автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности хранения сельскохозяйственной техники путем обоснования параметров защитного теплового экрана

На правах рукописи

СОЛОВЬЕВА СВЕТЛАНА ПАВЛОВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ХРАНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ПУТЕМ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАЩИТНОГО ТЕПЛОВОГО ЭКРАНА

Специальность 05.20.03- технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 в ОКТ 2014

Мичуринск — наукоград РФ, 2014

005553329

005553329

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Шемякин Александр Владимирович

Быков Владимир Васильевич,

доктор технических наук, профессор / ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса», кафедра технологии машиностроения и ремонта, заведующий . Ли Роман Иннокентьевич,

доктор технических наук, профессор / ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», кафедра транспортных средств и техносферной безопасности, заведующий

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-

исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка» (ФГБНУ ГОСНИТИ)

Защита диссертации состоится «21 » ноября 2014 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.041.03 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет» по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д. 101, зал заседаний диссертационных советов, тел./факс (47545) 9-44-12, E-mail: dissov@mgau.ru.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет» и на сайте www.mgau.ru. с авторефератом - на сайте Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

В.Ю. Ланцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Специфика сельскохозяйственного производства заключается в его сезонности, что приводит к тому, что техника эксплуатируется 10-15% календарного времени, остальное время года она находится на длительном хранении. Поэтому в связи с высокой стоимостью современных сельскохозяйственных машин валено обеспечить сохранность машин в нерабочий период. В процессе длительного хранения техника подвергается агрессивному воздействию внешних климатических факторов. Причиной активизации процесса коррозийного разрушения металла является наличие на поверхности сельскохозяйственной машины влаги, росы, оксидных пленок.

Совместные действия атмосферных осадков, скорости ветра и влажности воздуха, а также резких перепадов суточных температур способствуют коррозионному разрушению металлов. Полимерные детали и лакокрасочные покрытия наиболее интенсивно разрушаются под действием температуры и солнечного излучения. Потеря работоспособности может наступить не только в процессе работы, но и в нерабочий период. Поэтому разработка доступных и дешевых способов хранения сельскохозяйственной техники является актуальной научной задачей.

Степень разработанности темы. Анализ способов хранения сельскохозяйственных машин, изложенных в работах Бугакова Ю.С., Валейко A.A., Вайтенко Ю.Е., Латышенка М.Б., Манина В.Н., Севернева М.М., Северного А.Э., Тельнова Н.Ф., Яковлева Б.П. и других авторов, показал, что вопрос обеспечения сохранности техники требует дополнительных исследований в связи с появлением новых материалов. Так применение защитных тепловых экранов из современных теплоизолирующих материалов позволит избежать образования конденсата, снизить воздействие температурных перепадов, солнечного излучения, что снизит старение и коррозионное разрушение материалов.

Поэтому совершенствование способов хранения сельскохозяйственных машин, разработка конструкции и определение параметров защитных тепловых экранов требует дальнейших исследований и изучения.

Цель работы - повышение эффективности хранения сельскохозяйственной ■ техники под защитным тепловым экраном путем обоснования конструкции и параметров защитного теплового экрана, обеспечивающее сохранность техники.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:

1 - обосновать способ хранения сельскохозяйственной техники на открытой площадке с ограниченным теплообменом с окружающей средой;

2 - разработать конструкцию защитного теплового экрана для хранения сельскохозяйственных машин и определить оптимальные его параметры;

3 - теоретически и экспериментально обосновать параметры защитного теплового экрана в лабораторных и производственных условиях;

4 - провести оценку технико-экономической эффективности предложенного способа хранения.

Объект исследования: защитный тепловой экран и сельскохозяйственная машина, находящаяся под ним, теплообменные процессы машины с окружающей средой.

Предмет исследования: закономерности взаимозависимых связей параметров защитного теплового экрана с показателями сохранности сельскохозяйственной машины, установленной под ним в период хранения.

Научная новизна работы заключается в обосновании конструкции защитного теплового экрана для хранения сельскохозяйственной машины, теоретическом исследовании теплового состояния сельскохозяйственной машины установленной на хранение, определении оптимальных параметров защитного теплового экрана.

Техническая новизна подтверждена патентом на полезную модель РФ №108067 «Устройство для хранения сельскохозяйственной техники».

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость заключается в предложенной математической закономерности, позволяющей производить расчет параметров защитных тепловых экранов для любых сельскохозяйственных машин. Практическая значимость заключается в том, что использование защитных тепловых экранов позволяет повысить сохранность при хранении сельскохозяйственных машин. Разработанная конструкция защитного теплового экрана решает проблему образования конденсата при хранении техники и повышения ее работоспособности и надежности.

Полученные результаты имеют большую практическую значимость для научных и проектных учреждений, сельскохозяйственных, ремонтных предприятий.

Методология и методы исследования. При проведении теоретических исследований были использованы известные законы термодинамики, теоретической механики и математики. При выполнении экспериментальных исследований использовали известные методики и разработанные на их основе - частные. Качественные показатели надежности и долговечности определяли по стандартным методикам. Для осуществления лабораторных и производственных испытаний использовались современные приборы и установки. Обработку данных экспериментальных исследований осуществляли методом математической статистики с использованием ПЭВМ и современных компьютерных программ.

Положения, выносимые на защиту:

- способ хранения сельскохозяйственных машин на открытой площадке под защитным тепловым экраном;

- теоретические исследования теплового состояния сельскохозяйственной техники во время хранения;

конструкция защитного теплового экрана для хранения сельскохозяйственной техники;

- параметры защитного теплового экрана.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений подтверждена достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, применением современных методик и средств обработки результатов экспериментов.

Усовершенствованный способ хранения сельскохозяйственной техники под защитным тепловым экраном внедрен в хозяйствах СПК «Урожайное», КФХ «Полуботок», МУП «ММСО» Михайловского района и ООО «СТАРОЖИЛОВОАГРОСНАБ», колхоз «Шелковской», колхоз (СПК) им. Ленина, ООО «имени Крупской», ОАО «имени Куйбышева» Старожиловского района Рязанской области.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО РГАТУ в 2008 - 2013г.г. и опубликованы в 9 научных работах, в том числе в 4 изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, одном патенте РФ на полезную модель № 108067 и одном свидетельстве о государственной регистрации программы для ЭВМ РФ №2013619810.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Объем диссертации составляет 114 страниц основного текста, содержит 38 рисунков, 17 таблиц, список литературы включает 114 наименований, из них 3 на иностранных языках, и 43 приложения.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы и задачи, её народнохозяйственное значение, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние проблемы, цель и задачи исследования» дан обзор и анализ способов хранения, процессов коррозии, возникающих при хранении, и выполненных исследований по проблеме обеспечения сохранности сельскохозяйственной техники в период хранения.

В настоящее время наиболее распространенным способом хранения сельскохозяйственной техники является открытая площадка. Существующие в распоряжении сельскохозяйственных организаций средства не обеспечивают достаточно надежной защиты техники от воздействия внешних климатических факторов. Поэтому сохранность сельскохозяйственных машин обеспечивается совершенствованием мест хранения, которые защищают машины от воздействия прямого солнечного света, климатических факторов и препятствуют выпадению конденсата на ее поверхности. Перспективным является хранение сельскохозяйственных машин под мягким укрытием, выполняющим роль защитного теплового экрана, но этот способ требует научного обоснования его свойств и параметров. Вопросами совершенствования способов хранения и средств обеспечения сохранности сельскохозяйственной техники занимались: Валько A.A., Латышенок М.Б., Моршин A.B., Северный А.Э., Соломкин А.П., Петрашев А.И., Пучин Е.А., Тельнов Н.Ф., Томашов Н.Д. и другие. В связи с появлением новых теплоизолирующих материалов и подходов вопросы обеспечения сохранности сельскохозяйственной техники остаются актуальными и

требуют дальнейшего изучения. Обоснована необходимость в усовершенствовании способов хранения, и поставлена цель и основные задачи исследований. В соответствии с поставленной целью были определены задачи исследований.

Во второй главе «Теоретические исследования способа хранения сельскохозяйственной техники под защитным тепловым экраном» исследован тепловой баланс сельскохозяйственной машины под защитным тепловым экраном. Предложена конструктивно-технологическая схема защитного теплового экрана и обоснованы параметры теплоизолирующего покрытия. Для защиты машин от росы необходимо создать условия, при которых скорость охлаждения поверхности машины была бы равна или меньше скорости охлаждения воздуха. Это возможно за счет применения специальной конструкции, которая препятствовала бы интенсивному теплообмену машины с окружающей средой, то есть отражала от своей поверхности тепловые лучи, излучаемые машиной, и возвращала бы их к ее поверхности, тем самым играя роль защитного теплового экрана.

Степень укрытия поверхности сельскохозяйственной машины защитным тепловым экраном должна быть обусловлена тем, что экран должен полностью защищать узлы и детали сельскохозяйственной машины от атмосферных осадков, а также солнечного излучения. Было разработано и предложено устройство для хранения сельскохозяйственной техники - защитный тепловой экран. Устройство для хранения сельскохозяйственной техники состоит из металлического каркаса 1, выполненного из металлических профилей и соединенных между собой одноуровневыми соединителями 2 и саморезами 3 (рисунок 1). На каркасе 1 закреплен тепловой экран 4 в виде купола. Защитный тепловой экран 4 выполнен из теплоизолирующего материала. Этот материал не пропускает влагу и ограничивает тепловое излучение как снаружи, так и изнутри. В процессе хранения сельскохозяйственная машина отдает тепловые лучи, которые частично отражаются от экрана, возвращаются к поверхности машины, тем самым снижая скорость охлаждения машины в ночные часы и нагрев в дневные.

Для обоснования параметров защитного теплового экрана был рассмотрен тепловой баланс сельскохозяйственной машины, находящейся на открытой площадке.

Количество теплоты <2, поглощенное машиной и идущее на изменение ее теплового состояния, складывается из теплоты, поступившей от солнечного излучения £)Е; теплоты, поступившей в результате лучисто-конвективного теплообмена от окружающей среды к машине <2$; теплоты, поступившей с атмосферными осадками ()А, а также теплоты, поступившей вследствие конденсации влаги на поверхности машины ()к и может быть определено выражением:

е = + 4, о)

Количество теплоты, поглощаемое поверхностью машины, установленной на открытой площадке и расходуемое на изменение ее температуры, является переменной величиной и поэтому для отрезка времени Л условия теплового баланса определяются выражением:

длЛ+дБЛ+д^+д1са-гОаАТ = Ог (2)

где дА - количество теплоты, поступившего к машине с атмосферными осадками за единицу времени, Дж/с;

— количество теплоты, поступившего в результате солнечного излучения к машине за единицу времени, Дж/с;

д5 - количество теплоты, поступившего при лучисто-конвективном теплообмене с окружающей средой к машине за единицу времени, Дж/с;

дк - количество теплоты, поступившего при конденсации влаги на поверхности машины за единицу времени, Дж/с;

у — коэффициент теплоемкости машины, Дж/(кг - град); й — масса машины, кг;

с1ЛТ — изменение теплового состояния машины за единицу времени Л,

град.

а 1 4

а) общий вид устройства для хранения зерновой сеялки; б) общий вид устройства для хранения зерноуборочного комбайна; в) соединение металлических профилей одноуровневыми соединителями.

1 - металлический каркас; 2 - одноуровневые соединители; 3 - саморезы; 4 -защитный тепловой экран

Рисунок 1 - Устройство для хранения сельскохозяйственной техники (защитный тепловой экран).

После математической обработки было получено выражение (3), которое является математической моделью температурного состояния машины, находящейся на открытой площадке. Оно показывает, как изменится температура поверхности машины под действием климатических факторов.

г 1<р-(ак—+всС0)

М^К) (А^ + СрР^Не ' -1) ДГ = АТ0 ■ е +-у-; (3)

Пак-к+РеСо)

где Ае - коэффициент способности поверхностью машины поглощать тепло солнечного излучения;

5е ~ удельная энергия солнца, Дж/ (м2 • с);

РЕ - площадь машины, облучаемая солнцем, м2.

Р - коэффициент, учитывающий действие ветра при лучисто-конвективном теплообмене машины;

е - степень черноты поверхности машины;

С0 - коэффициент поглощения излучения абсолютно черным телом, Дж/(м2трад-с);

ЛТ- разность температур окружающей среды и машины, град.

ак - коэффициент теплоотдачи конденсата влаги за единицу времени, Дж/(м2-градс);

рк - площадь поверхности машины, на которой сконденсировалась влага, м2;

Р-площадь машины, м2;

С- теплоемкость осадков, Дж/(кг-град-с);

р - плотность воды, кг/м3;

Ра - площадь поверхности машины, на которую попадают атмосферные осадки, м2;

/г - количество выпавших атмосферных осадков, м.

Р

Выражение у •с Ф - характеризует способность конкретной марки машины к теплопроводности (теплопередачу от одних частей машины к другим).

Аналогичным образом будет выглядеть формула для определения теплового режима защитного теплового экрана, при этом следует учитывать, что нагрев экрана будет происходить с большей скоростью, так как имеет меньшую массу.

Защитный тепловой экран ограничивает теплообмен между машиной и окружающей средой. Благодаря тому, что защитному тепловому экрану можно придать нужные защитные свойства: отражающая способность, теплопроводность, ограничение конвективного теплообмена, это позволяет ограничить скорость теплообмена, тем самым избежать предельных температур, при которых возможна конденсация влаги на поверхности сельскохозяйственной техники. Расчетную формулу теплопроводности сложной стенки при стационарном состоянии можно вывести из уравнения теплопроводности для отдельных слоев, считая, что тепловой поток, проходящий через любую изотермическую поверхность неоднородной стенки, один и тот же.

Для решения этой задачи рассмотрим технологическую стенку, в которой толщина отдельных слоев равна а их теплопроводность - соответственно

Л,,!;,^(рисунок 2).

Рисунок 2 - Расчетная схема к обоснованию теплопередачи тепловым экраном.

Окончательно получаем:

Чэ

8. 8, 8, —- н—— ч—-

Л А> Л

8. 8., 8, Л К Л

(4)

где 9 - тепловой поток, проходящий через экран, Дж/с; Т'ст - температура наружной поверхности экрана, град;

грН

1 гт ~

температура внутренней поверхности экрана, град;

Рэ - площадь экрана, м2.

Таким образом, тепловой поток, проходящий через тепловой экран, будет снижаться пропорционально количеству слоев, их толщине и обратно пропорционально их теплопроводности.

При анализе теплообмена посредством инфракрасного излучения тела, находящегося под оболочкой, следует учитывать расстояние между ними; оно таково, что луч, исходящий от одного тела, обязательно попадает на другое, а величины каждой из поверхностей значительны. Следует отметить, что поглощение лучистой энергии воздухом при температуре около 300°К и длине волны 10 мкм незначительно.

Тепловой поток между окружающей средой и сельскохозяйственной машиной под защитным тепловым экраном при лучисто-конвективном теплообмене определяется уравнением:

(5)

где

V.

степень укрытия сельскохозяйственной машины тепловым

экраном, У

е„р - приведенная степень черноты.

Приведенная степень черноты определяется формулой:

е,— степень черноты защитного теплового экрана (гу= 0,04);

г2 - степень черноты поверхности сельскохозяйственной машины (¿>=0,8);

С0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела (С„= 5,67Дж/м2-с-град);

- тепловой поток, поступивший в результате лучисто-конвективного теплообмена от окружающей среды к машине, Дж/с.

Анализ зависимости (5) показал, что в значительной степени лучистый тепловой поток будет зависеть от степени черноты тел епр, который характеризует приведенный коэффициент излучения. Существенное значение имеет разница температур между объектом хранения и защитным тепловым экраном, а также расстояние между защитным тепловым экраном и объектом хранения. Кроме того, величина теплового зазора будет определять площадь защитного теплового экрана, так как площадь и размеры объекта хранения сельскохозяйственной машины известны.

С учетом ослабления теплового потока от окружающей среды с помощью теплового экрана изменение теплового состояния сельскохозяйственной машины будет:

Л уё[[/

где Л„р - приведенная теплопроводность теплоизолирующего материала, Л, Лз

5 - общая толщина теплоизолирующего материала, 8 = 81 + д2 + <53 ,м;

Преобразовав выражение (7), проинтегрируем

Окончательно, по аналогии с проведенными ранее преобразованиями, получим

гр

АТ = АТ„ ■ еуСч/

о'е"' (9)

Выражение (9) характеризует тепловой режим сельскохозяйственных машин при хранении под защитным тепловым экраном. Оно показывает изменение теплового состояния сельскохозяйственной машины под защитным тепловым экраном в результате действия лучисто-конвективного теплообмена за время г, с учетом параметров экрана: теплопроводности, отражающей способности (степени черноты) и толщины теплоизолирующего материала, а также степени укрытия сельскохозяйственной машины тепловым экраном.

Ослабление теплового потока защитным тепловым экраном должно быть таким, чтобы в процессе его охлаждения на поверхности сельскохозяйственной машины или экрана не образовывалось конденсата влаги. В качестве объекта хранения была принята зерновая сеялка СЗУ-3,6 с общей площадью теплового экрана 23,6 м2. Расчет параметров и построение графиков производилось с помощью программы МаШСаё 14 (рисунок 3).

Тепловой поток, проходящий через экран, зависит от теплопроводности материала экрана и от разницы температуры окружающей среды и температуры под экраном. Предъявляемым требованиям больше всего отвечает материал «ИЗОКОМ 1ТПИ-ПФ2» толщиной 3 мм, представляющий собой экструзионный пенополиэтилен в виде системы закрытых пор с заключенным в них воздухом и отражающей высокополированной чистой алюминиевой фольги с. двух сторон. Данный тип материала, помимо низкой теплопроводности, способен отражать солнечное излучение, препятствовать прохождению теплового излучения.

ВТ 1.4-Ю+ 1.2 Ю4

1 ш4

8000

ом

6000 4000 2000

0

0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045

М

х

1 —при разнице температур 15 °С; 2 —при разнице температур 10 °С;

3 -при разнице температур 5 0 С. Рисунок 3 - График зависимости теплового потока от толщины защитного теплового экрана.

Установлено, что для защиты техники от воздействия внешних климатических факторов в виде дождя, снега, солнечного излучения и т.д. возможно использовать устройство, которое представляет собой индивидуальное герметизированное сверху укрытие, изготовленное из металлического каркаса. На металлические каркасы закреплен теплоизолирующий материал, покрытый с двух сторон алюминиевой фольгой. Укрытие размещено с зазором над объектом хранения, а также с зазором между нижними краями укрытия и площадкой хранения.

\

\ \ 1

\ \ "ч, 2

.................... \ > <1

/ ___ —■— —.—

-

По результатам теоретических исследований были сформулированы выводы и задачи для проведения лабораторных и производственных исследований.

В третьей главе «Программа и методики экспериментальных исследований» изложены задачи и методики экспериментальных исследований, также описаны экспериментальная установка, смонтированная в камере искусственного климата, и оборудование, применяемое для проведения лабораторных, полевых и хозяйственных испытаний. Представлена методика обработки опытных данных.

В четвёртой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены основные полученные результаты. Обработка полученных данных проводилась с использованием программ и STATISTICA v8 с помощью ЭВМ.

В качестве параметра оптимизации использовали разность температуры образца и воздуха, которая характеризует процесс теплообмена машины с окружающей средой. На основании серии предварительных экспериментов приняты уровни варьирования факторов. При проведении однофакторного эксперимента установлено, что материал теплового экрана «ИЗОКОМ ППИ -ПФ2» обеспечивает надежную теплоизоляцию при толщине 3 мм, однако прочностные характеристики не в полной мере удовлетворяют конструкции теплового экрана. При закреплении материала «ИЗОКОМ ППИ-ПФ2» с помощью саморезов были частые случаи порывов, поэтому толщину материала «ИЗОКОМ ППИ-ПФ2» мы приняли из соображений достаточной прочности— 5 мм.

Рассматривая процесс охлаждения экспериментального образца в климатической камере в зависимости от зазора между площадкой и нижним краем защитного теплового экрана, а также толщины воздушной прослойки, было получено уравнение разницы температур образца и окружающей среды при охлаждении V3: V3 =-2,9266-0,0682 V,+0,0915 V2-0,0006V, V,+0,0032 V, Vr-0,0025V2 V2; (10)

где Vi - толщина воздушной прослойки между образцом и защитным тепловым экраном, мм;

Vз - величина зазора между площадкой и нижним краем защитного теплового экрана (степень укрытия), мм.

Графическая зависимость этого уравнения представлена на рисунке 4.

Адекватность полученной математической модели в процессе охлаждения образца (формула 10), составила 0,5560872, коэффициент множественной корреляции - R=0,74571256 , final value: 40,77490622.

Проанализировав математическую зависимость (10) и приведенный рисунок 4, нами было отмечено, что минимальное охлаждение образца зависит от степени укрытия и толщины воздушной прослойки между образцом и защитным тепловым экраном. Из рисунка 4 видно, что рациональными значениями будут степень укрытия, соответствующая величине зазора между площадкой и нижним краем защитного теплового экрана - 31 мм, толщина воздушной прослойки между образцом и тепловым экраном - 20 мм. Данные значения позволяют ограничить скорость охлаждения образца, тем самым

уменьшить вероятность образования конденсата. Проанализировав значимость коэффициентов регрессии уравнения 10, установлено, что значимость фактора Уаг 2 (величина зазора между площадкой и нижним краем защитного теплового экрана) (степень укрытая) несколько выше, чем фактора Уаг 1 (толщина воздушной прослойки).

Рисунок 4 -Трехмерная графическая зависимость разницы температур образца и окружающей среды при охлаждении экспериментального образца (Var 3), °С от толщины воздушной прослойки (Var 1) мм и величины зазора между площадкой и нижним краем защитного теплового экрана(степень укрытия), (Var 2), мм.

Смоделировав процесс нагрева (запаривания) экспериментального образца в климатической камере в зависимости от толщины воздушной прослойки между защитным тепловым экраном и образцом, и величины зазора между площадкой и нижним краем защитного теплового экрана (степень укрытия), было получено уравнение разницы температур образца и окружающей среды при нагревании V

V4=3,3079-0,0727Vi+0,1001V2+0,0007VI Vi+0,0016Vl Vr-0,0008V2 V2; (11) где V} — толщина воздушной прослойки, мм;

V2 - величина зазора между площадкой и нижним краем защитного теплового экрана (степень укрытия), мм.

Адекватность, полученной математической модели нагрева образца (формула 11), составила 0,90786215, коэффициент множественной корреляции - R=0,95281801,final value: 22,25359026.

Анализируя математическую зависимость (11) и приведенный рисунок 5, было установлено, что наибольшая разница температур образца и окружающей среды наблюдается при величине зазора между площадкой и нижним краем защитного теплового экрана 31 мм. Также отмечено, что выбранные факторы эксперимента являются значимыми. При этом величина зазора между

площадкой и нижним краем защитного теплового экрана влияет больше на процесс теплообмена образца под защитным тепловым экраном, чем толщина воздушной прослойки.

В ходе лабораторных исследований было установлено, что конструкция защитного теплового экрана снижает теплообмен образца с окружающей средой, при этом с учетом теории подобия оптимальными параметрами теплого экрана для хранения сельскохозяйственных машин является материал «ИЗОКОМ ППИ-ПФ2», толщина которого должна быть 5 мм, величина зазора между машиной и тепловым экраном 0,20 м, степень укрытия поверхности машины экраном, соответствующая величине зазора между площадкой и нижним краем защитного теплового экрана - 0,31 м.

<9

О <7 О <6

И <4

Рисунок 5 —Трехмерная графическая зависимость разницы температур образца и окружающей среды при нагреве (Уаг 4), °С от толщины воздушной прослойки между тепловым экраном (Уаг 1), мм и величины зазора между площадкой и нижним краем защитного теплового экрана (степень укрытия) ( Уаг 2), мм.

При образовании конденсата на защитном тепловом экране следует учитывать, что материал «ИЗОКОМ ППИ-ПФ2» обладает гидрофобными свойствами, то есть не смачивается, поэтому пленка сконденсировавшейся воды будет распадаться на отдельные фрагменты и образовывать капли. Также необходимо учесть, что движение струек воды и отдельных капель будет существенно различаться на поверхности материала «ИЗОКОМ ППИ-ПФ 2». В качестве достаточного угла наклона был выбран угол, при котором капли конденсата влаги, образовавшиеся на внутренней стороне защитного теплового экрана, не срывались вниз под действием силы тяжести и не попадали на поверхность машины, а скатывались по поверхности теплового экрана на землю. Проанализировав результаты проведенных исследований, установлено, что начиная с угла 11°, обеспечивается надежный сход капель по плоской

поверхности панели защитного теплового экрана, падения капель в этом случае не происходило. Таким образом, установка ската защитного теплового экрана под углом более 11° позволит исключить падение капель с внутренних поверхностей защитного теплового экрана на объект хранения -сельскохозяйственную машину. При монтаже защитного теплового экрана учитывалась возможность образования складок, провисание материала, криволинейность поверхностей, что может способствовать задержке капель, поэтому с целью компенсации непрямолинейности форм защитного теплового экрана углы каркасных конструкций следует устанавливать с углами к горизонту не менее 15°.

Монтаж защитного теплового экрана для конкретной сельскохозяйственной машины выполняется в короткий срок. Для основных типов машин разработаны конструкции защитных тепловых экранов, имеются рабочие чертежи, порядок и последовательность проведения работ. В нашем случае защитные тепловые экраны мы монтировали в ремонтной мастерской, а затем переносили на площадку для хранения техники (рисунок 6). Тепловые экраны нами использовались в течение нескольких лет. Для ремонта порывов теплоизолирующего покрытия используется алюминиевая клейкая лента «Изоком».

В результате производственных исследований были определены защитные свойства теплового экрана, применяемого для хранения зерноуборочных комбайнов и зерновых сеялок, и проведен сравнительный анализ воздействия внешних климатических факторов на узлы и детали сельскохозяйственных машин при различных способах хранения.

Исследование климатических условий Рязанской области показало, что колебания влажности и температур воздуха, а также способ хранения машин влияют на развитие коррозионных процессов. Интенсивность коррозии, которая выражается потерей металла испытуемых образцов в период хранения, представлена на рисунке 7.

Наибольшая интенсивность коррозии наблюдается с марта по апрель для всех способов хранения. Это объясняется характеристиками процесса конденсации на поверхности машины. Наименьшие потери металла наблюдаются при хранении в закрытом помещении, которые составляют 21 г/м2 за весь период хранения. Наименьшая интенсивность коррозии при закрытом хранении связана с наличием хорошей системы вентиляции. Наибольшие потери металла наблюдаются при хранении на открытых оборудованных местах и под навесом и составляют 142 г/м2 и 123 г/м2 соответственно.

Защитный тепловой экран обеспечивает лучшую сохранность сельскохозяйственных машин в сравнении с открытой площадкой в 5,1 раза, при этом потери металла за период хранения составляют 28 г/м2. Тепловой экран обеспечивает индивидуальную защиту сельскохозяйственной машины с учётом её конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей. Экран ограничивает конвективный теплообмен, тепловое излучение и препятствует образованию конденсата влаги, что позволяет снизить трудоёмкость работ, связанных с хранением.

б)

а) хранение зерноуборочного комбайна Дон-1500Б;

б) хранение зерновой сеялки СЗУ-3,6

Рисунок 6 - Зерноуборочные комбайны и зерновые сеялки, установленные на хранение под тепловым экраном.

Рисунок 7- Интенсивность коррозии металла в период хранения.

В ходе исследования, определялась средняя годовая наработка для комбайна и сеялки, на основании отчетной документации были получены средние затраты на восстановление работоспособности техники при каждом способе хранения, что позволило определить удельные затраты на восстановление работоспособности. Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что при одинаковой годовой нагрузке удельные затраты на восстановление работоспособности техники для четырех способов хранения имеют разные показатели. Так, самые высокие затраты на восстановление техники требуются после хранения на открытой площадке. Средние удельные затраты на восстановление при исследовании комбайнов Дон-1500Б составляют 281,5 руб./т намолота, для сеялок СЗУ-3,6 - 133 руб./га посева. Немного меньше затрат требует восстановление техники после хранения под навесом. Данные затраты на комбайны и сеялки составляют 232,6 руб./т и 111,7руб./га соответственно. Самые низкие затраты на восстановление работоспособности получены при закрытом хранении — 122,4руб./т для комбайнов и 57,87 руб./га для сеялок. Хранение под защитным тепловым экраном по удельным затратам приближается к значениям закрытого хранения, что составляет для комбайна— 134,6 руб./т, для сеялки — 64,7 руб./га.

Применение защитного теплового экрана для хранения сельскохозяйственной техники показало, что стоимость профилей для монтажа каркаса и стоимость теплоизолирующего материала существенно ниже всех остальных видов сооружений (навес, склад, ангар). Поэтому хранение под защитным тепловым экраном является экономически выгодным, особенно для малых и фермерских хозяйств.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что наиболее эффективным способом является закрытое хранение, но для сельскохозяйственных товаропроизводителей, не имеющих закрытых мест хранения, оптимальным является хранение под защитным тепловым экраном. Для подтверждения данных выводов нами была рассчитана годовая экономическая эффективность для каждого способа хранения.

В пятой главе «Экономическая эффективность внедрения разработанного защитного теплового экрана для хранения сельскохозяйственной техники» проведен расчет экономической эффективности внедрения разработанного защитного теплового экрана для хранения сельскохозяйственной техники.

Годовой экономический эффект от применения защитного теплового экрана для хранения одного зерноуборочного комбайна Дон-1500Б составил 81280 рублей и для сеялки СЗУ-3,6 - 42720 рублей в сравнении со способом хранения на открытой площадке.

Заключение

1. В результате анализа существующих исследований в области хранения сельскохозяйственной техники было установлено, что его качество зависит от функционирования системы среда - защитный тепловой экран -воздушная прослойка - машина. Однако до настоящего времени

взаимодействие между составляющими этой системы недостаточно изучено. Поэтому в данной диссертации приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, обосновывающих конструкцию защитного теплового экрана, параметры и режимы его работы.

2. Защитный тепловой экран для хранения сельскохозяйственной техники необходимо выполнять в виде каркаса из металлических профилей, на котором закреплен теплоизолирующий материал с высокими отражающими свойствами. Защитный тепловой экран защищает сельскохозяйственную машину от воздействия солнечных лучей. При этом лучистый теплообмен машины с окружающей средой происходит путем теплопередачи от более нагретого экрана к менее нагретой машине. Благодаря наличию воздушной прослойки между экраном и машиной, передача теплоты происходит путем конвекции и излучения, также защитный тепловой экран защищает сельскохозяйственную машину от воздействия атмосферных осадков. Таким образом, изменение теплового состояния сельскохозяйственной машины подзащитным тепловым экраном будет осуществляться за счет конвекции воздуха и теплового излучения, проходящего через теплоизолирующий материал.

3. В ходе исследования было установлено, что в качестве материала защитного теплового экрана может быть использован материал «ИЗОКОМ ПГШ-ПФ 2», толщина которого должна быть 5 мм, величина зазора между объектом хранения и тепловым экраном должна быть 0,20 м, величина зазора между площадкой и нижним краем защитного теплового экрана— 0,31 м. Для надежного схода капель конденсата с поверхности защитного теплового экрана и исключения их попадания на объект хранения каркасные конструкции следует устанавливать под углом к горизонту не менее 15° .

4. Анализ климатических факторов показывает, что показатели: изменения температуры и влажности воздуха, а также количество осадков имеют максимальные значения в весенне-летний период. Большие перепады температуры при высокой влажности создают условия для образования конденсата, так как разница температур машины и окружающего воздуха соответствует условиям выпадения росы. Наибольшая интенсивность коррозии наблюдается с марта по апрель для всех способов хранения. Защитный тепловой экран обеспечивает лучшую сохранность сельскохозяйственных машин в сравнении с открытой площадкой в 5,1 раза, при этом потери металла за период хранения составляют 28 г/м2. Тепловой экран обеспечивает индивидуальную защиту сельскохозяйственной машины с учётом её конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей, что позволяет обеспечить высокую сохранность.

5. Годовой экономический эффект от применения защитного теплового экрана для хранения одного зерноуборочного комбайна Дон-1500Б составил 81280 рублей и для сеялки СЗУ-3,6 - 42720 рублей в сравнении со способом хранения на открытой площадке.

Основные положения опубликованы в следующих работах

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Соловьева, С.П. Исследование теплового баланса сельскохозяйственной техники при ее хранении [Текст] / М.Б. Латышенок, A.B. Шемякин, С.П. Соловьева и др. // Научно - технические ведомости СПбГПУ. - 2011. - 3(130). — С.129- 132.

2.Соловьева, С.П. Укрытие для хранения сельскохозяйственной техники. [Текст] / М.Б. Латышенок, А. В. Шемякин, С. П. Соловьева и др. //Транспорт. Известия ТулГУ. / Технические науки. - 2011,- Вып.4 - С.137-140.

3.Соловьева, С.П. Исследование теплового состояния сельскохозяйственной машины, установленной на хранение под тепловым экраном. Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования [Текст] / М.Б. Латышенок, С.П. Соловьева И Сб. науч. тр. / Санкт-Петербургский гос. аграрный университет. -2013. - Ч. 1- С.378-381.

4.Соловьева, С.П. Устройство для двухслойной консервации сельскохозяйственной техники. Техника в сельском хозяйстве. [Текст]/ М.Б. Латышенок, В.А. Макаров, A.B. Шемякин, С.П. Соловьева.// Научно-теоретический журнал/ Москва - №2. -2014.- С 17-19.

Патент

5. Патент на изобретение РФ №108067. Устройство для хранения сельскохозяйственной техники / М.Б. Латышенок, A.B. Шемякин, С.П. Соловьева, Н.М. Морозова. - №2011116785/03; Заявл. 27.04.2011; опубл. 10.09.2011, Бюл.№25. - Зс.: ил.

Свидетельство

6. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ РФ №2013619810. Программа расчета затрат на сезонное техническое обслуживание и комплексное хранение сельскохозяйственной техники v.1.0/ М.Б. Латышенок, Н.М. Морозова, A.B. Шемякин, С.П. Соловьева, A.B. Подъяблонский. -№ 2013613912; Заявл. 13.05.2013; опубл. 16.10.2013.- 1 с.

Публикации в других изданиях

7.Соловьева, С.П. Оценка технологий консервации сельскохозяйственной техники, устанавливаемой на длительное хранение [Текст] / М.Б. Латышенок, A.B. Шемякин, Е.М. Астахова, С.П. Соловьева // Вавиловские чтения /Саратовский государственный аграрный университет им.Н.И. Вавилова. -2010,- С.315-317.

8.Соловьева, С.П. Тепловое укрытие для хранения сельскохозяйственных машин на открытых площадках [Текст] / М. Б. Латышенок, А. В. Шемякин, С. П. Соловьева // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета. - 2012. - № 4(16). -С.93-94.

9. Соловьева, С.П. Методика исследований теплофизических параметров сельскохозяйственной техники под тепловым экраном [Текст] /М.Б. Латышенок, М.Ю. Костенко, С.П. Соловьева, Р.И. Соловьев. Сборник научных работ преподавателей и аспирантов РГАТУ им. П.А. Костычева, Рязань,2012-С.71-74.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л.1. Тираж 100 экз. Заказ № 1156 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «■Рязанский государственный агротехнологическийуниверситет имени П. А. Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1 Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методическгсс пособий

ФГБОУВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1