автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Оценка эксплуатационных показателей сельскохозяйственного трактора при работе на сурепно-минеральном топливе

На правах рукописи

/

Крюков Владимир Владимирович

ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАКТОРА ПРИ РАБОТЕ НА СУРЕПНО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ

Специальность: 05.20.01 — технологии и средства механизации

сельского хозяйства;

05.20.03 — технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 СЕН 2014

Пенза-2014

005552400

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

Научный руководитель У ханов Александр Петрович

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Коцарь Юрий Алексеевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова», профессор кафедры «Процессы и сельскохозяйственные машины в АПК»

Володысо Олег Станиславович

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», заведующий кафедрой «Тракторы и автомобили»

Ведущая организация Государственное научное учреждение Всерос-

сийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии)

Защита состоится 17 октября 2014 года в 10 часов на. заседании дисссртацион-"ОГО совета Д 220.053.02 на базе ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» и на сайте http://pgsha.penza.net/.

Автореферат разослан 27 августа 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кухарев О.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Решением растущих потребностей в моторном топливе без ущерба для окружающей среды является применение альтернативного топлива. Одним из видов такого моторного топлива является дизельное сме-севое топливо (ДСТ), получаемое смешиванием растительного масла и минерального дизельного топлива (ДТ). Использование ДСТ обеспечивает экономию минерального ДТ на величину его замещения биологическим компонентом, а так же улучшает экологические показатели трактора.

Наиболее распространенным на сегодняшний день биологическим сырьем для производства ДСТ в России и за рубежом является рапсовое масло. Известны также некоторые результаты исследований ДСТ, биокомпонентом которого являлись горчичное, рыжиковое и сафлоровое масла. Однако биокомпонентом ДСТ могут быть растительные масла, получаемые из других масличных культур, например, из сурепицы, которая в отличие от рапса менее требовательна к условиям произрастания. Короткий период вегетации и высокая урожайность семян сурепицы, схожие теплотворные, химические и физические свойства сурепного и рапсового масел позволяют отнести сурепное масло (СурМ) к перспективному биокомпоненту ДСТ.

Для эффективной работы с.-х. тракторов на смесевом сурепно-минеральном топливе необходимо предусмотреть возможность изменения величины соотношения его компонентов (сурепного масла и минерального ДТ) в процессе эксплуатации, оценить мощностные, топливно-экономические и экологические показатели дизеля, а так же эксплуатационные показатели трактора при работе на таком смесевом топливе, разработать технические решения по конструктивной адаптации дизеля к работе на сурепно-минеральном топливе.

В связи с этим актуальной научной и практически значимой задачей является оценка эксплуатационных показателей трактора при работе на смесевом сурепно-минеральном топливе с различным соотношением его компонентов.

Степень разработанности темы. Растительно-минеральные топлива, как один из видов моторного топлива, относительно широко описаны в научных трудах российских и зарубежных ученых. Однако в данных работах практически не рассмотрены вопросы теоретической оценки эксплуатационных показателей трактора через показатели дизеля и показатели химических, теплотворных и физических свойств сме-севого топлива, биокомпонентом которого является растительное масло и, в частности, сурепное масло. Известные топливные системы дизеля обеспечивают работу трактора только на одном виде смесевого топлива, когда соотношение биокомпонента и минерального ДТ постоянное и не обеспечивают изменение величины соотношения этих компонентов непосредственно «на борту» трактора в зависимости от вида выполняемой работы и температурных условий эксплуатации. Поэтому необходимо разработать такие топливные системы, которые должны обеспечивать пуск, прогрев и останов дизеля на минеральном ДТ, а последующую работу дизеля на смесевом топливе с различным соотношением биологического и минерального компонентов.

Таким образом необходимость дальнейших теоретических и экспериментальных исследованиях по использованию смесевого топлива в тракторных дизелях вызвано практической потребностью с.-х. производства.

Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», тема № 29 «Энергосбережение в процессе эксплуатации автотракторной техники».

Актуальность темы исследований подтверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 28 мая 2013 г. № 861-р «Основные направления государст-

венной политики в сфере повышения энергетической эффективности на основе возобновляемых источников энергии на период до 2020 года».

Цель исследований - оценка эксплуатационных показателей сельскохозяйственного трактора при работе на сурепно-минеральном топливе.

Задачи исследований:

1. Выполнить хроматографический анализ натурального и обработанного ультразвуком сурепного масла и сурепно-минерального топлива; определить жирно-кислотный и элементарный состав, низшую теплоту сгорания, вязкость и плотность сурепного масла и сурепно-минерального топлива.

2. Теоретически определить эксплуатационные показатели с.-х. трактора при работе на сурепно-минеральном топливе с учетом изменения показателей дизеля при различной величине соотношения биологического и минерального компонентов сме-севого топлива.

3. Экспериментально определить мощностные, топливно-экономические и экологические показатели тракторного дизеля при работе на смесевом сурепно-минеральном топливе с различной величиной соотношения сурепного масла и минерального топлива.

4. Разработать и изготовить смеситель сурепного масла и минерального ДТ и топливную систему дизеля, обеспечивающую изменение величины соотношения компонентов смесевого топлива в процессе работы трактора.

5. Обосновать рациональный диапазон изменения величины соотношения компонентов смесевого топлива по показателям рабочего процесса, мощностным, топ-ливно-экономическими и экологическим показателям дизеля, а так же по тягово-экономическим и энергозатратным показателям трактора.

6. Провести эксплуатационные исследования с.-х. трактора и оценить его показатели при работе на товарном минеральном и смесевом топливах, определить экономическую эффективность от использования смесевого сурепно-минерального топлива в дизелях с.-х. тракторов.

Объект исследований — эксплуатационные показатели сельскохозяйственного трактора МТЗ-80/82 при работе на смесевом сурепно-минеральном топливе.

Предмет исследований - закономерности изменения мощностных, топливно-экономических, экологических показателей дизеля Д-243 и тягово-экономических, энергозатратных показателей трактора при работе на смесевом топливе с соотношением сурепного масла и минерального дизельного топлива 25:75, 50:50, 75:25, 90:10 и смесевом топливе 50:50, озвученным ультразвуком (УЗ).

Научную новизну работы представляют:

- жирно-кислотный, элементарный состав и низшая теплота сгорания смесевого сурепно-минерального топлива;

- теоретическое и экспериментальное обоснование использования смесевого сурепно-минерального топлива по показателям рабочего процесса, индикаторным, эффективным, экологическим показателям дизеля и эксплуатационным показателям трактора;

- рациональный диапазон изменения величины соотношения компонентов смесевого сурепно-минерального топлива, рекомендуемого для использования в условиях эксплуатации с.-х. трактора;

- технические решения по конструктивной адаптации тракторного дизеля к работе на смесевом сурепно-минеральном топливе с различным соотношением его компонентов.

Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на изобретение № 2452864 «Система питания дизеля для работы на смесевом биоминеральном топливе», № 2465478 «Двухтопливная система питания дизеля», № 2486949 «Смеситель-фильтр минерального топлива и растительного масла».

Практическая значимость работы. Использование сурепно-минерального топлива в тракторном дизеле обеспечивает экономию минерального ДТ на величину его замещения сурепным маслом и более «мягкую» работу дизеля по сравнению с работой на минеральном ДТ, снижает дымность отработавших газов на 20-32 % в зависимости от соотношения компонентов смесевого топлива. Обработка ультразвуком сурепно-минерального топлива способствует улучшению эффективных, топливно-экономических и экологических показателей дизеля по сравнению с его работой на необработанном смесевом топливе.

Предлагаемая топливная система дизеля обеспечивает приготовление смесевого топлива непосредственно в процессе работы трактора, при этом пуск, прогрев и останов дизеля осуществляется на минеральном топливе, на остальных режимах - на смесевом топливе, причем с возможностью изменения соотношения биологического и минерального компонентов в зависимости от вида выполняемой работы и температурных условий эксплуатации.

Реализация результатов исследований. Хромагографическнй и спектрофото-мегрический анализы смесевого топлива выполнялись соответственно в лаборатории биохимического анализа Пензенского НИИСХ и в лаборатории микроскопирования ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарева». Сравнительные исследования дизеля Д-243-648 и трактора МТЗ-80 при работе на минеральном и сурепно-минеральном топливах проводились в лабораториях испытаний двигателей и тракторов ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА». Эксплуатационные исследования трактора в составе пахотного агрегата (МТЗ-82 + ПЛН-3-35) проводились в ОАО «Вазерское» Пензенской области.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- расчетно-теоретическое обоснование эксплуатационных показателей трактора при использовании сурепно-минерального топлива с учетом изменения показателей дизеля при различной величине соотношения биологического и минерального компонентов 25:75; 50:50; 75:25 и 90:10;

- расчетные и экспериментальные показатели тракторного дизеля при работе на натуральном и озвученном ультразвуком сурепно-минеральном топливе в соотношении компонентов 50:50;

- рациональный диапазон изменения величины соотношения биологического и минерального компонентов смесевого сурепно-минерального топлива;

- количественные оценки эксплуатационных показателей с.-х. трактора при работе на сурепно-минеральном топливе.

Степень достоверности н апробация результатов исследований. Достоверность результатов подтверждается сравнительными исследованиями дизеля и трактора в стендовых и эксплуатационных условиях при работе на товарном минеральном и сурепно-минеральном топливах с различным соотношением его компонентов, применением основных положений теории ДВС и эксплуатации МТП, сходимостью результатов расчетов показателей дизеля и трактора с результатами экспериментальных исследований.

Основные положения диссертации и ее результаты доложены и одобрены на Всероссийских научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА»

(2010-2013г.г.) и международных семинарах ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н. И. Вавилова» (2012-2013г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых изданиях, получено 3 патента РФ на изобретение, без соавторов опубликованы 3 статьи. Общий объем публикаций 2,9 пл., из них автору принадлежит 1,3 п.л.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 152 наименований и приложения на 33 с. Общий объем диссертации составляет 206 е., содержит 60 рис. и 16 табл.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, изложены основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследований» раскрыта необходимость применения биотоплива на основе растительных масел в качестве моторного топлива автотракторной техники. Приведен обзор и анализ систем питания дизеля, атак же конструкций смесителей биологического и минерального компонентов дизельного смесевого топлива (ДСТ).

Вопросам применения растительных масел, эфиров на их основе и смесевых то-плив в качестве дизельного моторного топлива посвящены работы Буклагина Д. С, Девянина С. Н., Загородских Б. П., Зазули А. Н., Голубева В. А., Иванова В. А., Маркова В. А., Нагорнова С. А., Савельева Г. С., Семенова В. Г., Уханова А.П., Anderssjn Е., Desantes J. М., Ruiz S., Duggal V. К., McCarthy С. и др.

Установлено, что эффективным способом приготовления ДСТ является смешивание его компонентов непосредственно в процессе работы автотракторной техники. Однако известные топливные системы дизеля обеспечивают работу трактора только на одном виде смесевого топлива, когда соотношение биокомпонента и минерального ДТ постоянное и не обеспечивают изменения соотношения этих компонентов непосредственно «на борту» трактора в зависимости от вида выполняемой работы и температурных условий эксплуатации.

На основании анализа научной и патентной информации сформулированы цель и задачи исследований.

Во втором разделе «Обоснование выбора масличной культуры в качестве биологического компонента смесевого топлива» выполнена сравнительная оценка показателей сурепицы и сурепного масла с аналогичными показателями рапса и рапсового масла, так как на сегодняшний день рапс является наиболее распространенной масличной культурой для производства биокомпоненга ДСТ.

Установлено, что основными достоинствами сурепицы являются хорошая урожайность (1,4...2,2 т/га) и масличность (39-45 %). В отличие от рапса она менее требовательна к условиям произрастания и имеет более короткий период вегетации

По результатам х ром лто графического анализа натурального и обработанного ультразвуком сурепного масла и смесевого сурепно-минерального топлива в соотношении компонентов 25:75; 50:50; 75:25 и 90:10 определен жирнокислотный состав, выполнен расчет элементарного состава и низшей теплоты сгорания. Определена средняя химическая формула сурепного масла С58,2Н1оз,706.. Плотность и кинематическая вязкость сурепного масла примерно равна рапсовому маслу и превышает аналогичные показатели минерального ДТ (таблица 1).

4

Таблица 1 - Элементарный состав, низшая теплота сгорания и физические _свойства смесевого сурепно-минерального топлива _

Вид топлива Элементарный состав Низшая теплота сгорания, МДж/кг Плотность, кг/м5 Кинематическая вязкость, им2/с

С (1 О

100%ДТ 0,870 0,126 0,004 42,40 830 4,2

100%СурМ 0,777 0,116 0,107 37,23 930 77,2

25%СурМ+75%ДТ 0,847 0,123 0,030 41,15 878 22,7

50%СурМ+50%ДТ 0,824 0,121 0,055 39,88 895 40,9

75%СурМ+25%ДТ 0,800 0,119 0,081 38,56 913 59,1

90%СурМ+10%ДТ 0,786 0,117 0,097 37,76 917 73,0

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

Обработка ультразвуком частотой 44 кГц сурепного масла и смесевого сурепно-минерального топлива показала, что произошло некоторое изменение процентного содержания отдельных высших жирных кислот. Однако суммарное содержание кислот в масле осталось неизменным. Так, например, при обработке СурМ произошло увеличение содержания эруковой кислоты с 8,144 до 8,269 %, олеиновой кислоты с 43,448 до 43,474 % при уменьшении содержания пальмитиновой кислоты с 3,356 до 3,326 % и линолевой кислоты с 27,016 до 26,803 % по сравнению с натуральным (необработанным ультразвуком) маслом. Аналогичная динамика наблюдается и при об-рабс ~ке ультразвуком смесевого топлива.

В третьем разделе «Расчетно-теоретическое обоснование показателей дизеля и эксплуатационных показателей сельскохозяйственного трактора в составе МТА при работе на смесевом сурепно-минералыюм топливе» приведены уточненные формулы для расчета показателей рабочего процесса, индикаторных и эффективных показателей дизеля, а так же эксплуатационных показателей трактора в составе пахотного агрегата при работе на сурепно-минеральном топливе.

При использовании смесевого сурепно-минерального топлива характер протекания рабочего процесса дизеля несколько изменяется, что в конечном итоге приводит к изменению показателей дизеля и эксплуатационных показателей трактора Поэтому формулы для расчетов показателей рабочего процесса, индикаторных и эффективных показателей дизеля скорректированы с учетом теплотворных свойств сурепно-минерального топлива, а также величины соотношения биологического и минерального компонентов в смесевом топливе.

Коэффициенты избытка воздуха, наполнения цилиндров свежим зарядом и остаточных газов рассчитывались с учетом экспериментальных данных стендовых испытаний дизеля по формулам: _

3600/- II-рв а'СВТ (К, ■/„с^)<СТдт

Т}ьг —------■ ч » V /

вцо 30-У„-п-ря-10Г3 Рг-Т0 Рг-Т0-У„-П-Рв 10-' (3)

где ввд - действительный расход воздуха, кг/ч; С,вт - теоретический расход воздуха, кг/ч;/- площадь проходного сечения сопла расходомера воздуха, м ; (р - коэффициент расхода воздуха через сопло расходомера воздуха; g - ускорение свободного па-

дения, м/с ; Н- перепад давлений в сопле расходомера воздуха, Па; рв - плотность воздуха, кг/м; К,, К2 - массовая доля минерального ДТ и сурепного масла в смесевом топливе; /„ж и /„,-,„„ - количество воздуха, теоретически необходимого для полного

сгорания 1 кг минерального ДГ и СурМ, кг, СТдг - часовой расход минерального

ДТ и СурМ (определялся экспериментально по результатам стендовых испытаний дизеля), кг/ч; Сю - 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; V/, - рабочий объем дизеля, л; я - частота вращения коленчатого вала, мин"1; Рг - давление остаточных газов в конце впуска, МПа; Т0 - температура окружающей среды, К; Р0 - давление окружающей среды, МПа; Тг - температура остаточных газов в конце впуска, К; £ - степень сжатия. Низшая теплота сгорания (МДж/кг) сурепно-минерального топлива

Н.-КгН.^+КуН^, (4)

где н.„ > - низшая теплота сгорания минерального ДТ и сурепного масла (рассчитывались по известной формуле Д. II. Менделеева). Теплота сгорания рабочей смеси (МДж/кг)

Л/,'(1+Г') зо-сл:,/р-'^'"У'*]'

гае и Цс^, - количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания 1 кг минерального ДТ и сурепного масла, кмоль. Максимальное давление цикла (МПа)

Ус. Ю-' ' (б}

где Рс - давление в конце сжатия, МПа; ¡ш- степень испарения смесевого топлива; Шщ - цикловая подача смесевого топлива, г/цикл; п, - показатель политропы сжатия; Ус - объем камеры сгорания дизеля, м3.

Цикловую подачу смесевого топлива (г/цикл) рассчитывали через экспериментально определенный часовой расход топлива

--т^Г:-'"""Д" г = 4 ««- > (7)

30-10 -и-г

где г, т — число цилиндров и тактность дизеля. Индикаторный и эффективный КПД дизеля

-Р> ■».„ -».Суги наТдг )• Р< а ___5 (9)

н. -р. -7,. (К,-Ни +К2-Ни НО, +СГ )

ЛТ СурМ ДТ ГС.«ри '

где Р, - среднее индикаторное давление, МПа; Ре - среднее эффективное давление, МПа.

Эффективная мощность дизеля (кВт)

"е'^-н.^+к^н^ иаТяг +сГои# )/3,6. ( 10)

б

Удельный индикаторный и эффективный расходы ДСТ (г/кВтч):

3600

120(СГ +ст )

Х 'ЛТ 'С,*! ' ,

!20(СГ +СГ )

Н. п, РГУ,-л-10-' ' Ны-п. - Рш.ук.„.Ю-' • (11)

Расчеты показателей дизеля выполняли с учетом выявленных особенностей сме-севого топлива на ПЭВМ с использованием программного комплекса «Дизель-РК».

Эффективность функционирования с.-х. трактора при работе на сурепно-минеральном топливе оценивалась часовой производительностью, погектарным расходом топлива и энергозатратами МТА.

Так как одной га трудоемких с.-х. операций, выполняемых тракторным агрегатом, является вспашка, дальнейший теоретический анализ будем вести с учетом выполнения агрегатом данной операции.

Часовая производительность (теоретическая) тракторного агрегата на определенной передаче (га/ч)

№ч = 0,1 •В„ -Зг= 0,377 • п ■ г„ • В„ / !„, (12)

где Вк - конструктивная ширина агрегатируемой машины, м; Зт - теоретическая скорость трактора, км/ч; гК - радиус качения ведущих колес трактора, м; ¡„ - передаточное число трансмиссии трактора.

Конструктивная ширина агрегатируемой машины (м)

(^. 'тр-Чп-)/^ "

К.

к-

"к игл

г-Чп'Ку,

(13)

гкрг

* Л

где Р„

- сила тяга на крюке, Н; Рм - усилие, затрачиваемое на перемещение агрегатируемой с.-х. машины, Н; - тяговое удельное сопротивление агрегата, соответствующее скорости на выбранной передаче, Н/м2; Ме - эффективный крутящий момент двигателя, Н м; Птт - механический КПД трансмиссии трактора; РГии - общая сила сопротивления качению машинно-тракторного агрегата, Н.

Расчет производительности МТА осуществлялся при допущении, что вк « вр и 9р=эт (\-б), где Вр - рабочая ширина захвата, м; яр - рабочая скорость трактора, км/ч; 3 - допустимый коэффициент буксования ведущих колес трактора.

С учетом формул (12) и (13) получим формулу для расчета производительности тракторного агрегата за час чистой работы:

п-а-у

•ттЧгг-Рг -'к Зтл *

Погектарный расход топлива (кг/га)

V'"

Ч»

. Х ГлГ_Тсщ*4 ' _

Ж '

(С, +G. >АГ.

v т гтт 'Гггм' У*

(?<СГдг-Н^УП,<АГ,-Я ^ И/,-'О1 <0,38+0,8-10"3•„)'

0,0377n<l-¿}

Oflinir

Общие удельные энергозатраты на единицу выполненной работы (МДж/га)

+ Q>,,„ н„г^)_

Н.^) - v„ ■ 10:' ■ (0,38 + 0,8 ■ кг' ■ „)

0,03-лтг

o.om n-o-S)

¡■lTP-'hp-'>fm 't

.(16)

ÍI0'(GT +G,

I __ 'xr 'c^v - ■■ - • -ят_

0.03-Л ТГ

Удельный эффективный расход энергии (МДж/га), снимаемый непосредственно

с коленчатого вала двигателя

,______«%,

0,03770-f)(G>. +G, У

Гt Н.ж -10*'(031+0.8-ЮГ3-и)

I 0.03-яч-г

V-Tm-'/i,

Технологические энергозатраты (МДж/га)

(17)

(18)

1 &' • (G/jr + ) ■ 17, ■ (ЛГ, • H.r + Jf, - H ) - Vk • 1 tf • (0,38

0,03T7n.(l-í)

Ofil-n-x-t

Полезные удельные энергозатраты (МДж/га)

+ 0,8-Hr*-u)j

0,0377 n (l-í)

[ ~ 0,03... г, J-Ь-Ъ-Гг.

0,03-я-ж-г

Энергетический КПД агрегата

-(19)

■ N.-P,

Чшл =1,-1т •Чи = -

(20)

В формулах (18) - (20): Г]т - тяговый КПД трактора; т]м - механический КПД дизеля.

Результаты расчетов теоретических показателей дизеля и эксплуатационных показателей трактора приведены в таблице 2. Максимальное изменение показателей наблюдается при работе на смесевом топливе 90 % СурМ+10 % ДТ: эффективная мощность снижается с 61,7 до 57,3 кВт (на 7,1 %) при практически неизменном эффективном КПД, удельный эффективный расход топлива возрастает с 238,9 до 279,1 г/кВт-ч (на 16,4 %). При работе трактора на VI рабочей передаче наблюдается, уменьшение рабочей скорости трактора с 11,07 до 10,47 км/ч (на 5,4 %), что приводит к снижению производительности тракторного агрегата за час чистой работы с 0,818 до 0,736 га/ч (на 9,8 %). Погектарный расход топлива увеличивается с 16,75 до 20,2 га/ч (на 19 %) по сравнению с работой на минеральном ДТ. При содержании в ДСТ сурепного масла не более 25 % показатели дизеля и трактора существенно улучшаются: эффективная мощность снижается 61,7 до 60,9 кВт (на 1,8 %), удельный эффективный расход топлива возрастает с 238,9 до 250,1 г/кВт-ч (на 4,7 %). Происходит незначительное снижение рабочей скорости трактора с 11,07 до 10,9 км/ч (на 1,5 %) и производительности тракторного агрегата за час чистой работы с 0,818 до 0,797 га/ч (на 2,6 %), погектарный расход топлива увеличивается с 16,75 до 17,7 га/ч (на 5,6 %).

Таблица 2 - Расчетные показатели дизеля Д-243 и трактора МТЗ-82 при работе

на сурепно-минеральном топливе

Обозначение показателя 100% дт 25%СурМ+75%ДТ 50%СурМ+50%ДТ 75%СурМ+25%ДТ 90%СурМ+10%ДТ

Показатели дизеля (и = 2200 мин'1)

а 1,469 1,481 1,496 1,518 1,521

ЧУ 0,859 0,867 0,870 0,875 0,879

N.. кВт 61,7 60,9 59,8 58,1 57,3

г/кВт ч 238,9 250,1 259,3 269,4 279,7

1, 0,351 0,350 0,348 0,345 0,341

Эксплуатационные показатели трактора (VI рабочая передача)

Л», кН 11,2 10,98 10,12 9,84 9,71

км/ч 11,07 10,9 10,83 10,68 10,47

МГЧ , га/ч 0,818 0,797 0,771 0,741 0,736

?„, кг/га 16,75 17,7 18,2 19,31 20,2

Ео, МДж/га 710,2 728,4 753,7 765,8 781,6

В четвертом разделе «Конструктивная адаптация колесных тракторов класса 14 кН к работе на смесевом сурепно-минеральном топливе» описаны конструктивные варианты двухтопливных систем питания дизеля и конструкция смесителя растительного масла и минерального топлива, которые обеспечивают пуск, прогрев и останов двигателя на минеральном топливе, на всех остальных Режимах - на смесевом сурепно-минеральном топливе.

Двухтопливные системы питания (патенты РФ № 2452864, № 2465478), наряду со штатными узлами и агрегатами, дополнительно содержат бак растительного масла 1 (рисунок 1), поплавковые механизмы растительного масла 3 и минерального топлива 17, смеситель 7 (патент РФ № 2486949), во входных каналах которого размещены дозаторы 12 и 13, краны минерального топлива 15 и растительного масла 16.

а) б)

Рисунок 1 - Конструктивные варианты двухтопливных систем питания: с механическим (а) и автоматическим (б) регулированием состава смесевого топлива (наименование позиций в тексте)

Поплавковые механизмы 3 и 17 предназначены для обеспечения постоянного давления компонентов смесевого топлива перед дозаторами смесителя, что необходимо для устранения влияния разностей давлений на точность дозирования компонентов.

Работают двухтопливные системы питания дизеля следующим образом. После

пуска и прогрева дизеля на минеральном топливе открывают кран 16, который обеспечивает подачу растительного масла из бака 1 через поплавковый механизм 3 в смеситель 7. В смесителе 7 растительное масло и минеральное топливо смешиваются. Полученное смесевое топливо, пройдя фильтры грубой 4 и тонкой очистки 5, подается в топливный насос высокого давления 8 и далее форсунками 9 впрыскивается в цилиндры дизеля.

Требуемое соотношение компонентов смесевого топлива обеспечивается поворотом дозаторов 12 и 13, управление которых осуществляется через тягу 14 (рисунок 1 а) наружным рычагом 10 регулятора частоты вращения 11, или шаговыми электродвигателями (рисунок 1 б) 14 и 18, электрически соединенными с электронным блоком управления 21 по сигналам датчиков нагрузочного 22, скоростного 20 и температурного 19 режимов дизеля.

Перед остановом двигателя кран растительного масла 16 переводят в положение «закрыто» и дизель переходит на работу на минеральном топливе. Останов дизеля осуществляется перемещением рычага 10 в положение «выключено».

В свою очередь, смеситель состоит из корпуса 1 (рисунок 2) с двумя диаметрально расположенными входными каналами 12 и 13, стакана 2, внутри которого расположена пустотелая ось 3 с двумя радиальными отверстиями 4 и 5, выходного канала 14, сливной пробки 6, успокоителя 7 и фильтрующего элемента 8. Фильтрующий элемент 8 представляет собой втулку 9 с сетчатой набивкой 10 и многодырчатую шайбу 11.

а) б) в)

Рисунок 2 - Смеситель-фильтр минерального топлива и растительного масла (наименование позиций в тексте): а) схема, б) разрез; в) общий вид

Смеситель работает следующим образом. Смешиваемые компоненты через входные канаты 12 и 13 поступают во внутреннюю полость стакана 2, в которой происходит предварительное их смешивание. Под действием разряжения, создаваемого топливоподкачивающим насосом системы питания, часть полученной смеси, резко изменяя направление движения, проходит через многодырчатую шайбу 11 и сетчатую набивку 10 фильтрующего элемента 8. Проходя через набивку 8 вектор скорости смеси многократно изменяется. Благодаря этому растительный и минеральный компоненты интенсивно смешиваются, после чего образовавшаяся смесь - ДСТ проходит через два радиальных отверстия пустотелой оси 4 и 5 и поступает к выходному каналу 14. Другая часть смеси продолжает по инерции двигаться вдоль стенок стакана 2 вниз. Механические частицы и капли воды, обладающие большим удельным весом,

стремятся сохранить прямолинейное движение и следуют вниз вместе с потоком смеси. Проходя через кольцевой зазор между успокоителем 7 и стаканом 2, они попадают в зону отстоя. Конусный успокоитель 7, обращенный меньшим основанием в сторону фильтрующего элемента 8, отделяет зону отстоя от зоны циркуляции смеси. Отстой сливают через закрываемое пробкой 6 отверстие в нижней части стакана 2.

На основе вышеописанных систем была изготовлена и исследована на тракторе двухтопливная система питания с ручным изменением величины соотношения биологического и минерального компонентов смесевого топлива (рисунок 3). Такая система, наряду со штатными узлами и агрегатами, дополнительно содержит бак растительного масла 1, поплавковые механизмы растительного масла 3 и минерального топлива 17, смеситель 7, во входных каналах которого размещены дозаторы 13 и 14, рычаги управления которых кинематически соединены тягой 11с рычагом 12, таким образом, что при открытии на определенный угол дозатора 14, регулирующего подачу растительного масла, дозатор 13, регулирующий подачу минерального топлива, закрывается соответственно на такой же угол. Это позволяет оператору при перемещении рычага 12 по сектору изменять соотношение компонентов смесевого топлива.

Рисунок 3 - Двухтопливная система питания дизеля с ручным изменением соотношения компонентов смесевого топлива (наименование позиций в тексте): а) схема; б) общий вид

Работает система питания дизеля следующим образом. После пуска и прогрева дизеля на минеральном топливе оператор, перемещая рычаг 12 по сектору, устанавливает необходимое соотношение растительного масла и минерального ДТ в зависимости от вида выполняемой работы и температурных условий эксплуатации. К примеру, при плюсовых температурах и малых нагрузках долю сурепного масла в ДСТ увеличивают, при минусовых температурах и больших нагрузках - долю сурепного масла уменьшают. В смесителе 7 растительное масло и минеральное ДТ смешиваются. Полученное смесевое топливо подается в топливный насос высокого давления 8 и далее форсунками 9 впрыскивается в цилиндры дизеля.

Перед остановом двигателя рычаг 12 перемещают в первоначальное положение, при котором дизель переходит на работу на минеральном топливе. Останов дизеля осуществляется традиционно перемещением рычага регулятора частоты вращения 10 в положение «подача выключена».

В пятом разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» представлена общая программа и частные методики исследований с описанием объектов и аппаратуры для исследований.

Программа исследований включала: лабораторные исследования по определению вязкости (кинематической и динамической) и плотности сурепного масла и смесевого сурепно-минерального топлива в соотношении 25:75, 50:50, 75:25 и 90:10: лабораторные исследования по оценке влияния ультразвуковой обработки на изменение содержания высших жирных кислот в сурепном масле и смесевом сурепно-минеральном топливе; лабораторные исследования по качеству смешивания растительного масла и минерального топлива при различных соотношениях компонентов предлагаемым смесителем; сравнительные моторные исследования дизеля Д-243-648 (укомплектован насосом фирмы «Bocsh») в стендовых условиях при работе на товарном минеральном ДТ и сурепно-минеральном топливе в соотношении 25:75, 50:50, 75:25, 90:10 и 50:50 (УЗ); исследования с.-х. трактора тягового класса 14 кН (трактор МТЗ-80 с дизелем Д-243, укомплектованным топливным насосом 4 УТНМ) на тормозном стенде с беговыми барабанами при работе на смесевом сурепно-минеральном топливе; исследования с.-х. трактора тягового класса 14 кН (трактор МТЗ-82 с дизелем Д-243, укомплектованным топливным насосом УТН-5А) в составе пахотного агрегата при работе на смесевом сурепно-минеральном топливе.

Лабораторные исследования по определению кинематической вязкости сурепного масла и смесевого сурепно-минерального топлива проводились на экспериментальной лабораторной установке, которая включала в себя вискозиметр ВПЖ-2, термометр, емкость, штатив и нагреватель. Динамическую вязкость определяли при помощи микровискозиметра фирмы «НААКЕ».

Лабораторные исследования по оценке влияния ультразвуковой обработки на изменение содержания высших жирных кислот в сурепном масле и смесевом топливе проводились на экспериментальной лабораторной установке, включающей низкочастотный ультразвуковой диспергатор УЗДН-2Т и хроматограф «Кристалл-5000.1». Ультразвуковую обработку каждой пробы масла и смесевого топлива проводили с частотой излучения 44 кГц в течение 50 минут.

Исследования предлагаемого смесителя на качество смешивания компонентов смесевого топлива проводили на экспериментальной лабораторной установке, которая включала в себя расходомер топлива, топливный насос высокого давления 4УТНМ, бак растительного масла, бак минерального ДТ, смеситель, стенд КИ-17511М для испытания и регулировки дизельной топливной аппаратуры, запорные краны, топливоподкачивающий насос, пробоотборник, трехходовой кран, сливной бак. Качество смешивания растительного и минерального компонентов в смесителе косвенно оценивалось по характеру изменения «гектограмм смесевого топлива от спектограммы минерального ДТ, принятой за эталон. Спектограммы смесевого топлива снимались спектрофотометром UV-3400.

Моторные исследования предусматривали определение показателей рабочего процесса, индикаторных, эффективных и экологических показателей дизеля в условиях регуляторной характеристики (в диапазоне частот вращения к.в. от 1400 мин"1 до 2200 мин'1) с нагрузкой на тормозе стенда 80%, 90% и 100%, а также в условиях характеристики холостого хода.

Экспериментальная моторная установка включала дизель Д-243-648 (4411/12,5), оснащенным топливным насосом фирмы «Bosch», динамометрическую машину KS-56/4 со штатными контрольно-измерительными приборами, измеритель-

12

но-регистрирующий комплекс (ИРК) и экспериментальную топливную систему (систему подачи ДСТ), узлы и агрегаты которой подключены к штатной системе питания дизеля. В состав ИРК входили измерители частоты вращения коленчатого вала (к.в.), температуры окружающего воздуха и охлаждающей жидкости, расходомеры топлива и воздуха, датчики (давления газов, ВМТ и отметок зубьев маховика), прибор ИМД-ЦМ, плата аналого-цифрового преобразования ЛА-н10М8-100, встроенная в свободный слот персонального компьютера, газоанализатор АВТОТЕСТ СО-СН-Д.

Моторные исследования дизеля предусматривали также снятие индикаторных диаграмм и проводились на товарном минеральном ДТ Л-0,2-62 и сурепно-минеральном в соотношении компонентов 25:75, 50:50, 75:25 и 90:10 и 50:50 (УЗ). Измерения производились в трехкратной повторное™ и заносились в протокол испытаний.

Исследования трактора МТЗ-80 в стендовых условиях проводились на стенде с беговыми барабанами КИ-8948, дополнительно укомплектованным расходомером сурепного масла. Методика исследований предусматривала оценку работоспособности экспериментальной топливной системы дизеля, а так же определение показателей трактора (тяговое усилие, тяговая мощность, часовой и удельный расходы топлива), работающего на смесевом сурепно-минеральном топливе в условиях тяговой характеристики.

Исследования трактора в составе пахотного агрегата МТЗ-82 + ПЛН-3-35 (рисунок 4) проводили в условиях опытных загонок поля на вспашке зяби в ОАО «Вазер-ское» Пензенской области с глубиной обработки почвы 22-25 см и удельным сопротивлением черноземной почвы среднего механического состава 48-53 кПа. Оценка эксплуатационных показателей трактора, работающего на сурепно-минеральном топливе 25:75, осуществлялась путем их сравнения с аналогичными показателями трактора, работающего на минеральном ДТ.

а) б)

Рисунок 4 - Исследование трактора МТЗ-82 с плугом ПЛН-3-35: а) общий вид агрегата; б) основные узлы двухтопливной системы питания; 1 - бак растительного масла; 2 - бак минерального топлива; 3 - поплавковые механизмы; 4 - смеситель; 5 - тяга управления подачей смесевого топлива

Погектарный расход топлива (кг/га) определялся по формуле

• От +УТ ИТ 1 с

ГРГс.

(25)

где vTjn и расход минерального ДТ и сурепного масла, л; и - плотность минерального ДТ и сурепного масла, кг/м3; S - площадь загонки, га. Эксплуатационная мощность дизеля (кВт) определялась по выражению

N.3=/j.-e-i»-K, (26)

где 1ь. - момент инерции двигателя, Н м -с2; е- угловое ускорение разгона, с"2- со - угловая скорость коленчатого вата, с', кВт; К- коэффициент использования эксплуатационной мощности.

Замер е и а> производился измерительным устройством ИМД-ЦМ и индуктивным преобразователем частоты вращения, устанавливаемым на выходной конец ВОМ трактора. Дымность отработавших газов определялась дымомером КИД-2.

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

Анализ результатов моторных исследований показывает, что в условиях регуля-торной характеристики на режиме полной мощности с увеличением содержания сурепного масла в смесевом топливе действительный расход воздуха повышается а теоретически необходимый - уменьшается. Вследствие этого коэффициент избытка воздуха при работе дизеля на смесевом топливе возрастает по сравнению с работой на минеральном ДТ. Так, например, на топливе 90:10 наблюдается увеличение коэффи-, циента избытка воздухар 1,472до 1,526 (на 3,7 %).

Увеличение коэффициента избытка воздуха ведет к снижению расчетных тем-Га30В В К0НЦе пР°цессов сгорания (с 1970 до 1951 К) и расширения (с 1331 до 1320 К), вследствие чего коэффициент наполнения повышается с 0,863 до 0,882 (на 2,2 %) за счет меньшего подогрева свежего заряда

При работе дизеля на всех видах ДСТ, по мере увеличения в них доли СурМ максимальное давление цикла и средняя скорость нарастания давления газов в цилиндре снижаются, что означает более «мягкую» работу дизеля на ДСТ по сравнению с работой дизеля на минеральном ДТ. Так, при работе дизеля в режиме полной мощ-Г^л/п с/месев0м топливе 90:10 максимальное давление цикла уменьшилось с 7.2 до

п« «« °реДНЯЯ СКОРОСТЬ наРастаиия давления газов цилиндре снизилась с 0,62 до 0,42 МПа/град (на 32,3 %).

Максимальное снижение эффективной мощности с 61,0 до 56,9 кВт (на 6 7 %) отечаетта при работе дизеля на смесевом топливе 90:10, а минимальное снижение -с 61,0 до 60,2 кВт (на 1,3 %) на смесевом топливе 25:75 (рисунок 5 а)

Топливная экономичность дизеля на всех видах ДСТ ухудшается (рисунок 5 б в). 1 ак, при работе на смесевом топливе 90:10 часовой и удельный эффективный рас-' ходы топлива возросли соответственно с 14,6 до 16,1 кг/ч (на 10,3%) и с 240 5 до г;кВт ч <на 16>7 0/о>- Минимальное увеличение данных показателей происходи при работе дизеля на смесевом топливе 25:75, при этом часовой и удельный эффективный расходы топлива увеличились соответственно с 14,6 до 15,4 кг/ч (на 5,4 %) и с 240,5 до 251,4 г/кВт-ч (на 4,5 %). Количественные оценки указанных показателей дизеля при работе на смесевом топливе 50:50 близки к аналогичным показателям дизеля при работе на смесевом топливе 25:75.

Анализ данности ОГ (рисунок 5 г) показывает, что при работе дизеля на смесевом топливе 50:50 дымность наименьшая и равна 27 %. Дальнейшее увеличение СурМ в смесевом топливе до 90 % ведет к увеличению дымности до 44 %

При работе дизеля (п = 2200 мин1) на смесевом сурепно-минеральном топливе

50:50 обработанным ультразвуком (УЗ), по сравнению с работой на минеральном ДТ, эффективная мощность снижается с 61,0 до 60,6 кВт на (на 0,7 %), удельный эффективный расход смесевого топлива возрастает с 239,3 до 255,7 г/кВт-ч (на 6,9 %), дым-ность снижается с 40 % до 26 % (на 48 %), тогда как на необработанном смесевом топливе снижение эффективной мощности происходит с 61,0 до 59,5 кВт (на 2,5 %), удельный эффективный расход смесевого топлива увеличивается с 239,3 до 262,2 г/кВт ч (на 9,6 %).

25'ЛСу] ЬМ+75»ЛДТ ДГ

50%Сур(у (УЗ ч

50%Сур М+50>ЛДГ

75%Сурк +25%ДГ

90%СурМ «0« ДГ

1600 1800 2000 Частота вращения каченчатоговала, к

Ш 15

9<|'/.Су1>М+19>}'.ДГ

50%СурМ+

7 5%СуоМ+25%ДГ

^ 50%Су(.М+50>4ДГ 1

СурМ+75%ДГ

ДГ

1400

2200

Частота вращения коленчатого вала, мог1

„ио гиио ^ии ,400 1600 1800 2000 2200

Частота вращения ««««.того вала, миг> ^стт .рад,««, колотого вша, мог1

в) удельный эффективный расход топлива г) дымность

Рисунок 5 - Показатели дизеля Д-243-648 на корректорной ветви регуляторной характеристики

а). ффективная мощность

б) часово.' расход топлива

Результаты исследований трактора на тормозном стенде с беговыми барабанами (таблица 3) показывают, что при добавлении в минеральное ДТ сурепного масла происходит изменение тягово-экономических показателей трактора Так, при увеличении доли сурепного масла в смесевом топливе до 50 % тяговое усилие и тяговая мощность (п = 1800 мин"1) снижаются с 14,9 до 14,3 кН (на 4,1 %) и с 39 до 37 кВт (на 5,1%) соответственно. Происходит увеличение часового и удельного расходов топлива соответственно с 11,8 до 12,5 кг/ч (на 5,9 %) и с 295,9 до 337,8 г/кВт- ч (на 14,1 %).

Минимальное изменение показателей наблюдается при работе трактора на смесевом топливе 25:75. Так, например, тяговое усилие и тяговая мощность (п = 1800 мин"1) снижаются с 14,9 до 14,5 кН (на 2,7 %) и с 39 до 38 кВт (на 2,6 %). Часовой и удельный расходы топлива увеличиваются с 11,8 до 12,0 кг/ч (на 1,7 %) и с 295,9 до 315,8 г/кВт-ч (на 6,7 %) соответственно.

Таблица 3 - Результаты исследований трактора МТЗ-80 (рабочая передача VI) _на тормозном стенде с беговыми барабанами _

Показатели 100 % дт 25%СурМ + 75%ДТ 50%СурМ + 50%ДТ

Частота вращения к. в. дизеля п - 2200 мин

Тяговое усилие (7\). кН 13,2 12,8 12,6

Тяговая мощность (Л'а), кВт 43,0 41,0 39,5

Часовой расход топлива (Оу), кг/ч 12,55 13,0 13,5

Удельный расход топлива (ег), г/кВт ■ ч 298,8 317,1 337,5

Частота вращения к. в. дизеля п = 2000 мин 1

Тяговое усилие (/V). кН 13,8 13,5 13,2

Тяговая мощность (МО, кВт 42,0 40,0 39,0

Часовой расход топлива (О/-), кг/ч 12,2 12,6 13,2

Удельный расход топлива (йг). г/кВт - ч 290,5 312,2 333,4

Частота вращения к. в. дизеля п = 1800 мин 1

Тяговое усилие (/V). кН 14,9 14,5 14,3

Тяговая мощность кВт 39,0 38,0 37,0

Часовой расход топлива (С/г), кг/ч 11,8 12,0 12,5

Удельный расход топлива г/кВт - ч 295,9 315.8 337,8

Таким образом, анализ полученных результатов по показателям физических и теплотворных свойств, показателям рабочего процесса, мощностным, топливно-экономическим и экологическим показателям дизеля, а так же по тягово-экономическим показателям трактора показывает, что наилучшим сурепно-минеральным топливом является смесевое топливо состава 25:75, близко к этому топливу по аналогичным показателям и смесевое топливо 50:50. Поэтому в летний период рекомендуется применять смесевое топливо с содержанием в нем до 50 % сурепного масла, в весенний и осенний периоды - до 25 %.

Результаты эксплуатационных исследований трактора в составе пахотного агрегата показывают, что при работе на смесевом топливе 25:75 по сравнению с работой на минеральном топливе погектарный расход топлива (рисунок 6 в) возрастает с 17,32 до 18,2 кг/ч (на 5,6 %), рабочая скорость (рисунок 6 а) и производительность МТА за час чистой работы (рисунок 6 б) на VI рабочей передаче снижаются незначительно с 11,4 до 11,1 км/ч (на 1,5 %) и с 0,834 до 0,817 га/ч (на 2,6 %) соответственно.

Эксплуатационная мощность дизеля (рисунок 6 г) при работе трактора на су-репно-минеральном топливе снижается с 54,4 до 53,1 кВт (на 2,5 %). Происходит увеличение общих удельных энергозатрат (рисунок 6 д) с 728,7 до 746,6 МДж/га (на 2,6 %). Дымность ОГ (рисунок 6 е) снижается с 47 до 36 %.

Й 10.4 В

11,4 щ .

11,1

100%ДТ 25УоСурМ+75%ДТ а) рабочая скорость

^ 0.79 Й

0,834

0,817

100%ДТ

23%СурМ+7.5%ДТ

б) производительность за час чистой работы

о л

В 16.8

>7.3 18,2, ■

¡1.

I "азэа

§ а

Л 44.4

34.4 53,1

■

юоуоДТ

25%СурМ+75% ДТ

в) погектарный расход топлива

100%ДТ 25%СурМ+75%ДТ

г) эксплуатационная мощность

II

и 705

к 653

746,6

Я щ

£

£

0

1 й

100%ДТ 25%СурМ+75%ДТ

г) общие удельные энергозатраты

47 ¡и

36

¡Иь

Я8рЧ гШМ

100%ДТ 25%СурМ+75%ДТ

д) дымность ОГ

Рисунок 6 - Эксплуатационные показатели трактора МТЗ-82 на вспашке

В седьмом разделе «Экономическое обоснование использования смесевого сурепно-минерального топлива в дизелях тракторных агрегатов» выполнены экономические расчеты, обосновывающие эффективность использования сурепно-минерального топлива в тракторном дизеле. При работе трактора МТЗ-82 на сурепно-минеральном топливе 25:75, по сравнению с работой на минеральном ДТ, расчетный годовой экономический эффект составил 7525 рублей на один трактор за счет разницы в цене минерального и смесевого топлива с учетом затрат на изготовление и монтаж экспериментальной топливной системы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. По результатам хроматографического анализа определена средняя химическая формула сурепного масла C58.2H103.7O6, рассчитан элементарный состав и низшая теплота сгорания сурепного масла (37,23 МДж/кг) и сурепно-минерального топлива в соотношении биологического и минерального компонентов 25:75, 50:50, 75:25 и 90:10 (41,15; 39,88; 38,56; 37,76 МДж/кг).

2. Результаты теоретических расчетов показывают, что при работе дизеля Д-243-648 на сурепно-минеральном топливе, по сравнению с работой на минеральном ДТ, происходит изменение показателей дизеля и, как следствие, эксплуатационных показателей трактора. Так, например, при работе дизеля на смесевом топливе 90:10 эффективная мощность снижается с 61,7 до 57,3 кВт (на 7,1 %), удельный эффективный расход топлива возрастает с 238,9 до 279,1 г/кВт-ч (на 16,4 %). При работе трактора на VI рабочей передаче наблюдается уменьшение рабочей скорости с 11,07 до

10,47 км/ч (на 5,4 %), что приводит к снижению часовой производительности пахотного агрегата с 0,818 до 0,736 га/ч (на 9,8 %) и увеличению погектарного расхода топлива с 16,75 до 20,2 га/ч (на 19 %). При уменьшении доли сурепного масла в смесевом топливе до 25 % эти показатели существенно улучшаются: мощность уменьшается с 61,7 до 60,9 кВт (на 1,8 %), удельный эффективный и погектарный расходы топлива повышаются соответственно с 238,9 до 250,1 г/кВт-ч (на 4,7 %) и с 16,75 до 17,7 кг/га (на 5,6%).

3. По результатам моторных исследований установлено, что на нагрузочно-скоростных режимах дизеля Д-243-648, характерных для условий эксплуатации, по мере увеличения доли сурепного масла в смесевом топливе с 25 до 90%, по сравнению с работой на минеральном топливе, наблюдается снижение эффективной мощности на 0,8 - 4,1 кВт (1,3 - 6,7 %), увеличение часового и удельного эффективного расходов топлива соответственно на 0,8 - 1,5 кг/ч (5,4 - 10,3 %) и на 10,9 - 39,9 г/кВт-ч (4,5 - 16,7 %) при практически неизменном эффективном КПД двигателя (0,353 -0,340). Максимальное давление цикла и средняя скорость нарастания давления газов снижаются соответственно на 0,25 - 0,68 МПа (3,5 - 9,5 %) и на 0,09-0,2 МПа/град (14,5 % - 32,3 %), что обеспечивает более «мягкую» работу дизеля на смесевом топливе. Работа дизеля на смесевом топливе 25:75 и 50:50 обеспечивает снижение дым-носги ОГ на 20 - 31 % по сравнению с работой на минеральном ДТ. При увеличении доли сурепного масла в смесевом топливе свыше 50 % дымность ОГ возрастает.

Ультразвуковая обработка смесевого топлива 50:50 (УЗ) приводит к меньшему снижению эффективной мощности и повышению удельного эффективного расхода топлива по сравнению с работой дизеля на необработанном смесевом топливе одноименного соотношения его компонентов.

4. Экспериментальная топливная система обеспечивает приготовление смесевого топлива и изменение величины соотношения его компонентов непосредственно в процессе работы трактора и подачу его в камеру сгорания дизеля. При этом пуск, прогрев и останов дизеля осуществляется на минеральном топливе, на остальных режимах — на смесевом топливе.

5. При работе трактора МТЗ-80 (дизель Д-243, насос 4УТНМ) в стендовых условиях на смесевом топливе 25:75 и 50:50 происходит снижение тягового усилия на 0,4 и 0,6 кН (2,7% и 4,1%), тяговой мощности на 2,0 и 3,5 кВт (2,6% и 5,1%) по сравнению с работой на минеральном ДТ.

Анализ полученных результатов по показателям физических и теплотворных свойств, показателям рабочего процесса, мощностным, топливно-экономическим и экологическим показателям дизеля, а так же по тягово-экономическим показателям трактора показывает, что наилучшим сурепно-минеральным топливом является смесовое топливо с соотношением билогического и минерального компонентов 25:75, близко к этому топливу по аналогичным показателям и смесевое топливо 50:50. Поэтому в летний период рекомендуется применять смесевое топливо с содержанием в нем до 50 % сурепного масла, в весенний и осенний периоды - до 25 %.

6. Эксплуатационные исследования трактора МТЗ-82 (дизель Д-243, насос УТН-5А) на вспашке, работающего на сурепно-минеральном топливе 25:75, по сравнению с работой на минеральном топливе, свидетельствуют, что на VI рабочей передаче погектарный расход топлива возрастает с 17,3 до 18,2 кг/га (на 5,6 %), производительность тракторного агрегата за час чистой работы, эксплуатационная мощность и дымность отработавших газов снижаются с 0,834 до 0,817 га/ч (на 1,5 %), с 54,4 до

53,1 кВт (на 2,5 %) и с 47 до 36 % соответственно, а общие удельные энергозатраты увеличиваются с 728,7 до 746,6 МДж/га (на 2,6 %).

За счет замещения минерального ДТ сурепным маслом в количестве 25 % при работе на смесевом топливе 25:75 годовой экономический эффект в расчете на один трактор МТЗ-82 составляет 7525 рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в рецензируемых изданиях

1. Уханов, А. П. Использование сурепно-минерального топлива в тракторном дизеле / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, A.A. Черняков, В.В. Крюков // Нива Поволжья. -№ 2 (23). - 2012. - С. 70-75.

2. Уханов, А. П. Исследование тракторного дизеля при работе на сурепно-минеральном топливе с разработкой адаптированных систем питания / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, A.A. Черняков, В.В. Крюков // Нива Поволжья. - № 3 (28). - 2013. - С. 105-110.

3. Уханов, А.П. Адаптация тракторного дизеля к работе на смесевом топливе: конструкторские разработки и результаты исследований / А.П. Уханов, Д.А. Уханов,

B. В. Крюков//Научное обозрение. - № 10.-2013.-С. 127-133.

Патенты РФ на изобретения

4. Патент № 2452864 РФ. МПК F02M 43/00. Система питания дизеля для работы на смесевом биоминеральном топливе / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, Р. К. Сафаров, Д. С. Шеменев, В. В. Крюков. - № 201042007/06; Заяв. 13.10.2010; Опубл. 10.06.2012, Кюл. № 16.

5. Патент № 2465478 РФ. МПК F02M 43/00. Двухтопливная система питания дизеля / А. П. Уханов Д. А. Уханов, В. В. Крюков, Д. С. Шеменев. - № 2011128953/06; Заяв. 12.07.2011; Опубл. 27.10.2012, Бюл. № 30.

6. Патент № 2486949 РФ. МПК B01F 5/06. Смеситель-фильтр минерального топлива и растительного масла / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, В. В. Крюков, Е. А. Сидоров, Е. Д. Година. - № 2012113657/05; Заяв. 06.04.2012; Опубл. 10.07.2013, Бюл. № 19.

Публикации в других изданиях

7. Крюков, В. В. Перспективы использования аппаратов вихревого слоя для обработки биотоплива / В. В. Крюков // Инновации молодых ученых агропромышленному комплексу: Сб. материалов НПК молодых ученых. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010.-С. 251-253.

8. Ерыганов, М. М. Сурепное масло - перспективный биологический компонент к дизельному смесевому топливу/ М. М. Ерыганов, В. В. Крюков // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: Сб. материалов Всероссийской НПК. - Том 1. - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. - С. 276-277.

9. Уханов, А. П. Использование сурепного масла в качестве биодобавки к минеральному дизельному топливу / А. П. Уханов, В. А. Рачкин, А. А. Черняков, В. В. Крюков // Образование, наука, практика: инновационный аспект: Сб. материалов международной НПК. Том II / Пензенская ГСХА. - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. -

C. 213-215.

10. Крюков, В. В. Смесевое сурепно-минеральное топливо: результаты экспериментальных исследований и технические решения / В. В. Крюков // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: Сб. материалов Всероссийской НПК. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - С. 202-204.

11. Уханов, А. П. Теоретическая оценка влияния сурепно-миперального топлива на показатели дизеля / А. П. Уханов, А. А. Черняков, В. В. Крюков // Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники: Материалы Международного научно-технического семинара имени В. В. Михайлова. - Вып. 25. - Саратов: ООО «Буква», 2012. - С. 243-245 (ISBN 978-5-91818-255-0).

12. Крюков, В. В. Результаты экспериментальных исследований тракторного дизеля при работе на сурепно-минеральном топливе / В. В. Крюков // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: Сб. материалов НТК молодых ученых: Пенза: РИО ПГСХА, 2013. - С. 206-208.

13. Ukhanov, А. P. Use surepno-imneral fuels in tractor diesel / A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, A. A. Chernyakov, V. V. Kryukov // AGRIS: International Information System for the Agricultural Sciences and Technology, 2013. - FAO of the United Nations.

14. Уханов, А. П. Перспективы использования сурепно-минерального топлива для тракторных дизелей / А. П. Уханов, В. В. Крюков И Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники: Материалы Международного научно-технического семинара имени В.В. Михайлова. - Вып. 26. - Саратов: ООО «Буква», 2013.-С. 199-202 (ISBN 978-5-906522-06-1).

Подписано в печать 11.08.2014 г. Формат 60x84/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ Отпечатано с готового оригинал-макета в Пензенской мини-типографии Свидетельство 440600, г. Пенза, ул. Московская, 74