автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Оценка эффективности функционирования машинно-тракторного агрегата при работе на сафлоро-минеральном топливе

На правах рукописи

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА ПРИ РАБОТЕ НА САФЛОРО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ

Специальность: 05.20.01 - технологии и средства механизации

сельского хозяйства; 05.20.03 — технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

3 О СЕН 2015

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза-2015

005562790

005562790

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА)

Научный руководитель Уханов Александр Петрович

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Нагорпов Станислав Александрович

доктор технических наук, профессор, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве», заместитель директора по научной работе

Бачурин Алексей Николаевич

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологиче-ский университет имени П. А. Костычева», декан инженерного факультета

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное обра-

зовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова»

Защита состоится 20 ноября 2015 года в 1022 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02 на базе ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА и на сайге http://pgsha.penza.net/.

Автореферат разослан «22» сентября 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Мачнев А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Одним из направлений устойчивого развития с.-х. отрасли России при сложившейся структуре потребления нефтепродуктов и постоянном росте цен на них является диверсификация источников энергообеспечения. Перспективным источником тепловой энергии, используемой в дизелях автотракторной техники, является биоминеральное топливо, получаемое- смешиванием растительного масла и товарного минерального дизельного топлива (ДТ).

В качестве биокомпонента такого смесевого топлива наиболее широко изучены и используются при его производстве пальмовое, рапсовое, подсолнечное, горчичное, рыжиковое и др. масла. Однако некоторые растительные масла по своим физико-химическим и теплотворным свойствам не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к биокомпонентам дизельного смесевого топлива. В связи с этим возникает необходимость исследования машинно-тракторного агрегата (МТА) при работе на биоминеральном топливе, биологическим компонентом которого являются растительные масла, получаемые из других масличных культур. К ним прежде всего следует отнести сафлоровое масло (СафМ).

Для эффективного функционирования МТА при работе на сафлоро-минеральном топливе (СМТ) необходимо не только конструктивно адаптировать дизель с.-х. трактора к работе на таком виде двухкомпонентного топлива, но и оценить его мощностные, топливно-экономические и экологические показатели, а также показатели, характеризующие энергозатраты МТА (общие удельные энергозатраты и удельный эффективный расход энергии, снимаемой с коленчатого вала дизеля).

В связи с этим оценка эффективности функционирования МТА при работе на сафлоро-минеральном топливе с различным содержанием биологического и минерального компонентов является актуальной научной и практически значимой задачей.

Степень разработанности темы. Результаты исследований по применению биоминерального топлива в дизелях автотракторной техники приведены в научных трудах российских и зарубежных ученых. Однако в этих работах не рассмотрены вопросы теоретической и экспериментальной оценки показателей эффективности функционирования МГА которые бы учитывали особенности применения такого двухкомпонентного топлива, изменение мощностных и топливно-экономических показателей дизеля, конструктивные и кинематические параметры как дизеля, так и МТА. Существующие на сегодняшний день технические средства по адаптации дизелей МТА к работе на биоминеральном топливе не в полной мере обеспечивают качественное смешивание его компонентов и, главное, не оснащены устройствами для автоматического поддержания заданного соотношения биологического и минерального компонентов непосредственно на «борту» трактора, входящего в состав МТА. Поэтому решение данных вопросов требуют дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.

Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА, тема № 29 «Энергосбережение в процессе эксплуатации автотракторной техники», при поддержке фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в рамках научно-инновационного конкурса «У.М.Н.И.К.» (договор № 553 ГУ 1/2013 от 18.11.2013).

Цель исследований - оценка эффективности функционирования машинно-тракторного агрегата при работе на сафлоро-минеральном топливе с различным содержанием биологического и минерального компонентов.

Задачи исследований:

1. Определить жирнокислотный и углеводородный состав, показатели физических и теплотворных свойств сафлорового масла и сафлоро-минерального топлива.

2. Теоретически определить показатели эффективности функционирования МТА (общие удельные энергозатраты и удельный эффективный расход энергии, снимаемой с коленчатого вала дизеля) при работе на сафлоро-минеральном топливе с различным содержанием биологического и минерального компонентов.

3. Разработать, изготовить и исследовать устройства для конструктивной адаптации тракторных дизелей к работе на сафлоро-минеральном топливе.

4. Экспериментально определить показатели рабочего процесса, индикаторные, эффективные и экологические показатели тракторного дизеля при работе на сафлоро-минеральном топливе с различным содержанием биологического и минерального компонентов.

5. Оценить показатели функционирования МТА при работе на сафлоро-минеральном топливе в эксплуатационных условиях и определить экономическую эффективность от использования сафлоро-минерального топлива в дизелях тракторов с.-х. назначения.

Объект исследований - показатели эффективности функционирования МТА при работе на сафлоро-минеральном топливе с различным содержанием биологического и минерального компонентов.

Предмет исследований - закономерности изменения мощностных, топливно-экономических, экологических показателей дизеля Д-243-648 и показателей эффективности функционирования МТА (МТЗ-80+КПС-4+4БЗСС-1) на весенней предпосевной культивации зяби при работе на сафлоро-минеральном топливе с процентным содержанием сафлорового масла и минерального топлива 20:80, 25:75, 33:67, 50:50 и 50:50(УЗ').

Научная новизна работы:

- жирнокислотный и углеводородный состав, низшая теплота сгорания, плотность, кинематическая и динамическая вязкость, температура вспышки сафлорового масла и сафлоро-минерального топлива;

- уравнения, устанавливающие взаимосвязь показателей эффективности функционирования МТА с конструктивными и кинематическими параметрами дизеля и трактора, индикаторными и топливно-экономическими показателями дизеля, а также с показателями теплотворных свойств двухкомпонентного сафлоро-минерального топлива при изменении в нем содержания сафлорового масла и минерального топлива;

- количественные оценки показателей эффективности функционирования МТА, учитывающие теплотворные свойства сафлоро-минерального топлива, индикаторные и топливно-экономические показатели дизеля, конструктивные и кинематические параметры дизеля и трактора;

- запатентованные устройства для адаптации тракторного дизеля к работе на сафлоро-минеральном топливе с различным содержанием биологического и минерального компонентов.

Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на изобретения № 2525489 «Фильтр-смеситель двухкомпонентного топлива», № 2536747 «Двухтопливная система питания автотракторного дизеля», № 2538189 «Смеситель компонентов дизельного смесевого топлива», № 2538338 «Смеситель компонентов биомине-

1 УЗ - топливо обработано ультразвуком

рального топлива», № 2546891 «Ультразвуковой смеситель растительного масла и минерального топлива», № 2548334 «Система питания тракторного дизеля с ручным управлением подачей смесевого топлива» и патентом РФ на полезную модель № 153246 «Двухтопливная система питания дизеля».

Практическая значимость работы. Полученные уравнения, характеризующие зависимость показателей эффективности функционирования МТА от различных факторов, позволяют рассчитать общие удельные энергозатраты и удельный эффективный расход энергии на этапе теоретических исследований.

Разработанные двухтопливные системы питания и смесители обеспечивают работу дизеля на сафлоро-минеральном топливе с различным содержанием биологического и минерального компонентов; при этом пуск, прогрев и останов дизеля осуществляется на минеральном топливе.

Использование сафлоро-минерального топлива обеспечивает экономию товарного минерального дизельного топлива на величину его замещения сафлоровым маслом и снижение дымности отработавших газов на 20-35% по сравнению с работой дизеля на минеральном топливе.

Реализация результатов исследований. Хроматографический и спекгрофото-метрический анализы сафлорового масла и сафлоро-минерального топлива выполнялись соответственно в лаборатории регионального центра государственного экологического контроля и мониторинга объектов по хранению и уничтожению химического оружия по Пензенской области и лаборатории микроскопирования МГУ им. Н. П. Огарева. Сравнительные исследования дизеля Д-243-648 при работе на минеральном и сафлоро-минеральном топливах проводились в лаборатории испытаний двигателей Пензенской ГСХА. Эксплуатационные исследования МГА (MT3-8Û + КПС-4 + 4БЭСС-1) проводились в КФХ «Кирилина Е.В.» Пензенской области.

Методология и методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений теории ДВС и эксплуатации МТП. Экспериментальные исследования проведены с использованием стандартных и частных методик. За метод исследования принят метод сравнительных стендовых и эксплуатационных исследований дизеля и МТА при работе на минеральном и сафлоро-минеральном топливах. Обработка экспериментальных данных выполнена с применением пакета прикладных программ Microsoft Excel, MathCAD и др.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- аналитические выражения, характеризующие зависимость общих удельных энергозатрат и удельного эффективного расхода энергии МТА от кинематических и конструктивных параметров дизеля и трактора, индикаторных и топливно-экономических показателей дизеля, а также от низшей теплоты сгорания двухкомпо-нентного сафлоро-минерального топлива, величиной которой можно варьировать в процессе работы MIA, изменяя содержание биологического и минерального компонентов;

- количественные оценки показателей дизеля и МТА при работе на сафлоро-минеральном топливе с различным содержанием биологического и минерального компонентов;

- закономерности изменения оптической плотности сафлоро-минерального топлива в процессе смешивания сафлорового масла и минерального топлива под воздействием ультразвука;

- конструкции смесителей растительного масла и минерального топлива, а также системы питания дизеля для работы на минеральном и биоминеральном топливах с

автоматическим поддержанием заданного соотношения биологического и минерального компонентов в процессе эксплуатации МТА.

Степень достоверности и апробация результатов исследований. Достоверность результатов подтверждается сравнительными экспериментальными исследованиями дизеля и МТА при работе на минеральном и сафлоро-минеральном топливах, сходимостью результатов расчетов показателей дизеля и МТА с результатами экспериментальных исследований, применением современных средств контроля и измерения требуемых параметров.

Основные положения диссертации и ее результаты доложены и одобрены на Всероссийских научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2012-2015г.г.), региональном конкурсе ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» «Лучший инновационный проект» (2013 г.), международной научно-практической конференции «Молодежь и наука: модернизация и инновационное развитие страны» (г. Пенза, 2013 г.), 22 Международной выставке-ярмарке «АГРОРУСЬ» (г. Санкт-Петербург, 2013 г.), ежегодных международных семинарах им. Михайлова В. В. ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н. И. Вавилова» (2013-2015г.г.). Конструкторские разработки и результаты исследований представлялись на XVI Московском Международном Салоне изобретений и инновационных технологий «АРХИМВД-2013» (г. Москва, 2013 г.), VIII Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (г. Саратов, 2013 г.), выставке инновационных разработок в сфере АПК (г. Москва, 2013 г.), Russian Startup Tour (г. Пенза, 2014 г.), летней школы «ТеепГрад-2014» (г. Пенза, 2014 г.), где награждены дипломами, Серебряной и Бронзовой медалями.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 25 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых изданиях, одна статья в международной реферативной базе данных AGRIS, получено 6 патентов РФ на изобретение, патент РФ на полезную модель и решение о выдаче патента РФ на полезную модель, без соавторов опубликованы 4 статьи. Общий объем публикаций 5,4 п.л., из них автору принадлежит 2,2 пл.

Структура в объём диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 158 наименований и приложения на 57 с. Общий объем диссертации с приложением составляет 227 е., содержит 68 рис. и 17 табл.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности выбранной темы исследований и общую характеристику работы.

В первом разделе «Применение биотоплива в агропромышленном комплексе. Цель и задачи исследований» раскрыта перспективность применения в автотракторных дизелях двухкомпонентного биоминерального топлива, получаемого смешиванием растительного масла и товарного минерального дизельного топлива. Выполнен анализ конструкций двухтопливных систем питания дизеля и смесителей компонентов биоминерального топлива.

Для производства смесевого биоминерального топлива широко используются растительные масла, получаемые из масличной пальмы, семян рапса, подсолнечника, горчицы и рыжика. Однако урожаи данных культур во многом зависят от условий произрастания, а физико-химические и теплотворные свойства растительных масел не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к компонентам смесевого топлива. Возникает необходимость исследования МТА при работе на смесевом топ-

ливе, биокомпонентом которого являются другие растительные масла, в частности, сафлоровое масло (СафМ).

Вопросам применения биоминерального топлива в автотракторных дизелях посвящены работы Бачурина А. Н., Бубнова Д. Б., Бышова Н. В., Девянина С. Н., Жоса-на А. А., Загородских Б. П., Зазули А. Н., Голубева В. А, Голубева И. Г., Иванова В. А., Коцаря Ю. А., Краснощекова Н. В., Маркова В. А., Нагорнова С. А., Савельева Г. С., Семенова В. Г., Сидорова Е. А., Уханова А. П., Duggal V. К., Walker D. А. и др.

Основной проблемой, сдерживающей широкое применение биоминерального топлива является то, что серийно выпускаемая и находящаяся в эксплуатации автотракторная техника не адаптирована к работе на таком виде топлива. Известные топливные системы дизелей не оснащены устройствами для автоматического поддержания заданного соотношения компонентов биоминерального топлива, а существующие конструкции статических смесителей не в полной мере обеспечивают качественное смешивание биологического и минерального компонентов.

На основании проведенного анализа научной и патентной литературы сформулированы цель и задачи исследований.

Во втором разделе «Сафлоровое масло как альтернативный биокомпонент биоминерального топлива» приведена оценка показателей технологических свойств сафлора как масличной культуры и сафлорового масла как перспективного биокомпонента биоминерального топлива. Оценка показателей сафлора и сафлорового масла проведена в сравнении с показателями наиболее распространенных для производства биотоплива в России масличных культур - подсолнечника, рапса и рыжика.

Основные преимущества сафлора: хорошая урожайность (1,5...2,2 т/га), высокая масличность (45-50 %), короткий период вегетации, повышенные жаростойкость и засухоустойчивость, менее требователен к условиям произрастания.

Таблица 1 - Углеводородный состав, низшая теплота сгорания и физические

свойства сафлорового масла и сафлоро-иинерального топлива

Углеводородный состав ее и ё -2 Г> S 5 -Й и в « « Д * X

Вид топлива С Н О 5 « в в в 2 s Э я ■5 2 X и i с Р о ч X и S "" » я £ 1 § 5 ^ = 5 а И в> * Т Г ' 1 11 Л в

Минеральное дизельное топливо (ДТ) 0,870 0,126 0,004 42,40 830 4,2 3,0

Сафлоровое масло (СафМ) 0,775 0,115 0,110 36,99 920 67,3 58,3

20%СафМ+80%ДТ 0,851 0,124 0,025 41,44 843 8,2 16,8

25%СафМ+75%ДТ 0,846 0,123 0,031 41,14 850 8,4 17,5

3 3 %СафМ+67%ДТ 0,839 0,122 0,039 40,68 858 9,3 19,5

50%СафМ+50%ДТ 0,822 0,121 0,057 39,81 867 12,2 23,6

Примечание: С - углерод; Н - водород; О - кислород; температура вспышки СафМ 232 "С.

На основании результатов проведенного хроматографического анализа определен жирнокислотный и углеводородный состав, выполнены расчеты по определению

низшей теплоты сгорания сафлорового масла и СМТ с различным содержанием компонентов 20:80,25:75,33:67,50.50 (таблица 1). Получена усредненная химическая формула сафлорового масла С^ЦщО^. Опытным путем были также определены температура вспышки СафМ, плотность и вязкость СафМ и СМТ.

В третьем разделе «Расчетно-теоретическое обоснование показателей эффективности функционирования машинно-тракторного агрегата при работе на сафлоро-минеральном топливе» установлена зависимость показателей эффективности функционирования МГА от кинематических и конструктивных параметров дизеля и трактора, индикаторных и топливно-экономических показателей дизеля, а также от низшей теплоты сгорания двухкомпонентного сафлоро-минерального топлива, величиной которой, в отличие от однокомпоненгного минерального ДТ, можно варьировать в процессе работы МГА, изменяя содержание СафМ и минерального ДТ в СМТ.

Эффективность функционирования МТА при работе на СМТ оценивалась комплексными показателями, характеризующими энергозатраты:

а) Ео - общие удельные энергозатраты, МДж/га;

б) Ц. - удельный эффективный расход энергии, снимаемой с коленчатого вала (к.в.) дизеля, МДж/га.

Величина общих удельных энергозатрат МТА зависит от низшей теплоты сгорания применяемого топлива (Ни Смт> МДж/кг) и погектарного расхода топлива кг/га):

Ео =НиСмт-8«" О

Низшая теплота сгорания двухкомпонентного СМТ (МДж/кг)

НиСМТ=КДТ'НиДГ+КсафМ'НиСофМ' ^

где Кдт, Ксафм — массовые доли (содержание) минерального ДТ и сафлорового масла; Н„ щ, Ни сафм ~ низшая теплота сгорания минерального ДТ и сафлорового масла, МДж/кг (определяется по формуле Менделеева Д. И.).

Погектарный расход СМТ (кг/га)

^°тсмт =(<Ц2-г„-ят)/т^ (0,12-я,-л-г)/т (3)

= „,!.*,-V, =0Д.Др .0,377-^.(1-*)

lmp

где Gtcmt- часовой расход СМТ, кг/ч; W4 - производительность МТА за час чистой работы, га/ч; g, — цикловая подача топлива, г/цикл; п - частота вращения коленчатого вала тракторного дизеля, мин'1; z - число цилиндров двигателя; т - такгность двигателя; Вр - рабочая ширина захвата агрегатируемой машины, м; vp - рабочая скорость МТА, км/ч (v^ =0377-n-г. -(1 -8)Ишр); <5 - коэффициент буксования ведущих колес трактора; гк - радиус качения ведущих колес трактора, м; imp - передаточное отношение трансмиссии трактора.

Поскольку цикловую подачу топлива в условиях эксплуатации определить не представляется возможным, то выражаем ее через часовой расход СМТ:

(Gr +6V ) - г

. ТДТ СафМ '

0,12-л г 0,12 n z

где СТдТ, втсофм - часовой расход минерального ДТ и сафлорового масла, кг/ч.

Рабочую ширину захвата агрегатируемой машины рассчшывали при допущениях Вр = В„ vp = const, а = 0т.е.

я д _ Jmp JM _ е mp 'mp к mp mp jm m sc\ "P = a,--v---Г-1-' WJ

g4= for _ .ДТ^^СФН' , (4)

v[

где Вк — конструктивная ширина захвата агрегатируемой машины, м; а — угол подъема (уклона) участка, град; - касательная сила тяги на ведущих колесах трактора, Н; Р/тр - сила сопротивления качению трактора, Н; - сила сопротивления качению аг-регатируемой машины, Н; К^ - удельное сопротивление агрегатируемой машины при движении на рабочей скорости, кН/м; Ме - эффективный крутящий момент двигателя, Н-м; 1}тр - механический КПД трансмиссии трактора; О^ йм - эксплуатационный вес соответственно трактора и машины, Н; /щ, ^ - коэффициент сопротивления качению соответственно трактора и машины; Кп — удельное сопротивление агрегатируемой машины при движении на начальной скорости, кН/м; - начальная скорость МТА (у0=5 км/ч), км/ч; П - темп нарастания удельного сопротивления. Эффективный крутящий момент двигателя (Н-м)

, (С7„. )■ Ц • ' #|/ДГ + Ксофи ■ НцСафм)

М, =М, -М,/п =10 -

- ~— (0,09+ 0,0008- г„ ЗОг ^

■■). (6)

0,12-пя

где М-, — индикаторный крутящий момент двигателя, Н-м; М^щ - момент механических потерь, Н-м; t|¡ - индикаторный КПД; л - число Пи (гг=3,14)\ Уи - рабочий объем одного цилиндра двигателя, м3; г^, - радиус кривошипа коленчатого вата двигателя, м.

С учетом формулы (6) формула (5) рабочей ширины захвата примет вид В.

п-г. 1

&0-* 1 + 0,377--

1

(7)

где а=

?тр 'Птр

[103-

[СТДТ +СГСафм] ъ (КДТ'Н"ДТ+К<^фМ-ИчСафм)

Г С

шр тр

0,12 я п ЗОг

+/ -б 1 м м}

Подставляя выражения (4) и (7) в формулу (3), получим

|СГ +СГ 1 - АГ о - -11 0,377

V ТДТ СафМ ) 0 | _ /^р

8 га ~ .. ~

(0,09+0,000»^-и)]-

■ Л

0,0377 --

-(1-5)

(8)

Подставив выражения (2) и (8) в формулу (1), получим окончательную формулу для расчета общих удельных энергозатрат МТА:

Е0=(КЛГ

'СафМ

"Ко

0,377 •-

'Н ч СафМ

-•(1-5)"

0,0377 •-

(1-<5)

(9)

Из формулы (9) следует, что наряду с другими действующими факторами (индикаторными показателями дизеля, конструктивными и кинематическими параметрами дизеля и трактора) на величину общих удельных энергозатрат МТА при работе на СМТ наибольшее влияние оказывают часовой расход са/г) и низшая теплота сгорания двухкомпонентного топлива (Н^смтЬ величиной которой можно варьировать, изменяя содержание сафлорового масла и минерального ДТ {КдТ, Ксафм)-

Удельный эффективный расход энергии, снимаемой с к.в. дизеля, равен произведению общих удельных энергозатрат (Е<к МДк/га) на эффективный КПД дизеля (г},):

Ее=Е0-Пе, (10)

Эффективный КПД дизеля при работе на СМТ

...... й

где Р, - среднее эффективное давление, МПа (Ре= Р1 - Рмп> Р1- среднее индикаторное давление, МПа; Рмп - среднее давление механических потерь, МПа); 1осж~ количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг СМТ, кг; а - коэффициент избытка воздуха; р, - плотность воздуха, кг/м3; - коэффициент наполнения цилиндров дизеля свежим зарядом.

Количество воздуха, теоретически необходимое дня полито сгорания 1 кг СМТ (кг)

¡0 СМТ — Кдт ' 1оДТ + КсафМ ' 'в СафМ> (12)

где 10 дт, к Сафм - количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг минерального ДТ и СафМ (рассчитывается по элементарному составу), кг. Коэффициент избытка воздуха

ал_ збоо

'^'«дЛдг+Хс^-'ос^т^Ст^У где С7«} - количество воздуха, действительно поступившее в цилиндры дизеля, кг/ч;

— количество воздуха теоретически необходимое для сгорания 1 кг сафлоро-минерального топлива, кг/ч; /- площадь проходного сечения сопла расходомера воздуха, м2; (р - коэффициент расхода воздуха через сопло расходомера воздуха; g - ускорение свободного падения, м/с2; Н - перепад давлений в сопле расходомера воздуха, мм. вод. ст.

Коэффициент наполнения цилиндров дизеля свежим зарядом

_3600-/.р-л/2е н.р,

30.ю-з-IV« Р.

где - количество воздуха, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра, при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению окружающей среды, кг/ч.

Параметры СТдт, Стсафм, С^ С,„ определяются экспериментально по результатам стендовых испытаний дизеля.

С учетом выражений (12), (13) и (14) формула (11) эффективного КПД дизеля примет вид

30-10-3 -У.

(G +G„ )-(К -Н +Л: Н )-t-T¡. 1 пт тсалк, дт с"ф- "Са*м ' дг-Софм--(0,09+ 0,0008- г п)

0,12-л-г-К V

(JC„ Н +ЛГ. -Н )(Cr +GT )

ДТ СафМ "СафМ Тдт Т ^

05)

Таким образом, на величину удельного эффективного расхода энергии, снимаемой с к.в. дизеля, при прочих равных условиях, наибольшее влияние оказывают также показатели топливной экономичности (Grao) и теплотворной способности СМТ (Д,аа).

В качестве примера в таблице 2 приведены результаты расчетов показателей эффективности функционирования МТА (МТЗ-80 + КПС-4 + 4БЗСС-1) на весенней предпосевной культивации зяби при движении на VI передаче, частоте вращения к.в. дизеля 2200 мин'1 и работе на СМТ различного состава в сравнении с работой на минеральном ДТ.

Таблица 2 - Расчетные значения показателей эффективности функционирования _МТА при работе на минеральном и сафлоро-минеральном топливах

Показатели

Ншиия теплота сгорашя топлива (Н»МДя°^г)

Погектарный расход топлива (рг». кг/га)

Эффективный КПД (ту)

Общие удельные энергозатраты (Ер), МДж/га

Удаьньйэффааишьй расход з«тпш(Ее\МДаб^а

Минеральное

Дт

42,40

3,22

0,354

136,7

48,4

20%СафМ + 80%ДТ

41,44

3,33

0,351

137,9

48,4

Вид топлива

25% СафМ + 75%ДТ

41,14

3,37

0,349

138,8

48,4

33%СафМ + 67%ДТ

40,68

3,45

0,345

140,5

48,5

50%СафМ + 50%ДТ

39,81

3,54

0,344

141,1

48,5

Из анализа данных таблицы 2 следует, что при работе МТА на СМТ с увеличением в нем доли сафлорового масла общие удельные энергозатраты возрастают, но незначительно, а удельный эффективный расход энергии, снимаемой с к.в., практически не изменяется. С повышением содержания сафлорового масла в СМТ до 50% погектарный расход увеличивается с 3,22 кг/га (минеральное ДТ) до 3,54 кг/га, а низшая теплота сгорания уменьшается с 42,4 МДж/кг до 39,81 МДж/кг. Однако за счет того, что приращение погектарного расхода топлива несколько больше снижения низшей теплоты сгорания смесевого топлива, общие удельные энергозатраты МТА при работе на СМТ несколько возрастают, а удельный эффективный расход энергии не изменяется. Так, при работе МТА на минеральном ДТ общие удельные энергозатраты равны 136,7 МДж/га, а при работе на СМТ различного состава они составляют: 20%СафМ+80°/сДГ- 137,9 МДж/га, 25%СафМ1-750/<ДГ- 138,8 МДж/га, 33%СафМ+67°/<ДГ-140,5 МДж/га, 50%СафМ+50°/<ДГ - 141,1 МДж/га. При этом удельный эффективный расход энергии, снимаемой с к.в. дизеля, практически не изменяется и равен для всех видов исследуемых топлив 48,4-48,5 МДж/га.

В четвертом разделе «Разработка устройств для адаптации тракторных дизелей к работе на сафлоро-минеральном топливе» приведено описание разработанных конструкций двухтопливных систем питания и смесителей компонентов СМТ.

Для работы дизеля на двух видах топлива разработаны три конструктивных варианта двухтопливных систем питания, обеспечивающие пуск, прогрев и останов дизеля на минеральном ДТ, на остальных режимах - на СМТ.

Отличительными особенностями первого конструктивного варианта двухтопливной системы питания (патент РФ №2536747) являются размещение смесителя компонентов СМТ в баке сафлорового масла и расположение бака минерального ДТ выше бака сафлорового масла.

Отличительной особенностью второго конструктивного варианта двухтопливной системы питания (патент РФ №2548334) является то, что во входных каналах смесителя компонентов СМТ установлены дозаторы, управляемые оператором вручную из кабины трактора.

Для автоматического поддержания заданного соотношения биологического и минерального компонентов СМТ разработан, изготовлен и исследован третий конструктивный вариант двухтопливной системы питания (патент РФ № 153246), включающий наряду с узлами и агрегатами штатной системы питания бак сафлорово-

го масла 12 (рисунок 1), линию забора сафлорового масла 13, смеситель-дозатор 14, многопозиционный датчик уровня топлива 15, линию аварийного слива СМТ 16, электронасосы 17, 18, электронный блок управления (ЭБУ) 19 с задатчиком 20 соотношения компонентов СМТ и выключателем 21, переключатель вида топлива 22. Датчик уровня топлива 15 размещен во внутренней полости цилиндрического корпуса смесителя-дозатора 14, во входных каналах которого диаметрально установлены топливные форсунки, выполненные в виде штуцеров с калиброванными отверстиями. Питание ЭБУ 19, электрически соединенного с многопозиционным (поплавковым герконовым) датчиком уровня топлива 15 и электронасосами 17, 18, осуществляется от бортовой сети трактора.

Работает система питания следующим образом. Пуск, прогрев и останов дизеля осуществляется на минеральном ДТ. При этом переключатель вида топлива 22 находится в положении, при котором в систему питания поступает только минеральное ДТ. Минеральное ДТ за счет разряжения, создаваемого топли-воподкачивающим насосом 6, из бака 1 через фильтр грубой очистки 3 подается в фильтр тонкой очистки 4, и далее топливным насосом высокою давления 6 и форсунками 8 впрыскивается в цилиндры 9 дизеля.

Для работы дизеля на сафлоро-минеральном топливе задатчиком 20 устанавливают необходимое соотношение биологического и минерального компонентов СМТ (например, 20:80), переключатель 22 переводят в положение «Смесевое топливо», а при помощи выключателя 21 ЭБУ 19 подключают к источнику питания. При этом в смеситель-дозатор 14 электронасосами 17 и 18 из баков 1 и 12 будут подаваться минеральное ДГ и СафМ для их смешивания. Полученное смесевое топливо через переключатель 22 поступает в узлы и агрегаты системы питания аналогично минеральному ДТ.

Перед остановом дизеля переключатель 22 переводят в положение «Минеральное топливо» и выключателем 21 обесточивают электрическую цепь питания ЭБУ 19. По истечении 10-15 минут, после полной выработки из узлов и агрегатов системы питания сафлоро-минерального топлива и когда система заполнится минеральным ДТ. дизель останавливают.

Для приготовления смесевого топлива с другим соотношением биологического и минерального компонентов (например, 50:50) рукоятку задатчика 7 (рисунок 2) на панели ЭБУ 6 устанавливают в требуемое положение. При этом к входу ЭБУ 6 подключается выход многопозиционного датчика 4, соответствующий другому уровню топлива, что приводит к изменению количества подаваемых компонентов в смеситель-дозатор.

Рисунок 1 - Схема двухтопливной системы питания (наименование позиций в тексте)

а) в)

Рисунок 2 - Общий вид: а) двухтопливная система питания; 6) электронный блок управления; в) многопозиционный датчик уровня топлива; 1 - бак минерального дизельного топлива; 2 - бак сафлороеого масла; 3 - смеситель-дозатор; 4 - многопозиционный датчик уровня топлива; 5 - переключатель вида топлива; 6 - электронный блок управления; 7 - задатчик соотношения компонентов сафлоро-минерального топлива; 8 - выключатель, 9 - немагнитная трубка; 10 - поплавок-магнит, 11 - немагнитное кольцо-упор

Одним из основных элементов предлагаемых двухтопливных систем питания дизеля является смеситель. Разработано несколько конструктивных вариантов смесителей. Первый (патент РФ №2538189) и второй (патент РФ №2538338) конструктивные варианты смесителей не только смешивают компоненты СМТ, но и дозируют их. Для смешивания компонентов СМТ и одновременной их фильтрации разработан третий конструктивный вариант смесителя (патент РФ №2525489), в котором смешивание компонентов СМТ и их очистка происходит за счет механических колебаний при возвратно-поступательном движении фильтрующего элемента.

Для качественного смешивания СафМ и минерального ДТ, получения однородного мелкодисперсного состава СМТ с одновременной обработкой его ультразвуком с частотой излучения 25 кГц разработан, изготовлен и исследован ультразвуковой смеситель (патент РФ № 2546891), содержащий высокочастотный пье-зоизлучатель 1 (рисунок 3), размещенный в корпусе 2 с входаым 3 и выходным 4 каналами и соединенный с ЭБУ 5 электрическими проводами 6. Корпус 2 смесителя устанавливается в штатную топливную систему дизеля между фильтром тонкой очистки топлива и топливным насосом высокого давления.

Работает ультразвуковой смеситель следующим образом. Напряжение бортовой сети трактора подается на ЭБУ 5, в котором происходит формирование высокочастотных командных импульсов, подаваемых в цепь излучателя 1. Излучатель 1 возбуждает ультразвуковые колебания. Через входной канал 3 во внутреннюю полость корпуса 2 смесителя подается СМТ. Под действием ультразвуковых колебаний СафМ и минеральное ДТ не только более качественно смешиваются между собой с образова-

Рисунок 3 - Ультразвуковой (наименование позиций в тексте)

смеситель

нием однородной мелкодисперсной среды, но и за счет кавитации происходит отрыв радикалов углеводородных групп от одного вида высших жирных кислот, содержащихся в СафМ, и присоединение их к другому виду кислот. Из корпуса 2 приготовленное СМТ через выходной канал 4 поступает к ТНВД.

Использование обработанного ультразвуком СМТ приводит к меньшему снижению мощности двигателя и меньшему увеличению удельного эффективного расхода топлива по сравнению с работой дизеля на необработанном ультразвуком СМТ.

В пятом разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» описаны программа, необходимое приборное обеспечение и методика экспериментальных исследований. Программа исследований представлена на рисунке 4.

Кинематическую и динамическую вязкость СафМ и СМТ определяли соответственно вискозиметром ВПЖ-2 и микровискозиметром фирмы «НААКЕ». Плотность СафМ и СМТ определяли на вибрационном измерителе плотности ВИП-2М. Температуру вспышки СафМ измеряли в открытом тигле. Углеводородный состав и низшую теплоту сгорания СафМ и СМТ рассчитывали по результатам хроматографиче-ского анализа, выполненного с помощью хроматографа «Кри-сталл-2000».

Лабораторные исследования по оценке влияния ультразвуковой обработки на изменение содержания высших жирных кислот в СафМ проводили на установке, содержащей экспериментальный

Рисунок 4 - Программа экспериментальных ультразвуковой смеситель с исследований пьезоизлучателем, стационарный

ультразвуковой диспергатор УЗДТН-2Т с магнитострикционным излучателем и хроматограф «Кристалл-2000». Диспергатор УЗДТН-2Т использовался для подтверждения достоверности результатов лабораторных исследований СафМ, обработанного с помощью экспериментального ультразвукового смесителя.

Изменение оптической плотности СМТ в процессе смешивания СафМ и минерального ДТ под воздействием ультразвука оценивали по величине отклонения оптической плотности на спектрограммах СМТ, обработанного ультразвуком, от оптической плотности на спектрограммах СМГ, полученного механическим смешиванием. Спектрограммы снимали с помощью спектрофотометра иУ-3400.

Моторные исследования проводили на экспериментальной установке, содержащей дизель Д-243-648 (4411/12,5), динамометрическую машину К8-56/4 с контрольно-измерительными приборами, датчики (ВМТ, частоты вращения к.в., давления цилиндровых газов), прибор ИМД-ЦМ, персональный компьютер со встроенной платой аналого-цифрового преобразования ЛА-н10М8-100 и газоанализатор АВТОТЕСТ СО-

6) вид слева

Рисунок 5 - Экспериментальный МТА: 1 - смеситель-дозатор; 2 - бак минерального дизельного топлива; 3 - бак сафлорового масла; 4 - переключатель вида топлива; 5 - ультразвуковой смеситель

а) вид справа

СН-Д. Исследования проводили при работе дизеля на СМТ с содержанием сафлорового масла и минерального ДТ 20:80, 25:75, 33:67, 50:50 и 50:50(УЗ). За оценочные показатели были приняты показатели рабочего процесса, индикаторные, эффективные и экологические показатели дизеля в условиях регуляторной характеристики и характеристики холостого хода. Для более полного анализа работы дизеля на всех исследуемых режимах снимались развернутые индикаторные диаграммы.

Эксплуатационные исследования МТА (МТЗ-80 + КПС-4 + 4БЗСС-1) проводились в условиях опытных загонок поля на весенней предпосевной культивации зяби черноземной почвы среднего механического состава в КФХ «Кирилина Е. В.» Пензенской области с глубиной обработки 8-10 см при влажности почвы 20-25%. Исследования МТА проводились при работе на товарном минеральном ДТ и СМТ с соотношением сафлорового масла и минерального ДГ 20:80 и 50:50. При этом дизель МТА оснащался разработанными двухтопливной системой питания и ультразвуковым смесителем (рисунок 5).

Погектарный расход топлива определялся по формуле

*„ =°гсмг !S = (Vm. .р„ -pCaiM )/5, (12)

где уДЪ УСафм - объемный расход минерального ДТ и сафлорового масла, м ; Рдт, Рсофм - плотность минерального ДТ и сафлорового масла, kdV; S - шюшаоь загонки, га.

Дымность ОГ определялась дымомером КИД-2.

Величину общих удельных энергозатрат и удельного эффективного расхода энергии определяли по формулам (1) и (10).

В шестом разделе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты лабораторных, стендовых и эксплуатационных исследований.

Результаты определения оптической плотности СМТ приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Оптическая плотность сафлоро-минерального топлива

Вид топлива Длина волны, нм (10'9м) Оптическая плотность

без обработки УЗ | с обработкой УЗ 25кГц

Минеральное ДТ 427 0,537

Сафлоровое масло (СафМ) 427 1,142

25%СафМ+75%ДТ 427 0,258 0,200

50%СафМ+50%ДТ 427 0,470 0,418

75%СафМ+25%ДТ 427 0,676 0,639

90%СафМ+10%ДТ 427 0,814 0,753

Анализ данных таблицы 3 показывает, что оптическая плотность СМТ, приготовленного в ультразвуковом смесителе меньше, чем у СМТ, приготовленного механическим смешиванием. Например, для биоминерального топлива 50%СафМ+50%ДТ после обработки ультразвуком оптическая плотность уменьшилась на 11% (с 0,470 до 0,418). Уменьшение оптической плотности объясняется воздействием на СМТ ультразвука, приводящего к дроблению частиц СафМ и минерального ДТ на более мелкие фракции и более качественному смешиванию с образованием топлива однородного мелкодисперсного состава по сравнению с механическим смешиванием.

При работе дизеля на СМТ, по сравнению с работой на минеральном ДТ, коэффициенты избытка воздуха и наполнения цилиндров свежим зарядом повышаются. Максимальный рост этих коэффициентов наблюдается при работе дизеля на смесевом топливе 50°/<СафМ+-50°/сДТ: коэффициент избытка воздуха увеличился с 1,445 до 1,491 (на 3,2 %), коэффициент наполнения - с 0,834 до 0,849 (на 1,8 %). При этом среднее индикаторное давление газов снизилось с 0,9 МПа до 0,82 МПа (на 8,8 %). Индикаторный КПД на всех видах СМТ равен 0,445-0,451, на минеральном ДТ - 0,45 5.

Использование СМТ в качестве моторного топлива обеспечивает более «мягкую» работу дизеля, что подтверждается уменьшением максимального давления цикла и средней скорости нарастания давления газов в цилиндре. Наибольшее снижение этих показателей наблюдается при работе дизеля на топливе 50%СафМ+50%ДТ. В режиме полной мощности максимальное давление цикла по сравнению с работой на минеральном ДТ уменьшилось с 7,6 МПа до 7,1 МПа (на 6,6%), средняя скорость нарастания давления газов в цилиндре - с 0,62 МП а/град до 0,44 МПа/град (32,3%).

С увеличением процентного содержания СафМ в СМТ происходит уменьшение теплотворной способности топлива, что приводит к незначительному ухудшению мощностных показателей. Так, в режиме полных нагрузок при п=2200 мин'1 (рисунок 6) эффективная мощность при работе на минеральном ДТ составила 61 кВт, на топливе 20%СафМШ°/оДГ - 60,4 кВт; 25%СафМ+75%ДГ - 60,1 кВ^ 33%СафМ+67°/ЩГ - 59,7 кВт, 50%СафМ+-50%ЦГ - 58,8 кВт. Максимальное снижение мощности (на 3,6%) зафиксировано при работе на смесевом топливе 50%СафМ+50%ДГ.

На всех исследуемых составах СМТ-происходит ухудшение показателей топливной экономичности дизеля. Так, при работе на биоминеральном топливе 33%СафМ+67%ДТ по сравнению с работой на минеральном ДТ часовой и удельный эффективный расходы топлива повышаются соответственно с 14,6 кг/ч до 15,4 кг/ч (на 5,5 %) и с 239 г/кВт'ч до 258 г/кВт*ч (на 7,9 %). Минимальное увеличение данных показателей происходит при работе дизеля на смесевом топливе 20%СафМ+80%ДТ: соответственно до 15,1 кг/ч (на 3,4 %) и 250 г/кВт ч (на 4,6 %). Максимальное -

на топливе 50%СафМ+50%ДТ: соответственно до 15,6 кг/ч (на 6,8 %) и 264 г/кВт ч (на 10,4%).

Дымность ОГ при работе дизеля на СМТ с увеличением процентного содержания СафМ с 20% до 50% снижается с 32% до 26%, на минеральном ДТ данный пока-

д, %

40 35 30 25 20

кВт 62 60 58 56

8е-

г/кВтч 270 260 250 240 230

ч д

/

Лс у

-

/

--

-—-—

8.

— -

0.32

От-

кг/ч 16 15 14

1

Рисунок

При этом эффективный КПД дизеля изменяется незначительно и составляет при работе на всех составах СМТ 0,343-0,348, на минеральном ДТ он равен 0,355.

При работе дизеля на СМТ, обработанном ультразвуком, мощностные, топливно-экономические и экологические показатели дизеля улучшаются по сравнению с работой на необработанном топливе на 2-3%. Так, на номинальном режиме при работе дизеля на смесевом топливе 50%СафМ+-50%ЦТ(УЗ), обработанном ультразвуком, по сравнению с работой на необработанном топливе 50%СафМ+50%ДГ, эффективная мощность повышается с 58,8 кВт до 59,7 кВт, часовой и удельный эффективные расходы топлива уменьшаются с 15,6 кг/ч до 15,3 кг/ч и с 264 г/кВт-ч до 256 г/кВт-ч, дымность ОГ снижается с 26% до 24%.

В режиме холостого хода положительный эффект от ультразвуковой обработки СМТ выше и достигает 814%. Так при работе дизеля на биоминеральном топливе 50%СафМ+50%ДГ, обработанном ультразвуком, в режиме минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода 800 мин"' часовой расход топлива уменьшился с 1,2 кг/ч до 1,1 кг/ч, а дымность ОГ снизилась с 7% до 6%.

- Характер изменения эффективных и экологических показателей дизеля в режиме полной мощности от состава сафлоро-минерального топлива 1) мшерагъ-ноеДГ; 2) 2СМСафМ+вСМДГ; 3) 25%СафМ+75У<ДТ; 4) 33%СафМ+67%ДТ: 5) 50%СафМ+50%ДТ; 50%СафМ+50%ДТ(УЗ); — необработанное топливо; —- топливо обработанное ультразвуком

Анализ результатов эксплуатационных исследований МТА на весенней предпосевной культивации зяби (рисунок 7) при работе на смесевых топливах 20%СафМ+80%ДТ и 50%СафМ+50%ДТ по сравнению с минеральным ДТ показывает, что показатели, характеризующие эффективность его функционирования, ухудшаются, но незначительно. Общие удельные энергозатраты незначительно увеличиваются с 148,4 МДж/га при работе на минеральном ДТ до 151.2 МДж/га на биоминеральном топливе 20%СафМ+80%ДТ и до 1553 МДж-'га на топливе 50%СафМ+50%ДТ, а удельный эффективный расход энергии уменьшается с 49,6 МДж/га до 49,3 МДж/га и 48,5 МДж/га соответственно. Дымность ОГ при этом снижается до 37% и 30% соответственно, на минеральном ДТ данный показатель равен 42%.

Сходимость результатов расчетов показателей, характеризующих энергозатраты МТА, с результатами экспериментальных исследований составила 91-98 %.

а) дымность отработавших газов

б) погектарный расход топлива

** тазо

ни

ми

" "НИ ЩЩшМм

И ¡¡ШК

в) общие удельные энергозатраты

ЫлвпилимДТ :а*»С,фЯ-8а«,ДТ ЗО^С^М'ЗОЧДТ

г) удельный эффективный расход энергии

Рисунок 7 - Показатели эффективности функционирования МТА на культивации зяби

Наилучшим биоминеральным топливом, по величине наименьшего ухудшения мощностных, топливно-экономических показателей дизеля и показателей эффективности функционирования МТА, является топливо с соотношением биологического и минерального компонентов 20:80; по величине снижения дымности ОГ - 50:50. Промежуточное положение по аналогичным показателям дизеля и МТА занимает топливо 33:67. В летний период (с температурой воздуха выше +5 °С) рекомендуется применять СМТ с содержанием СафМ до 33-50 %, в осенний и весенний периоды (с температурой воздуха от -5 °С до +5 °С ) - до 20-33 %. Использовать СМТ с содержанием биокомпонента более 50 % не рекомендуется ввиду существенного ухудшения мощностных, топливно-экономических и экологических показателей дизеля и показателей энергозатрат МТА.

В седьмом разделе «Экономическая оценка применения сафлоро-минерального топлива в тракторных дизелях» определена экономическая эффективность использования СМТ в дизелях тракторов с.-х. назначения. При применении биоминерального топлива 20%СафМ+80%ДТ годовой экономический эффект, за счет разницы в цене минерального ДТ и СафМ с учетом затрат на изготовление и монтаж дополнительных узлов и агрегатов двухтопливной системы питания и ультразвукового смесителя, составил 28633 руб. на один трактор тягового класса 1,4; при применении топлива 50%СафМ+50%ДТ - 98918 руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Определены кинематическая и динамическая вязкость, плотность, температура вспышки и средняя химическая формула сафлорового масла Сз^Нч^^Об, углеводо-

родный состав и низшая теплота сгорания сафлорового масла (36,99 МДж/кг) и саф-лоро-минерального топлива с содержанием сафлорового масла и минерального топлива 20:80 (41,44 МДж/кг), 25:75 (41,14 МДж/кг), 33:67 (40,68 МДж/кг) и 50:50 (39,81 МДж/кг).

2. Получены уравнения, устанавливающие взаимосвязь показателей эффективности функционирования МТА (общих удельных энергозатрат и удельного эффективного расхода энергии, снимаемой с к.в. дизеля) с конструктивными и кинематическими параметрами дизеля и трактора, индикаторными и топливно-экономическими показателями дизеля, а также с низшей теплотой сгорания двухкомпонентного сафло-ро-минерального топлива, величиной которой, в отличие от однокомпонентного минерального топлива, можно варьировать, изменяя содержание биологического и минерального компонентов.

Результаты расчетов показывают, что в процессе весенней предпосевной культивации зяби при движении МТА (МТЗ-80+КПС-4+4БЗСС-1) на VI передаче и частоте вращения кв. дизеля 2200 мин"1 с увеличением процентного содержания сафлорового масла в сафлоро-минеральном топливе с 20% до 50% погектарный расход топлива возрастает с 3,33 кг/га до 3,54 кг/га (на 6%). При этом величина общих удельных энергозатрат повышается с 137,9 МДж/га до 141,1 МДж/га (на 2,3%), а удельный эффективный расход энергии, снимаемой с кв. дизеля, практически не изменяется (48,4-48,5 МДж/га).

3. Для адаптации тракторного дизеля к работе на сафлоро-минеральном топливе разработаны, изготовлены и исследованы двухтопливная система питания и ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива. Система питания обеспечивает пуск, прогрев и останов дизеля на минеральном топливе, на остальных режимах - на сафлоро-минеральном топливе с автоматическим поддержанием заданного соотношения сафлорового масла и минерального топлива. Кроме того, элементы настройки системы обеспечивают работу дизеля на смесевом топливе с любым соотношением биологического и минерального компонентов. Ультразвуковой смеситель за счет высокочастотных колебаний (25 кГц) пьезоизлучателя позволяет качественно смешивать биологический и минеральный компоненты сафлоро-минерального топлива с получением однородного мелкодисперсного состава.

4. По результатам экспериментальных исследований дизеля Д-243-648 при работе на минеральном и сафлоро-минеральном топливах, например в режиме полных нагрузок при п=2200 мин'1, установлено, что с увеличением процентного содержания сафлорового масла в смесевом топливе с 20% до 50% эффективная мощность дизеля снижается с 60,4 кВт до 58,8 кВт (на 2,6%), часовой и удельный эффективный расходы топлива возрастают соответственно с 15,1 кг/ч до 15,6 кг/ч (на 3,3%) и с 250 г/кВт-ч до 264 г/кВтч (на 5,6%). Максимальное давление цикла и средняя скорость нарастания давления газов в цилиндрах двигателя уменьшаются соответственно с 7,4 МПа до 7,1 МПа (на 4,1%) и с 0,55 МПа/град до 0,44 МПа/град (на 20%), что свидетельствует о более «мягкой» работе дизеля на сафлоро-минеральном топливе. При этом дымность ОГ снижается с 32% до 26%. Эффективный КПД дизеля при его работе на сафлоро-минеральном топливе с различным содержанием биологического и минерального компонентов составляет 0,343-0348, на минеральном ДТ - 0,355.

При работе дизеля на сафлоро-минеральном топливе, обработанном ультразвуком, мощностные, топливно-экономические и экологические показатели улучшаются на 2-3% в режиме полных нагрузок и на 8-14% в режиме холостого хода по сравнению с работой дизеля на необработанном топливе аналогичного состава.

5. Результаты эксплуатационных исследований МТА (МТЗ-80-КПС4+4БЭСС-1) на весенней предпосевной культивации зяби при работе на сафлоро-минеральных топ-ливах 20%СафМ+80%ДТ и 50%СафМ+50%ДТ по сравнению с работой на минеральном топливе свидетельствуют об увеличении погектарного расхода топлива с 3,5 кг/га соответственно до 3,65 кг/га (на 4,3%) и 3,9 кг/га (на 11,4%). При этом величина общих удельных энергозатрат возрастает с 148,4 МДж/га до 151,2 МДж/га (на 1,9%) и 155,3 МДж/га (на 4,6%), удельный эффективный расход энергии, снимаемой с к.в. дизеля, снижается с 49,6 МДж/га до 49,3 МДж/га (на 0,6%) и 48,5 МДж/га (на 2,3%) соответственно. Дымность ОГ уменьшается с 42% до 37% и 30%.

Годовой экономический эффект от использования сафлоро-минеральных топлив 20%СафМ+80%ДТ и 50%СафМ+50%ДТ составляет соответственно 28633 руб. и 98918 руб. на один трактор тягового класса 1,4.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК

1. Уханов, А. П. Исследование свойств биологических компонентов дизельного смесевого топлива / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов // Нива Поволжья. -2014.-№ 1(30).-С. 92-98.

2. Конструктивная адаптация дизелей автотракторной техники к работе на сме-севом топливе / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов, Е. Д. Година // Нива Поволжья. - 2014. - № 2 (31). - С. 84-92.

3. Уханов, А. П. Теоретический анализ энергозатрат машинно-тракторного агрегата при работе на дизельном смесевом топливе / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов // Нива Поволжья. - 2015. - № 1 (34). - С. 59-64.

Публикации в международной реферативной базе данных AG RIS

4. Ukhanov, А. P. Examining properties of biological components in diesel-mixture fuel [Электронный ресурс] / A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, I. F. Adgamov // AGRIS: International Information System for the Agricultural Sciences and Technology. - 2014. -Режим доступа: http://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=RU2015000004.

Патенты РФ

5. Патент № 2525489 РФ. МПК В 01 D 29/44, В 01 F 11/00. Фильтр-смеситель двухкомпонентного топлива / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов. -№2013105821/05; Заяв. 12.02.2013; Опубл. 20.08.2014, Бюл. №23.

6. Патент № 2536747 РФ. МПК F 02 M 37/10, F 02 D 19/08, F 02 M 43/00. Двухтопливная система питания автотракторного дизеля / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов. - № 2013114311/06; Заяв. 29.03.2013; Опубл. 27.12.2014, Бюл. №36.

7. Патент № 2538189 РФ. МПК F 02 M 37/10, F 02 D 19/06, В 01 F 15/04, В 01 F 5/06. Смеситель компонентов дизельного смесевого топлива / Д. А. Уханов, М. А. Уханов, А. П. Уханов, И. Ф. Адгамов. - № 2013135046/06; Заяв. 25.07.2013; Опубл. 10.01.2015, Бюл. №1.

8. Патент № 2538338 РФ. МПК F 02 D 19/06, F 02 M 37/00, В 01 F 15/04, В 01 F 5/06. Смеситель компонентов биоминерального топлива / Д. А. Уханов, М. А. Уханов,

А. П. Уханов, И. Ф. Адгамов. - № 2013128813/06; Заяв. 24.06.2013; Опубл. 10.01.2015, Бюл. №1.

9. Патент № 2546891 РФ. МПК F 02 М 43/00, В 01 F 11/02, В 01 F 3/08, F 02 D 19/08. Ультразвуковой смеситель растительного масла и минерального топлива / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов. - № 2014112926; Заяв. 02.04.2014; Опубл. 10.04.2015, Бюл. №10.

10. Патент № 2548334 РФ. МПК F 02 М 43/00, F 02 D 19/06. Система питания тракторного дизеля с ручным управлением подачей смесевого топлива / А. П. Уханов, А. Д. Уханов, И. Ф. Адгамов. - № 2014112925; Заяв. 02.04.2014; Опубл. 20.04.2015, Бюл. №11.

11. Патент № 153246 РФ. МПК F 02 М 43/00, F 02 D 19/08. Двухтопливная система питания дизеля / С. В. Тимохин, И. Ф. Адгамов, Г. И. Шаронов, А. С. Тимохин. -№ 20141368524; Заяв. 10.09.2014; Опубл. 10.07.2015, Бюл. № 19.

Публикации в других изданиях

12. Адгамов, И. Ф. Сафлоровое масло как альтернативный биокомпонент дизельного смесевого топлива / И. Ф. Адгамов // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сб. материалов Всероссийской НПК. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - С. 214-216.

13. Адгамов, И. Ф. Устройства для работы дизелей автотракторной техники на смесевом растительно-минеральном топливе / И. Ф. Адгамов // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Том III. - Пенза: РИО ПГСХА, 2013. -С. 107-109.

14. Уханов, А. П. Конструктивная адаптация автотракторных дизелей к работе на биотопливе [Электронный ресурс] / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов // Каталог XVI Московского Международного Салона изобретений и инновационных технологий «АРХИМЕД-2013» Класс 25. Наземный, морской и воздушный транспорт. -М.: ЭкоЦентр «Сокольники», 2013. - 1 электрон, опт. диск.

15. Уханов, А. П. Биотопливо из нетрадиционных масличных культур / А. П. Уханов, И. Ф. Адгамов // Международный агропромышленный конгресс Перспективы развития агропромышленного комплекса России в условиях ВТО: материалы для обсуждения. - СПб.: ЗАО «ЭкспоФорум», 2013. - С. 136-138.

16. Уханов, А. П. Двухтопливная система питания автотракторного дизеля /

A. П. Уханов, И. Ф. Адгамов // Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники: Материалы Международного научно-технического семинара имени

B.В. Михайлова. - Вып. 26. - Саратов: ООО «Буква», 2013. - С. 196-198.

17. Уханов, А. П. Конструктивная адаптация тракторных дизелей к работе на биотопливе / А. П. Уханов, И. Ф. Адгамов // Восьмой Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций. - Саратов: ООО «Буква», 2013. - С. 265-266.

18. Уханов, А. П. Ультразвуковой смеситель / А. П. Уханов, К. А. Ахраменко, И. Ф. Адгамов // Эксплуатация автотракторной техники: опыт, проблемы, инновации, перспективы: сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. -Пенза: РИО ПГСХА, 2013.-С. 108-111.

19. Уханов, А. П. Устройства для работы дизеля на биотопливе и оценки технического состояния узлов и агрегатов топливной аппаратуры / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов // Эксплуатация автотракторной техники: опыт, проблемы,

инновации, перспективы: сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2013. - С. 113-120.

20. Адгамов, И. Ф. Результаты спектрофотометрического анализа смесевого сафлоро-минерального топлива / И. Ф. Адгамов // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Том И. - Пенза: РИО ПГСХА, 2014. - С. 182-184.

21. Уханов, А. П. Экспериментальные показатели дизеля Д-243-648 при работе на сафлоро-минеральном топливе / А. П. Уханов, И. Ф. Адгамов // Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники: Материалы Международного научно-технического семинара имени В.В. Михайлова. - Вып. 27. - Саратов: ООО «Буква», 2014.-С. 193-195.

22. Адгамов, И. Ф. Результаты стендовых исследований дизеля Д-243-648 при работе на смесевом сафлоро-минеральном топливе в режиме самостоятельного холостого хода / И. Ф. Адгамов // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сб. материалов Всероссийской НПК. Том II. - Пенза: РИО ПГСХА, 2014. -С. 207-209.

23. Уханов, Д. А. Результаты моторных исследований дизеля Д-243-648 при работе на сафлоро-минеральном топливе / Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов II Образование, наука, практика: инновационный аспект: сборник материалов Международной научно-практической конференции, посвященной Дню российской науки. Том II. - Пенза: РИО ПГСХА, 2015. - С. 76-79.

24. Адгамов, И. Ф. Смеситель компонентов биоминерального топлива / И. Ф. Адгамов, А. Е. Шугуров // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. Том И. -Пенза: РИО ПГСХА, 2015. - С. 3-4.

25. Уханов, А. П. Эффективность функционирования машинно-тракторного агрегата при работе на сафлоро-минеральном топливе / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов // Научная мысль. - 2015. - № 3. - С. 338-341.

Подписано в печать 02.09.2015 г. Формат 60x84/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 538 Отпечатано с готового оригинал-макета в Пензенской мини-типографии Свидетельство № 5551 440600, г. Пенза, ул. Московская, 74