора Т-150К в условиях низких температур. /Тезисы докл. науч.-техн. конференции молодых ученых И специалистов НАМИ. И.:НАМИ, 1989, с 72-74.

3. Богдан Н.В., Ходосовский В.М. Новые конструкции адсорбционных осушителей для пневмосистем мобильных машин. /Тезисы докл. на Всесоюзной науч.-техн. конференции "Гидравлика и гидропневмопривод машин, автоматов и промышленных роботов в машиностроении".-Севастополь, 1990.

4. Теоретические и экспериментальные исследования унифицированных высокоэффективных пневмоаппаратов для автоматически регулируемых пневмосистем тракторов кл. 1,4-3,0 и тракторных прицепов, обеспечивающих повышение надежности, снижения усилий на органах управления и снижение металлоемкости. /Н.В.Богдан, А.Э.Павлович. В.М.Ходосовский и др.- Микрофильмированный отчет по х/д N431/86 N Г.р.01860060057. Инв. N02860113100. М.:1989 - 40 С.

5. Разработка научных основ создания пневматических систем тракторов и тракторных поездов с заданными эффективностью функционирования и уровнем надежности. /Н.В.Богдан, А.С.Поварехо.

В.М.Ходосовский и др. - Микрофильмированный отчет по х/д N462/86 Nr.р.01860100611. ИНВ. N02880076248. М.:1989 - 37 с.

6. Bogdan Н., Chodosowski V. Woue Konstruktionen der Adsorptionstrockner für Prelubtsysteme von mobilen Fahrzeugen 8. Fachtagung Hydraulik und Pneumatik. Magdeburg. 1990.

7. Установка для производства сжатого воздуха. /Н.В.Богдан, И.М.Козача. А.Э.Павлович, В.М.Ходосовский. - A.C. N1525052. Опуб. в Б.И., 1989. N44.

8. Система снабжения сжатым воздухом. /В.М.Ходосовский. Н.В.Богдан, А.Э.Павлович. -A.C. N1537590. Опубл. в Б.И., 1990, N3.

9. Система снабжения транспортного средства сжатым воздухом. /В.М.Ходосовский, Н.В.Богдан, А.Э.Павлович и др. - A.C. N1588602. Опубл. В Б.И., 1990, N32.

10. Система снабжения транспортного средства сжатым воздухом. /В.М.Ходосовский.Н.В.Богдан, А.Э.Павлович. - A.C. N1655827. Опубл. В Б. И. , 1991, N22.

11. Система снабжения транспортного средства сжатым воздухом. /И.М.Козача, В.М.Ходосовский, Н.В.Богдан и др. - A.C. N1659263. Опубл. в Б.И. ,.1991, N24.

12. Система снабжения транспортного средства сжатым воздухом. /В.М.Ходосовский, Е.А.Малясов, А.Э.Павлович и др. - A.C. N1717443. Опубл. В Б.И., 1992, N9.