автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Эффективность использования тракторного агрегата при работе на горчично-минеральном топливе

На правах рукописи

005011280

Голубев Владимир Александрович

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА ПРИ РАБОТЕ НА ГОРЧИЧНО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ

Специальность: 05.20.03 - технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве;

05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

, 1[чр16'|2

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза-2012

005011280

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовател! ном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновская государе венная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА»)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Уханов Александр Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, ст. науч. сотрудник

Зазуля Александр Николаевич

кандидат технических наук Иванов Василий Александрович

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Ульяновский ГТУ»

Защита состоится 15 марта 2012 года в 10 часов на заседании диссертацион ного совета Д 220.053.02 при ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» по адрес 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенска; ГСХА».

Автореферат разослан «13» февраля 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Кухарев О.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В Концепции развития аграрной науки и научного обес-чения АПК РФ на период до 2025 года, отмечено, что одним из приоритетных на-авлений и области механизации, электрификации и автоматизации является разра-тка оборудования с использованием возобновляемых источников энергии, в том еле биотоплива.

Производство биотоплива растительного происхождения, наряду с улучшением ологической безопасности с.-х. техники, позволит решить ряд проблем экономиче-ого и социального характера в сельском хозяйстве. Препятствием на пути широкого именения биотоплива в качестве моторного являются отличия физико-химических ойств растительных масел от свойств минерального дизельного топлива (ДТ), что >аничивает возможность их применения в автотракторных двигателях в натураль-м виде.

Абсолютное большинство исследований связано с использованием биотоплива основе рапсового масла и практически мало работ по биотопливам из других мас-чных культур, в частности, горчице.

В соответствии с ГОСТ Р52808-2007 одним из видов моторного топлива для с,-тракторов является дизельное смесевое топливо (ДСТ), которое в наименьшей сте--ни требует конструктивной адаптации дизеля и имеет незначительные отклонения казателей физико-химических и теплотворных свойств от соответствующих свойств нерального ДТ. Причем наиболее целесообразным, по экономическим соображе-ям, является приготовление его непосредственно в процессе работы тракторного 1егата (ТА).

Поэтому исследования по оценке эффективности применения смесевого горчич--минерального топлива в дизелях и устройств для его приготовления в процессе боты тракторного агрегата, является актуальной научной и практически значимой 1ачей для АПК.

Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА», тема овышение эффективности машинно-тракторных агрегатов эксплуатационными ме-дами» (номер государственной регистрации № 01201157952).

Цель исследований - оценка эффективности использования тракторного агре-та при работе на горчично-минеральном топливе.

Объект исследований - процесс работы дизеля на смесевом горчично-инеральном топливе и закономерности его приготовления в смесителе-дозаторе.

Предмет исследований - мощностные, топливно-экономические, экологиче-кие показатели дизеля 44 11/12,5 (Д-243) при работе на топливах, состоящих из сме-и горчичного масла (ГорМ) и минерального ДТ в объемных пропорциях 25:75, 50:50, 5:25, 90:10 и смеси 90:10 (УЗ) озвученной ультразвуком и эксплуатационные показате-и тракторного агрегата (МТЗ-80 + КПС-4 + 4 БЗСС-1,0), оснашенного устройством для риготовления ДСТ при работе на топливах, состоящих из смеси ГорМ и минерального ГГ в объемных пропорциях 25:75, 50:50.

Научной новизной работы являются:

- количественные оценки жирно-кислотного и элементарного состава, низшей еплоты сгорания натурального горчичного масла и его смесей с минеральным ди-ельным топливом;

- теоретическое и экспериментальное обоснование использования в тракторном изеле смесевых горчично-минеральных топлив по показателям рабочего процесса, ндикаторным, эффективным, экологическим показателям дизеля и эксплуатацион-

ным показателям трактора;

- рациональное соотношение смесевого горчично-минералыгого топлива, ре мендуемого для использования в качестве моторного топлива на тракторах с.-х. ! значения;

- технические средства адаптации трактора к работе на смесевом горчич минеральном топливе.

Новизна технических решений подтверждена патентом РФ на изобретен №2426588, патентами наполезные модели №89596, №92085, №91929, №109012, №986

Практическая значимость работы. Использование горчичного масла в ка стве биологического компонента к минеральному топливу и приготовление смесево горчично-минерального топлива в системе питания дизеля непосредственно в проц се работы тракторного агрегата, при незначительном снижении мощности дизе; улучшает экологические показатели трактора, обеспечивает экономию топлива не тяного (минерального) происхождения.

Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными исс дованиями дизеля в стендовых условиях и трактора в полевых условиях при работе смесевых горчично-минеральных топливах и на товарном минеральном ДТ, примен нием основных положений теории ДВС и эксплуатации МТП, а также сходимост результатов расчетов показателей рабочего процесса, индикаторных и эффективн показателей дизеля с результатами экспериментальных моторных исследований (п грешность не более 5-10%).

Реализация результатов исследований. Лабораторные исследования смес теля-дозатора топлива проводились в лаборатории топливной аппаратуры ФГБО ВПО «Ульяновская ГСХА». Моторные исследования дизеля Д-243 при работе на м неральном ДТ и смесевых горчично-минеральных топливах проводились в лаборат рии испытаний ДВС ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА». Полевые исследования тра тора МТЗ-80, оснащенного модернизированной топливной системой (агрегаты шта-ной топливной системы, фильтр горчичного масла, смеситель-дозатор топлива, п догреватели топлива, краны, топливопроводы и дополнительный бак), предназначе ной для работы на горчично-минералыюм топливе, проводились в ООО «Агросна сервис» Ульяновской области.

Апробация работы. Основные положения диссертации и ее результаты долож ны и одобрены на Всероссийских научно-технических конференциях ФГОУ ВПО «Пе1 зенская ГСХА» (2009-2010 г.г.), Международных научно-практических конференция ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (2010-2011 г.г.), ФГОУ ВПО Курская ГСХА (2010 г.).

Публикации результатов исследований. По результатам исследований ону ликовано 17 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, указанных в «Перечне... ВАЮ получены патент на изобретение и 5 патентов на полезную модель, без соавторов опубли кованы 3 статьи. Общий объем публикаций 3,7 пл., из них автору принадлежит 1,7 пл.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введени пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 171 наимено вания, приложения на 43 с. Работа изложена на 175 е., содержит 74 рис. и 18 табл.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- расчетно-теоретическое обоснование показателей тракторного дизеля при ис пользовании смесевых горчично-минеральных топлив, в объемных соотношения 25:75; 50:50; 75:25 и 90:10;

- оценочные показатели дизеля при работе на натуральных и озвученных ультразвуком горчично-минеральных топливах;

- рациональное соотношение горчичного масла и минерального дизельного то-ва, рекомендуемое для использования в качестве моторного топлива на тракторах;

- конструкция экспериментальной топливной системы для работы тракторного еля на смесевом горчично-минеральном топливе, приготовляемом в процессе ра-ы тракторного агрегата;

- эксплуатационные показатели трактора МТЗ-80 в составе культивагорного егата, оснащённого экспериментальной топливной системой.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, цель, объект, предмет исследова-. Приведены научная новизна, практическая значимость и достоверность резуль-ов исследований, изложены научные положения и результаты исследований, вы-имые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса, цель и задачи исследований» приве-ы экономические, эксплуатационные, экологические, социальные и санитарные дпосылки, обуславливающие положительные стороны полной или частичной за-ы нефтяных моторных топлив топливом биологического (растительного) проис-дения. Проведен анализ практических аспектов использования биотоплива. Воз-ность использования биотоплива в дизельных двигателях рассмотрена в работах ирова P.M., Белова В., Бубнова Д.Б., Вальехо П.А., Габитова И.И., Гусакова C.B., янина С.Н., Дид^ра В.А., Ефалова A.A., Загородских Б.П., Зазули А.Н., Звонова ., Иванова В.А., Козлова A.B., Краснощекова Н.В., Кулманакова С.П., Маркова ., Марченко А.П., Нагорнова С.А., Савельева Г.С., Семенова В.Г., Слепцова О.Н., юва А.П., Шиловой Е.П., Dorado М.Р., Hatonen Т., Kampmann HJ., Korbitz W.,' ahed, O.A., Niemi S.A., Tat M.E., Yamane K., Zäher F.A. и др. исследователей. В ьшинстве работ в качестве источника растительного сырья рассматривается рапс, не позволяет судить о его эффективности по сравнению с биотопливом из других ичных культур. Альтернативное использование других масличных культур поит значительно расширить вариации севооборотов. Перспективным конкурентом овому биотопливу, по совокупности физико-химических, теплотворных и экс-тационных свойств, является горчичное масло.

Установлено, что по экономическим и техническим соображениям, наиболее емлемым для автотракторных двигателей является дизельное смесевое топливо Т), биокомпонентом которого являются растительные масла. Однако, отличие фи--химических и др. свойств растительных масел от аналогичных свойств мине-ного ДТ, требует их предварительной подготовки для обеспечения заданного со-шения компонентов в ДСТ. Причем наиболее эффективна такая подготовка в еме питания дизеля непосредственно в процессе работы с.-х. техники.

Проведенный анализ показывает на отсутствие эффективных способов приго-ения смесевых топлив и систем питания двигателей, адаптированных для их осу-«вления, обеспечивающих приготовление топлив с заданным соотношением и ка-венным перемешиванием компонентов.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1. Выполнить хроматографический анализ горчичного масла и смесевых гор-ю-минеральных топлив в соотношении 25:75, 50:50, 75:25, 90:10; определить их но-кислогный и элементарный состав, низшую теплоту сгорания.

2. Теоретически определить показатели рабочего процесса, индикаторные и ективные показатели тракторного дизеля при работе на товарном минеральном иве и смесевых горчично-минеральных топливах.

3. Экспериментально определить мощностные, топливно-экономические и экологические показатели тракторного дизеля при работе на товарном минеральном топливе и смесевых горчично-минеральных топливах.

4. Разработать, изготовить и исследовать смеситель-дозатор топлива, обеспечивающий приготовление смесевого топлива в системе питания дизеля непосредственно в процессе работы тракторного агрегата

5. Провести эксплуатационные исследования тракторного агрегата (МТЗ-80 + КПС-4 + 4 БЗСС-1,0) при работе дизеля на минеральном ДТ и смесевых горчично-минеральных топливах.

6. Обосновать выбор рационального состава смесевого горчично-минерального топлива по показателям рабочего процесса, мощностным, топливно-экоиомическим и экологическим показателям дизеля, а также по эксплуатационным показателям трактора; оценить экономическую эффективность от частичной замены минерального дизельного топлива смесевым горчично-минеральным топливом.

Во втором разделе «Расчетно-теоретическое обоснование показателей дизеля Д-243 (44 11/12,5) при работе на смесевом горчично-минералыюм топливе и конструктивных параметров смесителя-дозатора» на основе хроматографическо-го анализа масла белой горчицы сорта «Рапсодия» в натуральном виде (100%ГорМ) и смесевых топлив на основе ГорМ и минерального ДТ Л-0,2-62 (ДТ) в соотношениях 25%ГорМ+75%ДТ; 50%ГорМ+50%ДТ; 75%ГорМ+25%ДТ; 90%ГорМ +10%ДТ, определен их жирнокислотный состав и выполнен расчет элементарного (молекулярного) состава и низшей теплоты сгорания (табл. 1).

Таблица 1 - Элементарный состав и низшая теплота сгорания исследуемых топлив

Вид топлива Элементарный состав Низшая теплота сгорания, Н„, МДж/кг

С Н О

100%ДТ 0,870 0,126 0,004 42,437

25% ГорМ + 75% ДТ 0,845 0,125 0,030 41,176

50% ГорМ + 50% ДТ 0,821 0,1232 0,0560 39,921

75% ГорМ + 25% ДТ 0,796 0,1220 0,0818 38,679

90% ГорМ + 10% ДТ 0,787 0,1211 0,0973 37,996

100% ГорМ 0,772 0,1205 0,1077 37,488

Примечание: С -углерод; Н — водород; О — кислород.

За показатели эффективности работы тракторного агрегата (ТА), принимаем часовую производительность (№г„ га/ч), эксплуатационную мощность трактора (Ы„ кВт) и погектарный расход топлива кг/га).

Известно, что часовая производительность ТА равна:

где Вр - рабочая ширина захвата ТА, м; Vp - рабочая скорость ТА, км/ч; пе — частота вращения коленчатого вала двигателя, мин"1; г — радиус качения ведущих колес трактора, м; 8 - коэффициент буксования ведущих колес трактора; Ц, - передаточное число трансмиссии трактора, рассчитываемое по формуле

где ¡г„ - передаточные число главной передачи; ¡„, - передаточное число конечной передачи; ¡кпл — передаточное число коробки передач.

Эксплуатационная мощность двигателя при выполнении с.-х. операций

W„ =0,1 • В„ • V = 0,0377 • В„ • (1 - S), га/ч,

(1)

(2)

где х-, ~ коэффициент эксплуатационной нагрузки двигателя; т]тр - КПД трансмиссии;

Р„р - крюковое усилие трактора, кН; Р^ - сила сопротивления качению трактора, кН. КПД трансмиссии

ч^-лГ-О-и, (4)

гдс . лГ - КПД цилиндрической и конической пар шестерен; п, т - количество цилиндрических и конических пар шестерен; - коэффициент, учитывающий потери

холостого хода в трансмиссии.

Сила сопротивления качению трактора

Р,=Г-0,,кН. (5)

где Г- коэффициент сопротивления качению трактора; О,,, - вес трактора, кН. Крюковое (тяговое) усилие ТА

М -1 п

Р,„= ' ^ — Рг, кН, (6)

где М„ - эффективный крутящий момент двигателя, кНм. Погектарный расход топлива

От ,

где О - часовой расход топлива дви! отелем трактора, кг/ч. Часовой расход топлива двигателем ТА

0т=103-ёе-ме,кг/ч, (8)

где Ые - эффективная мощность двигателя, кВт; & - удельный эффективный расход топлива, г/кВт-ч.

Определение эффективных показателей Мй Ме, & производим по результатам расчета показателей рабочего процесса, индикаторных и эффективных показателей дизеля, учитывая, что определенные изменения в организацию рабочего процесса вносит использование растительно-минеральных топлив. Для расчета показателей рабочего процесса дизеля используем известные данные по элементарному составу, низшей теплоте сгорания смесевых горчично-минеральных топлив и заранее определенных (экспериментальным путем) значений действительного расхода воздуха (Ом, кг/ч). Коэффициент избытка воздуха

а=—54=_ V 6_1» (О)

и II ) С

ВТ \ олл } ТЛ1Л

где С„- общее теоретически необходимое количество воздуха для сгорания смесево-го топлива, кг/ч; площадь проходного сечения сопла, м2; <р - коэффициент расхода воздуха через сопло; ё - ускорение свободного падения, м/с2; Н - перепад давлений в сопле, мм.в.ст.; р„ - плотность воздуха, кг/м3; /одст - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания ] кг топлива, кг.

В свою очередь, теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг смесевого топлива

I (|с.+8Н. -О. ),кг, (Ю)

°дст 0,23 1,3 1 II) * '

где С„ Н„ 0[ - содержание углерода, водорода и кислорода в ¡-ом топливе- 0,23 - массовое содержание кислорода в воздухе; 8/3, 8 - количество кислорода для полного сгорания углерода и водорода

Максимальное давление цикла

Р -¡п.1о^ту1-Нидст ("г1).МПа. (11)

* с ' у " Ус-10"3 где Рс - давление в конце сжатия, МПа; Ншст-низшая теплота сгорания ДСТ, мДж/кг; П1 - показатель политропы сжатия; Ус - объем камеры сжатия, м3; т^ - общая масса топлива, испарившегося за период задержки воспламенения, кг, определяемая по формуле

= кг, ' (12)

где ¡5т- степень испарения топлива; - цикловая подача топлива, кг.

Индикаторный и эффективный КПД дизеля

Р / а Р-Р

' °дст ^ <14>

Нцдст Рв Лу Р<

где Р| - среднее индикаторное давление цикла, МПа; т|„- коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом; Р„ - среднее давление механических потерь, МПа.

Удельные индикаторный и эффективный расходы ДСТ

„_ 3600 )Г/кВт.ч. 3600 ; г/кВт-ч. (15)

Н„„„ -г||

Дидст

Остальные показатели дизеля рассчитываются по общепринятой методике. В результате расчетов были получены показатели рабочего процесса, индикаторные и эффективные показателе дизеля при работе на различных видах смесевого горчгчно-минерального топлива. Изменения основных показателей дизеля в условиях регуля-торной характеристики представлены на рисунке 1.

Результаты расче~ов показывают, что на всех частотах вращения к.в., по мере увеличения концентрации горчичного масла в смесевом растительно-минеральном топливе, наблюдается ухудшение показателей дизеля.

Результаты теоретических расчетов максимального давления цикла, эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива показывают, что наиболее рациональными для использования в дизелях являются смесевые топлива 25% ГорМ + 75% ДТ и 50% ГорМ + 50% ДТ. Более высокая концентрация горчичного масла в ДСТ приводит к неэффективной работе дизеля.

По техническим и экономическим соображениям наиболее приемлемым является приготовление смесевого топлива в штатной системе питания дизеля непосредственно в процессе работы тракторного агрегата Однако при этом возникает ряд проблем, связанных с транспортировкой горчичного масла (ГорМ) в узлах и агрегатах системы питания дизеля и существенными различиями эксплуатационных свойств ГорМ (вязкость, плотность, прокачиваемость, фильтруемость и др.) от аналогичных свойств минерального ДТ, которые особенно проявляются при изменении температуры окружающей среды, что затрудняет получение смесевых топлив заданного состава.

Для обеспечения заданных соотношений компонентов ДСТ предлагается способ приготовления горчично-минерального топлива, при котором ГорМ дважды подогревается (при фильтрации и непосредственно перед дозированием) до определенной температуры (30 °С), дозируется и подается в струю подогретого до той же температуры минерального ДТ и перемешивается с ним.

Для реализации предлагаемого способа разработана модернизированная топливная система низкого давления дизеля (ТСНД). Для этого в штатную топливную систему установлены дополнительный бак 2 (рис. 2) для ГорМ, фильтр-подогреватель 6 (патент РФ № 98697), электроподогреватель 7 (ПП-101), смеситель-дозатор 8 (патенты РФ № 2426588, № 89596, № 91929, №92085, №109012), переключатель состава смеси (ПСС) 16, электроподогреватель 17.

50Г.ГорМ*Я)г,ДТ

2000

Частота вращения коленчатого вала, млн

а) коэффициент избытка воздуха

1-юо 1боо 1зоо :ооо ::оо

Частот.-» вращения коленчатого вала. мин

б) максимальное давление цикла

МО

5 ? 2о5

и

ыоо 1600 18оо ;ооо 2200

Частота вращения коленчатого вала, млн 1

1400 1<Ю0 1800 2000 2200

Частота вращения коленчатого вала, мин1

в) эффективная мощность г) удельный эффективный расход топлива

Рисунок 1 - Изменение расчетных показателей двигателя Д-243 (44 11/12,5) в условиях регуляторной характеристики при работе на топливах различного состава

Рисунок 2 - Система питания тракторного дизеля (наименование позиций в тексте)

При работе дизеля минеральное ДТ из бака I по линии 3 через фильтр 4 и подогреватель 17, за счет разрежения создаваемого топливоподкачивающим насосом (ТПН) 10. поступает в смеситель-дозатор 8. Одновременно из бака 2 по линии 5 через фильтр-подогреватель 6 и подогреватель 7, ПСС 16 к смесителю-дозатору 8, за счет разрежения, создаваемого ГПН, поступает горчичное масло. В смесителе-дозаторе 8 происходит дозирование минерального ДТ и ГорМ и их смешивание, после чего сме-севое топливо через ТПН !0, фильтр тонкой очистки (ФТО) ] 1 поступает в ТНВД 12 и далее форсунками 13 впрыскивается в цилиндры двигателя.

Избыточное топливо из ТНВД 12 по линии слива 15, из форсунок 13 по линии слива 14, поступает на вход ТПН 10 и возвращается в наполнительную полость ТНВД

г

12. При отсутствии в баке 2 горчичного масла, система переводится на подачу мин| рального Д'Г, для чего полностью закрывается ПСС 16.

Для увеличения точности дозирования компонентов ДСТ при малых расход' топлива (1,5-25 л/мин), предложена конструкция статического смесителя-дозато,' топлива (патент РФ № 109012), действие дозирующих устройств которого основам на разрежении, создаваемом ТПН (рис. 3).

Рисунок 3 - Смеситель-дозатор топлива (наименование позиций в тексте)

Смеситель-доза гор топлива состоит из корпуса 1, имеющего патрубок 2 дл подачи минерального ДТ, которую ограничивает клапан 5 дозатора 3 минеральной ДТ, патрубка 13 для выхода ДСТ, патрубка 4 для подачи ГорМ, герметично устано з ленного в корпусе дозатора 3. Патрубок 4 имеет отверстия 7 для подачи в корпус смесителя-дозатора ГорМ и служит направляющей для втулки дозатора 9, на тори; которого расположен клапан 5. Радиальные отверстия 6 дозатора 9 перекрывают о; верстия 7 патрубка 4 по мере увеличения разрежения. Втулка дозатора 9 удерживает ся в закрытом положении пружиной 12, а ее максимальное перемещение ограничива ется винтом 10, который одновременно удерживает заглушку 11. Под воздействием разрежения в смесителе-дозаторе, возникающем при работе ТПН, открывается клана! 5, преодолевая сопротивление пружины 12 и через патрубок 2 и отверстия дозатора 3 в корпус 1 начинает поступать минеральное ДТ. Перемещение клапана вызывает со ответствующее перемещение втулки дозатора 9 и открытие отверстий 6 и 7, через ко торые в струю движущегося по винтовому каналу смесительной камеры 14 мине' рального ДТ начинает поступать и смешиваться с ним ГорМ. Заданное соотношение компонентов смеси достигается соответствующим соотношением проходных сеченш отверстия клапана 5 и отверстий 6 и 7. В случае возникновения избыточного давления на выходе из смесителя-дозатора, при резкой остановке или при изменении нагрузочных и скоростных режимов двигателя, клапан 5 и отверстия 6 и 7 перекрываются, вы полняя функции обратных клапанов.

Для снижения гидравлического сопротивления на участке подачи ГорМ при работе дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха разработана и запатентована конструкция фильтра-подогревателя (рис. 4 а), в котором подогреватель I выполнен в виде нагревательных элементов с положительным температурным козф-1 фициентом сопротивления (позисторов), установленных на полую цилиндрическую"

а) схема

б) общий вид

| кассету, изготовленную из диэлектрика. Питание нафевательных элементов осуществляется от бортовой сети трактора.

Рисунок 4 - Устройства для подогрева топлива:а) фильтр-подогреватель;

в) подогреватель топлива ПП-101: 1 - подогреватель; 2- трубопровод; 3 - отражатель;4 - стакан; 5 - пробка; 6 - успокоитель; 7 - элемент фильтрующий; 8 - стержень; 9 - выходное отверстие; 10 - крышка

Для подогрева ГорМ и минерального ДТ перед дозированием применены электрические проточные подогреватели топлива ПП-101 (рис. 46), обеспечивающие автоматическую подстройку температуры во время работы.

Для определения конструктивных параметров смесителя-дозатора топлива предлагаемая система питания (рис. 2) разделена на несколько участков, различающихся по характеру движения в них потока жидкости (рис. 5):

Линия всасывания

I - участок подачи минерального ДТ: бак 1, штуцеры 20, 19, 18, 21, топливопровод 3, подогреватель 17, фильтр-отстойник 4, дозатор минерального ДТ 3 (рис. 3);

II - участок подачи ГорМ: бак 2 (рис. 5), штуцеры 23, 22, 24, 25, 26, 27, топливопровод 5, фильтр-подогреватель 6, подогреватель 7; ПСС 16, дозатор ГорМ 9 (рис. 3);

III - участок смешивания минерального ДТ и ГорМ: винтовой канал смесительной камеры 14, (рис. 3), патрубок ДСТ 9 (рис. 5), топливопровод 15 , штуцеры 28. 32.

Линия нагнетания

IV - участок подачи ДСТ к ТНВД: ТПН 10, ФТО 11, топливопроводы 14 и 13, штуцеры 29, 31, 30, 12.

Энергетическим средством, обеспечивающим работоспособность ТСНД дизеля, является штатный ТПН, энергия которого расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений, обусловленных силами трения ДСТ и его компонентов.

Условия работоспособности модернизированной ТСНД:

РВС>ДРС=ДР1+АРН+ДРШ; (16)

<3тгш > Отопл =Ql+ Qn=Qlü=QlV= '>610" Яцикл Пк' С7)

где Рж- разрежение на входе в ТПН, Па; ДРс- суммарные потери давления в линии всасывания ТСНД, Па; Д Рь Д Рц, Д Рщ - соответственно потери давления на участках 1, II, III ТСНД, Па; QIIIH - подача топлива ТПН, м3/с; QTOn„ - расход топлива двигателем, м3/с; Qb Qn, Qiii, Qiv - объемный расход топлива на участках ТСНД, м3/с; qu - объемная цикловая подача ТНВД, мм3/цикл;пк - частота вращения кулачкового вала ТНВД, мин"1. Для проверки соблюдения условия (16) выполнены расчеты суммарных потерь давления на I (Рь Па), II (Р„, Па) и III (Р,„, Па) участках ТСНД:

ДР, ^PJ.+AP^ +ДРф + ДР^; AP„=APJ+AP°+ДР°„ + ДР,°; ДРШ=ДРС.Л+ДР1Ш+ДРМШ , (18)

где ДР^, ДР", ДРТ"' - потери давления в топливопроводах ТСНД I, II и III участков, Па; ДР^, ДР:, ЛР"' - потери давления в местных сопротивлениях (штуцерах) I, II и III

участков, Па; ДРф, ДР£„- потери давления в фильтре-отстойнике и фильтре: подогревателе, Па; ДР|,- потери давления в дозаторе минерального ДТ. Па; ДР" - по тери давления в ПСС, Па; ДРод- потери давления в отверстиях дозатора ГорМ, П ДР._д~ потери давления в смесителе-дозаторе, Па.

7 25 16 26 27 9 28 10 29 11

ДР;=ДРЧДР:=^ + --^ Па. (20)

Рисунок 5 - Расчетная схема топливной системы низкого давления дизеля Потери давления в топливопроводах (ДР| ), местных сопротивлениях (ДР^) и фильтрах (ДР^) на] участках ТСНД определяются по формулам:

др; =0,81-^-Ьэ^!..^ др (19)

ГО а| а;ф '1 )Ф

где ^ - коэффициент Дарси; Цр - длина топливопровода ¡-участка, м; - диаметр ^топливопровода, м; 4 - диаметр ¡-штуцера, м; ^ - гидравлическое сопротивление ¡-штуцера; «¡Ф - конструктивный коэффициент фильтра ^участка, м; р7.- динамическая вязкость топлива, Па-с: площадь поверхности фильтрации фильтра ¡-участка, м2; р\~ плотность топлива при заданной температуре, кг/м3.

Потери давления в дозаторе минерального ДТ составят

С-г,,_д2

^ 2 • пок • • в;

где ДРК' - потери давления при открытии клапана дозатора. Па; ДР|к - гидравлические потери в дозаторе, Па; - площадь, на которую действует перепад давлений, м2; С - жесгкость пружины, Н/м; ^ - изменение длины пружины при открытии клапана, м; п01! - количество отверстий дозатора; Б« - площадь отверстия дозатора, м2; рок -коэффициент расхода отверстия.

Потери давления в переключателе состава смеси определяются по формуле

ДР;=1,62-^--р'орМ-?п,Па, (21)

эп

где с1эп - эквивалентный диаметр проходного сечения ПСС, м; р[щМ - плотность ГорМ при заданной температуре (30 °С), кг/м3; <; „ - сопротивления проходного сечения ПСС. Потери давления в отверстиях дозатора ГорМ

Ргорм. Па, (22)

где С- гидравлическое сопротивление отверстий дозатора ГорМ; (1:к)а- эквивалентный иаметр отверстий дозатора ГорМ, м; пш- количество отверстий дозатора. Потери давления в смесителе-дозаторе

ДР.

Qm

9 „2 о2— Р'аст> Па, (23)

де ДР»,- потери давления в винтовом канале смесительной камеры, Па; ДРт- поте-и давления в патрубке ДСТ, Па; LBK - длина винтового канала смесительной камеры, ; d3 - эквивалентный диаметр винтового канала, м; Sm - площадь сечения патрубка CT, м ; ц т -коэффициент расхода патрубка ДСТ.

Результаты расчета потерь давления в ТСНД, например при приготовлении месевого топлива 50%ГорМ + 50%ДТ, представлены на рисунке 6. Потери давления а I и II участках ТСНД примерно равны и составляют при максимальном объемном исходе ДСТ (0,32 л/мин) )', = 8,25 кПа, Р„ = 22,45 кПа. Потери давления на III участ-е Рш = 0,6 кПа. В результате максимальные суммарные потери давления на участках инии всасывания ТСНД составят ДРС= 31,3 кПа, это значительно меньше разреже-ия, развиваемого ТПН (PK=120 кПа), что подтверждает условия работоспособности СНД(см.ф-лу 16).

к ~ s

a is

5 ю

5 5 Е.

н О

I Пучасток

I участок

-----1 ; ___—

^Шучасток

ОМ

с о о,1 о.г о,з

Обьгмный расход тошшвэ, л мин

исунок 6 - Потери давления на участках топливной системы низкого давления дизеля

В статических винтовых смесителях степень перемешивания можно улучшить испергированием подмешиваемой жидкости из отверстий дозатора. При малых ско-стях истечения жидкости (ламинарный режим), наилучшее качество смешивания аблюдается при капельном режиме, который имеет место при соблюдении условия:

V РгорМ ' ^зод

(24)

е скорость истечения ГорМ из отверстий дозатора, м/с; критическая ско-ость, при которой капельный режим переходит в струйный, м/с; о'г м — коэффициент оверхностного натяжения ГорМ, Н/м; у - коэффициент сужения капли.

Подставив в формулу (24) выражение скорости истечения через максимальный бъемный расход топлива на II участке С?п, получим:

¿эод > -3'

2'Qm Ргорм

Л'2 ' Под ' °ГорМ ' V '

(25)

Принимаем отверстия прямоугольного сечения с размером основания 8^=2^ мм. Высота отверстий дозатора, определяющая их проходное сечение, зависит от еличины перемещения втулки дозатора Ьл. Тогда объемный расход ГорМ через от-ерстия дозатора можно определить по формуле

<гГч«=а-Ьл-е*1, ■ (26)

е а, и Ь - эмпирические коэффициенты (определяются экспериментальным путем).

Для получения ДСТ с заданным соотношением компонентов необходимо с блюдение условия

Qдcт =К,11рМ • (?дст +КДТ ■ (?дст > (2

где КГорм - массовое содержание ГорМ в ДСТ; Кдт - массовое содержание минерально ДТвДСТ.

Соблюдение условия (27) возможно при согласовании расходов минеральног ДТ и ГорМ через отверстия дозаторов минерального ДТ и ГорМ. Например, при с отношении компонентов ДСТ 50:50, используя формулу для определения объемног расхода жидкости через отверстия, получим:

(2

V Лорм V ^ЛТ

Откуда, при одинаковом количестве отверстий площадь проходного сечения

с = << I ^ о

где Рсм - разрежение на входе в смесительную камеру, Па.

Принимаем отверстие прямоугольного сечения с основанием Эо, = 2,25 м Объемный расход минерального ДТ для различных положений клапана определяете по эмпирическому выражению (26).

Ширину винтового канала смесительной камеры (а,к) принимаем исходя и размеров капель при диспергировании растительного топлива

аш>(».-1,9-<Ц,. (30

Длину смесительной камеры определяем из известного соотношения

Ьсм>8-(1см,м, (31

где йк - диаметр капли, м; с1с„ - внутренний диаметр смесителя, м.

Расчеты показывают, что конструктивные размеры смесительной камеры со ставляют: авк = 0,005 м; Ьсм = 0,18 м.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследова ний» разработана общая программа исследований, которая включала контрольны испытания агрегатов дизельной топливной аппаратуры на соответствие параметре их технического состояния требованиям соответствующих госстандартов; лаборатор ные исследования смесителя-дозатора топлива для оценки влияния конструктивны параметров дозирующих устройств на состав ДСТ при различных режимах работ ТСНД и определения качества перемешивания минерального ДТ и горчичного масла моторные исследования дизеля в стендовых условиях при работе на товарном мине ральном и смесевом горчично-минеральном топливах; полевые исследования тракто ра класса 14 кН, оснащенного модернизированной системой питания, при работе н минеральном ДТ и смесевых горчично-минеральных топливах.

Предметом лабораторных исследований являлся разработанный смеситель дозатор топлива. Экспериментальная установка для лабораторных исследований вклю чала стенд 7 (рис. 7) для испытания и регулировки дизельной топливной аппаратурь КИ-22205-01, агрегаты штатной топливной аппаратуры дизеля 44 11/12,4 (Д-243 (фильтр отстойник, ТПН, фильтр тонкой очистки топлива, ТНВД УТН-5А, компле форсунок ФД-22 с топливопроводами), мерные емкости 8 и 6 минерального ДТ ГорМ, фильтр ГорМ 3, смеситель-дозатор топлива 4, измерительный комплекс (ИК) 2.

В состав ИК входят фотометрический датчик 1 (рис. 8) на основе лазерног модуля инфракрасного излучения КЬМ-0980-80-5, аналого-цифровой преобразова

тель ZET 210 «Sigma USB» 2, датчик M 222 температуры топлива 3, датчик давления 5 MM05KPG1HA , ноутбук «HP Pavilion» на базе Intel Core2Duo, блок питания 12В.

Рисунок 7 - Общий вид экспериментальной безмоторной установки:

1 - переключатель состава смесевого топлива; 2 - комплекс измерительный ИК; 3 - фильтр; 4 - смеситель-дозатор топлива; 5 - кран подачи минерального топлива; 6 - емкость мерная горчичного масла; 7-стенд КИ-22205-01-ГОСНИТИ; 8 - емкость мерная минерального топлива; 9 - насос топливный УТН-5А

Рисунок 8 - Измерительный комплекс и места установки датчиков

[ Методика проведения лабораторных исследований предусматривала:

- уточнение технологических и конструктивных параметров дозирующих устройств смесителя-дозатора по условию обеспечения заданного состава смесевого топлива;

- оценку качества ДСТ, приготовленного смесителем-дозатором.

I Для уточнения технологических и конструктивных параметров дозирующих устройств смесителя-дозатора топлива определялись зависимости объемных расходов |ГорМ и минерального ДТ через отверстия дозатора для различных положений втулки дозатора при свободном истечении топлива из ТПН (Рвых = 0). В результате были по-

лучены численные значения эмпирических коэффициентов для расчетов объемно]' расхода компонентов ДСТ через дозирующие устройства по формуле (26).

За критерий оценки работы дозирующих устройств смесителя-дозатора бьь; принято процентное содержание ГорМ в дозе ДСТ, определяемое по формуле

.. кг„рм=^-юо%. ^ ; (35

Удст

Для получения численных значений показателя были проведены исслед вания по оценке влияния положения ПСС и подачи ТНВД на объемный расход кок понентов горчично-минерального топлива. Результаты исследований позволили ог ределить положения ПСС для получения ДСТ заданного состава.

За оценочный показатель качества перемешивания ДСТ (степени персмешив; ния) был принят коэффициент однородности смеси, вычисляемый по формуле

Кос =1 1--И00% =

' Z(xi-x)2 п ~5 .=1

100%, (3

где S - среднеквадратическое (стандартное) отклонение содержания ГорМ в проба1 ДСТ; х - среднее значение содержания ГорМ в пробах ДСТ; х; - содержания ГорМ i-пробе ДСТ; п - число проб.

Содержание ГорМ в пробах ДСТ определялось по Мгновенному значению ori тической плотности ¡-пробы ДСТ, находящейся во время замера в топливной камер, фотометрического датчика 1 (рис. 8). При этом электрический сигнал датчика преоб разовывался АЦП в величину содержания ГорМ в данной пробе ДСТ. По формула^ (33) определялись значения коэффициента однородности ДСТ.

Моторные исследования проводились с целью экспериментального определе ния показателей рабочего процесса, эффективных и экологических показателей дизе ля в условиях регуляторной характеристики (в диапазоне частот вращения к. в. о 1400 мин"' до 2200 мин"1) с нагрузкой на тормозе стенда 80% и 100%, а также в уело виях холостого хода.

Моторная установка для исследования работы дизеля на минеральном и гор чично-минеральных топливах включала тракторный дизель 4 411/12,5 (Д-243) с сис1 темой отвода отработавших газов, динамометрическую машину KS-56/4 со штатным:^ контрольно-измерительными приборами и измерительно-регистрирующий комплек (ИРК). В состав ИРК входят измерители температуры окружающего воздуха и эксплуатационных материалов, расходомеры топлива и воздуха, датчики (фотоэлектрический ВМТ, пьезоэлектрический давления газов, температуры охлаждающей жидкости и масла, давления топлива конструкции ЦНИ'ГА), прибор ИМД-ЦМ, аналого-цифровой преобразователь LA-2USB, ноутбук «Compaq» на базе Pentium-Ill, стабили зированный блок питания, измеритель дымности отработавших газов КИД-2, гаэоана лизагор АВТОТЕСТ СО-СН-Т-Д I

Моторные исследования дизеля по мощностным, топливо-экономическим я экологическим показателям проводились на различных нагрузочно-скоростных ре! жимах, характерных для условий эксплуатации, на товарном минеральном ДТ Л-0,2-62 и горчично-минеральных топливах: 25% ГорМ + 75% ДТ; 50% ГорМ + 50% ДТ: 75% ГорМ + 25% ДТ; 90% ГорМ + 10% ДТ; 90% ГорМ + 10% ДТ (УЗ 44 кГц). Измерения производились в трехкратной повторности и заносились в протокол испытаний.

По результатам измерений проводилась оценка влияния состава смесевого топлива на эффективные и экологические показатели двигателя, в результате чего определялся рациональный состав ДСТ.

Полевые исследования фактора МТЗ-80 проводились в условиях опытных загонок в ООО «Агроснаб-Сервис» Ульяновской области. Предметом полевых исследований являлся ТА в составе трактора МТЗ-80, оборудованного модернизированной ТСНД, парового культиватора КПС-4 и четырех зубовых борон БЗСС-1,0, используемый на сплошной культивации (рис.9).

Приборное обеспечение включало считающий динамометр РТТК-АФИ для определения тягового усилия на сцепном устройстве трактора, дымомер «ИНФРАКАР Д», мерные емкости для минерального и растительного топлив, рулетку, секундомер.

Рисунок 9 - Экспериментальная установка для исследований тракторного агрегата в полевых условиях:

1 - культиватор КПС-4; 2 - считающий динамометр РТТК-АФИ; 3 - мерные емкости; 4 - смеситель-дозатор

Методика исследований в полевых условиях предусматривала оценку работоспособности модернизированной ТСНД в производственных условиях, оценку эксплуатационных показателей трактора, работающего на смесевом горчично-минеральном топливе, производственную оценку экономической эффективности трактора класса 14 кН при работе на смесевом горчично-минеральном топливе. За оценочные эксплуатационные показатели ТА были приняты погектарный расход топлива, часовая производительность, эксплуатационная мощность, дымность ОГ.

В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследований»

представлены и проанализированы результаты сравнительных моторных исследований дизеля Д-243 (44 11/12,5) по мощностным, топливно-экономическим и экологическим показателям, лабораторных исследований смесителя-дозатора топлива и полевых исследований ТА при работе на горчично-минеральном топливе.

Анализ моторных исследований показывает (рис. 10), что на номинальном режиме эффективная мощность дизеля <Ъ1С) при работе на смесевых топливах, по сравнению с работой на минеральном ДТ, незначительно снижается (рис. 10 а).

Максимальное снижение на 5,8% (с 56,1 кВт до 52,8 кВт) происходит при работе на топливе 90% ГорМ+10% ДТ. Часовой (От) и удельный эффективный (§е) расходы топлива при этом увеличиваются соответственно на 12% (с 15,0 иуч до 16,8 мЛ) и

18,9% (с267,41/кВтч до318,1 г/кВт-ч). Минимальное снижение эффективной мощности на1 3,9% (с 56,1 кВт до 53,9 кВт) наблюдается на топливе 25% ГорМ+75% ДТ. Часовой и удельный эффективный расходы топлива при этом увеличиваются соответственно на 6,7 % (с 15,0 кг/ч до 16,0 кг/ч) и 10,7 % (с 267,4 г/кВт ч до 296,0 г/кВт-ч). При увели-' чении содержания ГорМ в ДСТ дымность ОГ снижается и имеет наименьшее значе-1 ние (20%) при работе дизеля на топливе 90%ГорМ+25%ДТ (рис. 10 б). Содержание, оксида углерода снижается при работе на топливах 25%ГорМ+75%ДТ и 50%ГорМ+50%ДТ, по сравнению с работой на минеральном ДТ, на 9% и 18%, а затем увеличивается, достигая максимума при работе на топливе 90%ГорМ+25%ДТ

Д.%

30 20

СОЛ 0.2

5'ítyi "Vt.flП«»Ч «М

ДТ .ял тж 'Кл -К* 'ЛЛ11

а) эффективные показатели

* —

-------L----L._ , _ J 1 .....-

]

---- — ------ -со-}------ ______

■■ -- ---

ДТ -tf.il

su -ш -адп

б) экологические показатели Рисунок 10 - Показатели дизеля Д-243 на топливах различного состава при 100%-ой нагрузке и час. tome вращения коленчатого вала 2200 мин1

Характер изменения показателей на номинальном режиме в условиях регулятор-ной характеристики (рис. 11,12) сохраняется на всех частотах вращения к.в. двигателя.

340

58

Sso

§

3

§ 46

542

УЗ 44 кГц г- ÍÍÍ |

í ! \ 7SW¡^r+I5Wo|.M bj

Р—- й)«ЩЧ5<1«Гч>М -«-í-S

10ЧДТ+»%ГорМ L

ч , ; 25«ДТ-ь75«Г>М

1400 1600 1800 2000

Част«та врицекщ колетапп iua, а

а) эффективная мощность

100 140О 1600 1800 2000 2200

Частота враиденмя колжкчапгг азш.яшн'1

6) удельный эффективный расход топлива

Рисунок 11 - Эффективные показатели дизеля Д-243 в условиях регуляторной характеристики (режим полной мощности)

Улучшить показатели дизеля при работе на ДСТ позволяет обработка его ультразвуком. Например, на номинальном режиме при работе двигателя на ДСТ 90%ГорМ + 10%ДТ (УЗ 44 кГц) эффективная мощность (рис. 10 а, 11 а) снижается, по сравнению с работой на минеральном ДТ, на 2,1% (с 56,1 кВт до 54,9 кВт), а на режиме максимального крутящего момента на 2,2% (40,2 кВт до 39,3 кВт), что значительно меньше, чем снижение на одноименном топливе, не обработанном ультразвуком.

Улучшение показателей дизеля при работе на озвученном смесевом топливе 90%ГорМ+10%ДТ (УЗ 44 кГц) (рис. 10, 11) объясняется тем, что при ультразвуковом излучении происходит тонкое размельчение и интенсивное перемешивание компонентов ДСТ, в результате чего получается стойкая, высокодисперсная и практически

однородная эмульсия, интенсифицирующая последующий процесс сгорания.

м т

1400 лото 1зоо 2000 2200

Частота врли^нкя коленчатого ВаЛЛ. ыип1

в) содержание оксида углерода

иоо 1ойо 1800 :ооо 2200

Ч у : чт.1 орлщения коленччтого я >ла мин

г) дымность

Рисунок 12- Экологические показатели дизеля Д-243 в условиях регуляторной характеристики (режим полной мощности)

Результаты лабораторных исследований по уточнению технологических и конструктивных параметров дозирующих устройств смесителя-дозатора топлива (рис. 13) показывают, что графические зависимости объемного расхода ГорМ от положения втулки дозатора на всех режимах работы линии подачи ГорМ, задаваемых ПСС, носят сходный характер с зависимостью объемного расхода минерального ДТ. Это предполагает возможность получения смесевого топлива с заданным соотношением компонентов при определенном положении ПСС. По результатам исследований определены эмпирические коэффициенты уравнения (26) для расчета пропускной способности дозирующих устройств. Например, при приготовлении топлива 50%ГорМ+50%ДТ они составляют: а= 3; Ь = 0,46.

Перемещен»? втулки доиторп. ]

О О.о 1.2 1.8 2.4

Перемещение втулки дотаторл. мм

Рисунок 13- Зависимости объемного расхода горчичного масла от перемещения

втулки дозатора при различных положениях переключателя состава смеси В результаты исследований по оценке работы дозирующих устройств было установлено, что изменение объемных расходов компонентов смесевого топлива зависит от положения ПСС (например, на рис. 14 а представлена зависимость объемных расходов компонентов смеси при максимальной цикловой подаче ТНВД) и практически не зависит от изменения объемного расхода ДСТ, задаваемого цикловой подачей ТНВД.

Это обстоятельство позволило определить положения ПСС для получения смесевого топлива с различным процентным содержанием в нем ГорМ на всех режимах работы "ГСНД, которые представлены в виде тарировочного графика на рис. 14 б. Гак, для получения смесевого топлива 50%ГорМ+50%ДТ необходимо установить ПСС в

положение 35°, для получения смесевого топлива 25%ГорМ+75ДТ - в положение 14°. ? за

МО

В § 120

! ( а

ю а

О 8 -10

Е „

.. ДТ

/

\

ГорМ

у

О 10 20 50 40 50 Положение переключателя состава смет. град

а)

о ю :о зо ^о

Положены? переключателя состава смеси, град 6)

Рисунок 14 - Зависимости объемных расходов компонентов смеси и содержания ГорМ в смесевом топливе от положения переключателя состава смеси

Результаты исследований по оценке качества перемешивания ДСТ показали что с увеличением скорости движения топлива в ТСНД горчично-минеральное топливо становится более однородным. При объемном расходе ДСТ, соответствующем максимальной подаче ТНВД, коэффициент однородности смеси К«. = 98,3%.

Проведенные сравнительные исследования фактора МТЗ-80 в полевых условиях при рабо-е на минеральном ДТ и ДСТ показали, что при сплошн-й культивации погектарный расход топлива увеличивается на 9,7% (с 4,42 кг/га при работе на минеральном ДТ до 4,85 кг/га при работе на топливе 50%ГорМ+50%ДТ) (рис. 14 а).

с 6

X 5

о 4

ч 3

а.

I 1

1- X С 0

4.4: 4,63 4.35 * 5,2 5,18

«-с 5.16 5.15

5.14

■ -

5.12 •

;' .'V / ■ ■ й 3 .08 ■

4> Н

Я о а а о 5 .04 • 3 ■ 1 | -1

со 56 ■

И 55 ■

| 54 •

«* Ц 55 ■

а я 5"» -

Э

р я -

? 50

100'.ДТ 25».ГорМ+ М'.ГорМч-"••ДТ ?0*.ДТ Состав дтедьнсто смесевого топлива

а) погектарный расход топлива

54.00

ЮО'.ДТ 25«.ГорМ + 50*.ГорМ+ 50» .ДТ

Состав дтельного смесевого топлива

6) часовая производительность

54.23 54.13

I»

43

ЗР

34

100-.ДТ 25«.ГорМ+ 50«,ГорЫ+

-5«.ДТ 50-.ДТ Состав дтельного смесевого топлива

100*'.ДТ 25'.ГорМ+ 50«,ГорМ+ ■»•»ДТ 50*.ДТ Состав лтедыгого смесевого топлива

в) эксплуатационная мощность Рисунок 14 - Эксплуатационные показатели трактора МТЗ-80 на культивации

г) дымность

При работе на ДСГ, по сравнению с работой на минеральном ДТ, незначительно снижается часовая производительность ТА (с 3,18 до 3,14 га/ч) (рис. 14 б) и эксплуатационная мощность двигателя трактора (с 54,66 кВт при работе на минеральном ДТ до 54,23 и 54,18 кВт при работе на топливах 25%ГорМ+75%ДТ и 50%ГорМ+50%ДТ, соответственно) (рис.14 в).

Наибольшее снижение дымности отработавших газов (до 34%), по сравнению с работой на минеральном дизельном топливе, наблюдается при работе трактора на смесевом топливе 50% ГорМ + 50% ДТ (рис.14 г).

В пятом разделе «Экономическая эффективность использования смесевого горчично-минерального топлива в дизелях тракторных агрегатов» проведен технико-экономический расчёт работы трактора МТЗ-80 при использовании в качестве топлива для двигателя смесевого горчично-минерального топлива. Годовой экономический эффект на один трактор при использовании смесевого топлива 50%ГорМ+50%ДТ составляет 14320 руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенный хроматографический анализ горчичного масла и смесевых гор-чично-минеральных топлив в соотношении 25:75, 50:50, 75:25, 90:10 позволил определить их жирно-кислотный и элементарный составы, низшую теплоту сгорания. Полученные результаты позволяют считать горчичное масло приемлемым биокомпонетом моторного топлива.

2. Для определения показателей эффективности использования тракторного агрегата при работе горчично-минерального топлива произведен расчет показателей дизеля с учетом изменений, которые вносит в организацию рабочего процесса применение ДСТ. Результаты расчетов показателей дизеля Д-243, показали на их незначительное расхождение с соответствующими показателями при работе на минеральном ДТ (4-9%).

3. Результаты моторных исследований показывают, что при работе дизеля Д-243 на всех исследуемых режимах по мере увеличения концентрации горчичного масла в смесевом топливе, по сравнению с работой на минеральном ДТ, наблюдается незначительное ухудшение эффективных показателей. Эффективная мощность снижается на 3,9-5,9%, удельный эффективный и часовой расходы топлива повышаются соответственно на 10,7- 20,5% и 6,6-12,0%. Одновременно дымность отработавших газов снижается на 7,6-37,5%.

Содержание оксида углерода в отработавших газах снижается при использовании горчично-минеральных топлив в соотношении 25:75 и 50:50 соответственно на 3,69,0% и 7,2-18,2%; при дальнейшем увеличении концентрации горчичного масла в смесевом топливе содержание оксида углерода увеличивается.

Обработка дизельного смесевого топлива ультразвуком улучшает эффективные и экологические показатели дизеля. Например, при работе дизеля на озвученной опливной смеси 90%ГорМ+10% ДТ (УЗ 44 кГц), по сравнению с работой на нату-альном смесевом топливе одноименного состава, на номинальном режиме эффек-ивная мощность двигателя повышается на 3,8%, удельный эффективный расход топ-ива снижается на 13,8%. При этом, дымность отработавших газов снижается на 5%, одержание в них оксида углерода снижается на 16,6%.

4. Разработан, запатентован и изготовлен смеситель-дозатор топлива, который беспечивает приготовление смесевого топлива в системе питания дизеля непосред-

ственно в процессе работы тракторного агрегата. Точность дозирования компонентов смесевого топлива достигается доведением их физических свойств до требуемого уровня за счет подогрева компонентов до заданной температуры. Результаты исследований смесителя-дозатора топлива подтвердили приемлемое качество приготовленного ДСТ. Коэффициент однородности смесевого топлива 50%ГорМ + 50%ДТ составляет 95,1 %-98,3% и зависит от объемного расхода топлива в ТСНД.

5. Сравнительные исследования трактора МТЗ-80 в полевых условиях, работающего на товарном ДТ и смесевых горчично-минеральных топливах, показали, что погектарный расход топлива повышается на 9,7% с увеличением до 50% содержания ГорМ в ДСТ. При этом часовая производительность тракторного агрегата и эксплуатационная мощность двигателя трактора практически не изменяются. Дымность отработавших газов с увеличением содержания горчичного масла в ДСТ уменьшается и принимает минимальное значение (34%) при работе на топливе 50% ГорМ + 50% ДТ.

6. По исследуемым показателям рабочего процесса, индикаторным, эффективным показателям дизеля и эксплуатационным показателям трактора рациональным является смесевое топливо 25%ГорМ + 75% ДТ; по экологическим и экономическим показателям - топливо 50%ГорМ + 50%ДТ.

Годовой экономический эффект в расчете на один трактор МТЗ-80 от использования в качестве моторного топлива смеси 50%ГорМ+50%ДТ составляет 14320 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях рекомендованных ВАК 1 Уханов, А.П. Устройства для приготовления растительно-минерального топлива /

A.П. Уханов, В.А. Чугунов, В.А. Голубев // Нива Поволжья. - 2010. - № 4 (17). - С. 63-67.

2. Уханов, А.П. Перспективы использования биотоплива из горчицы / А.П. Уханов,

B.А. Голубев // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. -

20ll.-№ 1 (13). - С. 88-90.

3. Уханов, А.П. Результаты моторных исследований горчичного биотоплива / А.П. Уханов, Д А. Уханов, В.А. Голубев, Р.К. Сафаров, Д.С. Шеменев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2011. -№.5.-С. 7-10.

Патенты РФ

4. Пат. 2426588 РФ, МПК В 01 F 5/06. Смеситель-дозатор топлива / А.П. Уханов, В.А. Голубев Е С Зыкин. №2009141463/05; Заявл. 09.11.2009; Опубл. 20.08.2011, Бюл. № 23.

5' Пат на пол модель 89596 РФ, МКП Е 21 В 33/13, В28С5/02. Жидкостный смеситель / А.П. Уханов, В.А. Голубев, Е.С. Зыкин. №2009135355/22; Заявл. 22.09.2009; Опубл.

10.12.2009, Бюл. №34.

6 Пат на пол. модель 91929 РФ, МПК В 28 С 5/02. Смеситель-дозатор топлива / А.П. Уханов, В.А. Голубев, Е.С. Зыкин. - №2009141314/22; Заявл. 09..11.2009; Опубл. 10.03.2010, Бюл. №7.

7 Пат на пол. модель 92085 РФ, МПК Е 21 В 33/13. Смесигель-дозатор топлива / А.П. Уханов, В.А. Голубев, Е С. Зыкин. №2009141313/22; Заявл. 09.11.2009; Опубл. 10.03.2010, Бюл. №7.

8 Пат на пол модель 98697 РФ, МКП В 01 D 27/00. Фильтр подогреватель/ Ю.С. Тарасов, В.А. Голубев, Л.Г. Татаров, А.П. Уханов. №2010100266/22; Заявл. 11.01.2010; Опубл.

27.10.2010, Бюл. №30.

9 Пэт на пол. модель 109012 РФ, МПК В 01 F 15/04, F 02 М 43/00. Смеситель-дозатор топлива / А.П. Уханов, В.А. Голубев, Е.С. Зыкин. - №2011128030/03; Заявл. 07.07.2011; Опубл. 10.10.2011, Бюл. № 12.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

10. Голубев, В.А. Обоснование выбора устройства для приготовления смесевого мо-рного топлива / В.А. Голубев // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК

оссии: Сб. материалов Всероссийской НПК. - Пенза: РИО ПГСХА. - 2009. - С. 17-18.

11. Тарасов, Ю.С. Зимнее дизельное топливо / Ю.С. Тарасов, В.А. Голубев, Л.Г. Тата->в // Научное обеспечение агропромышленного производства: Материалы Международной ПК. - Курск: КГСХА - 2010. - С. 258-260.

12. Голубев, В.А. Перспективное моторное топливо для дизеля / В.А. Голубев, А.П. Уха-ов // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их

шения: Материалы 11-ой Международной НПК. - Ульяновск: УГСХА, 2010. - Т.З. - С. 24-27.

13. Голубев, В.А. Способы использования биотоплива в дизелях / В.А. Голубев // Агарная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их ре-ения: Материалы Н-ой Международной НПК. - Ульяновск: УГСХА, 2010. -Т.З. -С. 27-31.

14. Уханов, А.П. Сравнительный анализ свойств растительных масел используемых в честве биотоплива / А.П. Уханов, Д,С. Шеменев, О.Н. Зеленина, Р.К. Сафаров, В.А. Голу-

ев, С В. Павлушин II Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: Сб. атериалов Всероссийской НПК. - Пенза: РИО ПГСХА. -2010. - С. 125-127.

15. Цилибин, Е.С. Альтернативное топливо / Е С. Цилибин, Ю.С. Тарасов, В.А. Голу-ев // Молодежь и наука XXI века: Материалы П1-й Международной НПК. - Ульяновск-ГСХА, 2010. ~T.IV. - С. 142-145.

16. Цилибин, Е.С. Улучшение экологичности автотракторных двигателей / Е С. Цили-ин, Ю.С. Тарасов, В.А. Голубев, Д.Е. Молочников II Молодежь и наука XXI века: Материа-ы Ш-й Международной НПК. - Ульяновск: УГСХА, 2010. - Т. IV. - С. 145-149.

17. Голубев, В.А. Использование растительных масел в качестве биокомпонента ди-■льных смесевых топлив / В.А. Голубев // Аграрная наука и образование на современном апе развития: опыт, проблемы и пути их решения: Материалы Ш-ой Международной НПК. -льяновск: УГСХА, 2011.-Т.П. - С. 225-229.

Подписано в печать 08.02.2012 г. Формат 60x84/16. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 47 Отпечатано с готового оригинал-макета в Пензенской мини-типографии Свидетельство № 5551 440600, г. Пенза, ул. Московская, 74

ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»

61 12-5/1790

На правах рукописи

Голубев Владимир Александрович

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА ПРИ РАБОТЕ НА ГОРЧИЧНО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ

Специальность: 05.20.03 - технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве; 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор А.П.Уханов

Пенза-2012

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ........................................ 5

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................6

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.............12

1.1 Предпосылки применения биотоплива в качестве моторного топлива

на автотракторной технике..............................................................12

1.2 Анализ существующих способов использования биотоплива...............17

1.2.1 Виды биотоплива из растительного сырья.....................................17

1.2.2 Использование натурального растительного масла.........................18

1.2.3 Использование метиловых эфиров растительных масел...................22

1.2.4 Использование смесевого топлива..............................................24

1.3 Анализ существующих способов и технических средств для приготовления смесевых топлив.......................................................26

1.3.1 Способы приготовления смесевых топлив.....................................26

1.3.2 Обзор топливных систем дизелей для работы на смесевом

топливе.....................................................................................29

1.3.3 Обзор смесителей топлива........................................................35

1.4 Обоснование выбора масличной культуры для производства биотоплива..................................................................................39

1.5 Обоснование темы и задач исследований........................................45

2 РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЯ Д-243 (4411/12,5) ПРИ РАБОТЕ НА СМЕСЕВОМ ГОРЧИЧНО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СМЕСИТЕЛЯ-ДОЗАТОРА........................................47

2.1 Определение молекулярного состава и низшей теплоты сгорания горчично-минерального топлива......................................................47

2.2 Расчет эксплуатационных показателей тракторного агрегата при работе на смесевом горчично-минеральном топливе..............................51

2.3 Расчет показателей рабочего процесса и эффективных показателей дизеля при работе на горчично-минеральном топливе........................... 53

2.4 Теоретическое обоснование технологического процесса приготовления смесевого топлива.....................................................61

2.4.1 Система питания дизеля для работы на смесевом

горчично-минеральном топливе.......................................................61

2.4.2 Обоснование конструкций смесителей-дозаторов топлива...............63

2.4.3 Обоснование конструкции устройств для подогрева топлива............68

2.4.4 Обоснование режимных параметров топливной системы дизеля

при работе на смесевом горчично-минеральном топливе........................69

2.4.5 Расчет конструктивных параметров смесителей-дозаторов...............76

2.4.6 Расчет технологических параметров подогревателей топлива...........79

Выводы......................................................................................

80

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................................................81

3.1 Программа и объекты экспериментальных исследований....................81

3.2 Оборудование и приборное обеспечение.........................................84

3.2.1 Оборудование и приборное обеспечение безмоторных исследований................................................................................84

3.2.2 Оборудование и приборное обеспечение моторных исследований......88

3.2.3 Оборудование и приборное обеспечение исследований в полевых условиях.....................................................................................92

3.2.4 Тарировка измерительной аппаратуры.........................................93

3.3 Методика контрольных испытаний дизельной топливной аппаратуры.................................................................................95

3.4 Методика лабораторных исследований смесителя-дозатора топлива.....97

3.4.1 Методика уточнения технологических параметров

дозирующих устройств смесителя-дозатора топлива.............................97

3.4.2 Методика оценки качества смесевого топлива...............................99

3.5 Методика моторных исследований дизеля Д-243 (4411/12,5) при работе на горчично-минеральном топливе.........................................102

3.5.1 Методика моторных исследований............................................102

3.5.2 Методика снятия и обработки осциллограмм давления топлива

на входе в форсунку.....................................................................105

3.5.3 Методика снятия и обработки индикаторных диаграмм

рабочего процесса дизеля..............................................................106

3.6 Методика исследований трактора МТЗ-80 в полевых условиях......... 110

Выводы.................................................................................... 114

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ............116

4.1 Результаты моторных исследований дизеля Д-243 при работе

на горчично-минеральном топливе...................................................116

4.2 Результаты лабораторных исследований смесителя-дозатора топлива... 142

4.2.1 Результаты исследований по уточнению технологических параметров дозирующих устройств смесителя-дозатора топлива.............142

4.2.2 Результаты оценки качества смесевого топлива............................144

4.3 Результаты и анализ полевых исследований тракторного агрегата при

работе на минеральном и смесевых горчично-минеральных топливах.......147

Выводы.....................................................................................149

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СМЕСЕВОГО ГОРЧИЧНО-МИНЕРАЛЬНОГО ТОПЛИВА В

ДИЗЕЛЯХ ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ..........................................152

Выводы....................................................................................156

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ......................................................................157

ЛИТЕРАТУРА...........................................................................159

ПРИЛОЖЕНИЕ..........................................................................176

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

к.в. - коленчатый вал двигателя;

ТСНД - топливная система низкого давления;

ТНВД - топливный насос высокого давления;

ТПН - топливоподкачивающий насос;

РЧВ - регулятор частоты вращения;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

ИРК - измерительно-регистрирующий комплекс;

ИК - измерительный комплекс;

ДТ - дизельное топливо;

ГорМ - горчичное масло масло;

МЭРМ - метиловый эфир рапсового масла;

ЦЧ - цетановое число;

ОГ - отработавшие газы;

СО - оксид углерода;

Д - дымность;

УЗ - ультразвук;

с.-х. - сельскохозяйственный.

Биотопливо - твердое, жидкое или газообразное топливо, получаемое из биомассы термохимическим или биологическим способом.

Горчичное масло - масло, изготовленное из семян горчицы путем прессования, отжима или аналогичных процедур.

Горчично-минеральное топливо (дизельное смесевое топливо) - дизельное топливо, изготовляемое путем смешивания минерального дизельного топлива и горчичного масла.

ВВЕДЕНИЕ

Ограниченность нефтяных запасов, рост цен на энергоносители диктует необходимость экономии топлив нефтяного происхождения. В соответствии с последним прогнозом Администрации энергетической информации США, с 2003 по 2030 г.г. мировое потребление энергии вырастет на 71%, при этом спрос в развивающихся странах, в частности, в Китае и Индии, к 2015 г. превысит спрос в странах, являющихся членами ОЭСР. Это будет постоянно подстегивать цены на нефть.

Распоряжением от 8 января 2009 г. № 1-р Председатель Правительства Российской Федерации В. В. Путин утвердил «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе возобновляемых источников энергии на период до 2020 г». Потребление энергии к 2030 г. возрастет на 60%, что потребует увеличения производства различных видов энергоносителей. При этом повышаются требования к их экологической безопасности. Наряду с другими возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ) все большее внимание в мире уделяется использованию биомассы. Российская Федерация располагает огромными запасами биоресурсов, включая сельскохозяйственные и лесные ресурсы.

В Концепции развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года (утверждена приказом Минсельхоза России от 25 июня 2007 г. № 342), отмечено, что одним из приоритетных направлений развития аграрной науки и научного обеспечения АПК России в области механизации, электрификации и автоматизации является разработка оборудования с использованием возобновляемых источников энергии, в том числе биотоплива.

Особенно остро проблема применения альтернативных топлив встала перед сельским хозяйством страны, являющимся основным потребителем дизельного топлива. Вместе с тем, сельское хозяйство может удовлетворить свои потребности в дизельном топливе за счет производства и применения

топлив растительного происхождения. Создание топлива для дизелей из органического сырья позволит трансформировать растениеводство из отрасли, являющейся основным потребителем светлых нефтепродуктов, в отрасль, выпускающую экологически чистое моторное топливо из возобновляемых источников энергии. Подсчитано, что количество топлива, получаемого при переработке семян, собранных с 1 га посевов масличных культур, достаточно для обработки сельхозмашинами площади в 6 га. Экономический эффект при использовании альтернативного топлива достигается не только за счет изменения (уменьшения) стоимости топлива, но и за счет снижения антропогенного воздействия на окружающую среду эмиссией двигателя, а также уменьшением уровня шума.

За рубежом накоплен достаточно большой опыт эксплуатации ДВС на топливах растительного происхождения. Особенно активно растительные топлива используются в Европейских странах: с начала 90-х г.г. производство биотоплива в Европе возросло более чем в шесть раз и достигло 6,5 млн. т. К 2011 г. биотопливо должно составить 5,75% всего автомобильного горючего, потребленного в странах Европейского союза, а к 2020 г. - 10 %.

Биодизельное топливо на основе растительных масел может производиться из более чем пятидесяти масличных культур. По элементному составу растительные масла близки друг другу, а от нефтяного топлива отличаются повышенным содержанием кислорода (9, 6 - 11, 5%). Недостатками растительных масел как топлива по сравнению с нефтепродуктами являются их меньшая теплота сгорания (на 10 - 12%), более высокая вязкость (в 15 и более раз), повышенная склонность к нагарообразованию, низкая испаряемость и т.д. Поэтому большинство современных дизельных двигателей могут работать на чистых растительных маслах лишь короткое время.

Одним из способов устранения указанных выше недостатков растительных масел является их глубокая химическая переработка - переэтерифи-кация, позволяющая получать биодизель, продукт со свойствами, близкими к традиционному дизельному топливу. Однако применение биодизеля сдержи-

вает его высокая стоимость. Например, стоимость рапсового метилового эфира (ЯМЕ), превышает стоимость минерального дизельного топлива (ДТ) более чем на 20%.

Наиболее простой и доступный способ использования растительного масла - разбавление его дизельным топливом. Это особенно целесообразно в связи с тем, что данные компоненты хорошо смешиваются, а смеси имеют свойства, позволяющие сжигать их в дизеле без внесения изменений в его конструкцию. Учитывая, что у смесевого топлива выход энергии по топливной составляющей больше, чем у метилового эфира масла, а также более простую и дешевую технологию его получения, использование смесевых биотопливных композиций является наиболее перспективным.

Проблема применения дизельного смесевого топлива (ДСТ) при эксплуатации двигателей в значительной мере решена. Однако абсолютное большинство исследований связано с использованием рапсового масла. И практически очень мало работ по другим видам масличных культур, в частности горчице. Кроме того недостаточно проработаны вопросы экономичных и эффективных способов приготовления биотоплива к использованию в дизелях. Поэтому исследование эффективности применения горчично-минерального топлива в дизелях и устройств для его приготовления в процессе работы тракторного агрегата является актуальной научной и практически значимой задачей для АПК России.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИИ - оценка эффективности использования тракторного агрегата при работе на горчично-минеральном топливе.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИИ - процесс работы дизеля на смесевом горчично-минеральном топливе и закономерности его приготовления в смесителе-дозаторе.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИИ-мощностные, топливно-экономические, экологические показатели дизеля 4411/12,5 (Д-243) при работе на топли-вах, состоящих из смеси горчичного масла (ГорМ) и минерального ДТ в объемных пропорциях 25:75, 50:50, 75:25, 90:10 и смеси 90:10 (УЗ) озву-

ченной ультразвуком и эксплуатационные показатели тракторного агрегата (МТЗ-80 + КПС4 + 4БЗСС-1,0), оснащенного устройством для приготовления ДСТ при работе на топливах, состоящих из смеси ГорМ и минерального ДТ в объемных пропорциях 25:75, 50:50.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

- количественные оценки жирно-кислотного и элементарного состава, низшей теплоты сгорания натурального горчичного масла и его смесей с минеральным дизельным топливом;

- теоретическое и экспериментальное обоснование использования в тракторном дизеле смесевых горчично-минеральных топлив по показателям рабочего процесса, индикаторным, эффективным, экологическим показателям дизеля и эксплуатационным показателям трактора;

- рациональное соотношение смесевого горчично-минерального топлива, рекомендуемого для использования в качестве моторного топлива на тракторах с.-х. назначения;

- технические средства адаптации трактора к работе на смесевом гор-чично-минеральном топливе.

Новизна технических решений подтверждена патентом на изобретение №2426588, патентами РФ на полезные модели № 89596, № 92085, №91929, №109012, №98697.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Использование горчичного масла в качестве биологического компонента к минеральному топливу и приготовление смесевого горчично-минерального топлива в системе питания дизеля непосредственно в процессе работы тракторного агрегата, при незначительном снижении мощности дизеля, улучшает экологические показатели трактора, обеспечивает экономию топлива нефтяного (минерального) происхождения.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ подтверждается сравнительными исследованиями дизеля в стендовых условиях и трактора в условиях эксплуатации при работе на горчично-минеральных смесях и

на товарном минеральном топливе, применением основных положений теории ДВС и эксплуатации МТП, а также сходимостью результатов расчетов показателей рабочего процесса, индикаторных и эффективных показателей дизеля с результатами экспериментальных моторных исследований (погрешность не более 5-10%).

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Лабораторные исследования смесителя-дозатора топлива проводились в лаборатории топливной аппаратуры ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА». Моторные исследования дизеля Д-243 при работе на минеральном дизельном топливе и горчично-минеральных смесях проводились в лаборатории испытаний ДВС ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА». Полевые исследования трактора МТЗ-80, оснащенного модернизированной топливной системой (агрегаты штатной топливной системы, фильтр горчичного масла, смеситель-дозатор топлива, подогреватели топлива, краны, топливопроводы и дополнительный бак), предназначенной для работы на гор-чично-минеральном топливе, проводились в ООО «Агроснаб-сервис» Ульяновской области.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации и ее результаты доложены и одобрены на Всероссийских научно-технических конференциях ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2009-2010 г.), Международных научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (2010-2011 г.г.), ФГОУ ВПО «Курская ГСХА» (2010).

ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. По результатам исследований опубликовано 17 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, указанных в «Перечне...ВАК», получены патент на изобретение и 5 патентов на полезную модель, без соавторов опубликованы 3 статьи. Общий объем публикаций 3,7 п.л., из них автору принадлежит 1,7 п.л.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 171 наименования, приложения на 43 с. Работа изложена на 175 е., содержит 74 рис. и 18 табл.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

- расчетно-теоретическое обоснование показателей тракторного дизеля при использовании горчично-минеральных топлив, в объемных соотношениях 25:75; 50:50; 75:25 и 90:10.

- оценочные показатели дизеля при работе на натуральных и озвученных ультразвуком горчично-минеральных топливах;

- рациональное соотношение горчичного масла и минерального дизельного топлива, рекомендуемое для использования в качестве моторного топлива на тракторах;

- конструкция модернизированной топлив