автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности использования силового агрегата сельскохозяйственного трактора с гидромеханической трансмиссией в зимних условиях

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

о 4 Н'ОЯ '097

ЗЫКОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИЛОВОГО АГРЕГАТА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАКТОРА С ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.20.03 - Эксплуатация., восстановление и

ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Санкт-Петербург-Пушкин 1997

рго Ой

На правах рукописи

Работа выполнена в Красноярском государственном аграрном университете

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Н.К. Селиванов

Официальные оппоненты: доктор технических наук

В.А. Аллилуев

кандидат технических наук Б.Г. Мартынов

Ведущее предприятие: Сибирский филиал Всеросийского научно-исследовательского технологического института ремонта . . и эксплуатации машинно-тракторного парка (СибГОСНМТИ)

Защита состоится "ЛЗ" tfSf^¿ffrf 1997 года в /^^часов на заседании специализиртваного совета К 120.37.05 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Петербург-Пушкин, Академический пр. £3, ауд.719.

Автореферат разослан " 3 " ¿Ьй-f 1997 г.

Ученый секретарь $

специализированного совета, канд. техн. наук, доцент^

К

В.Т. Смирнов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Сельскохозяйственное производство отличается многообразием технологических операций с различной энергоемкостью, которые выполняются энергонасыщенными тракторами при изменяющихся воздействиях внешней среды. В условиях Восточной Сибири на зимний период, характеризующийся низкими температурами окружающего воздуха и различной степенью загрузки моторно-трансмиссионной установки (МТУ), приходится до 35-40% годового объема работ.

Из-за пониженного теплового состояния двигателя и агрегатов трансмиссии снижается производительность и топливная экономичность трактора, повышаются затраты, связанные с. подготовкой его к работе. Поэтому особую актуальность приобретает проблема повышения эффективности использования машинно-тракторного парка, решение которой невозможно без совершенствования и поддержания в работоспособном состоянии МТУ тракторов при изменяющихся в широком диапазоне внешних воздействий.

Одним из направлений совершенствования МТУ сельскохозяйственных тракторов является применение дизеля постоянной мощности (ДПМ) и гидротрансформатора (ГТ). При этом ДПМ и ГТ образуют качественно новый силовой агрегат, выходные показатели которого определяют производительность и топливную экономичность трактора.

Однако существенная зависимость выходных показателей силового агрегата (СА) ДПМ-ГТ от теплового состояния предопределяет повышенное требование к температурам-рабочих сред основных функциональных систем. В зимних условиях, из-за пониженного теплового режима, становится весьма проблематичным не только реализация потенциальных возможностей, но и даже сохранение работоспособности СА.

Поэтому разработка комплекса мероприятий по улучшению адаптации СА ДПМ-ГТ сельскохозяйственного трактора к зимним условиям эксплуатации на основе прогнозирования и оптимизации его температурно-динамических качеств имеет важное научно-практическое значение.

РаОота выполнена по плану НИР КрасГАУ (задание 16,09 СО РАСХН).

Цель исследования. Повышение эффективности использования силового агрегата ДПМ-ГТ сельскохозяйственного трактора в зимних условиях.

Объект исследования. Процесс взаимосвязи информационно-управляемых критериев температурно-динамических качеств и выходных показателей СА ДПМ-ГТ сельскохозяйственного трактора в условиях зимней эксплуатации.

_ о _

Научная новизна. Разработаны методологические осноеы и модель функционирования СА ДШ-ГТ, позволяющие системно и комплексно, с использованием информационно-управляемых, параметров, прогнозировать выходные показатели в условиях эксплуатации. Установлены закономерности формирования выходных показателей и предложена методика определения границ боны экономической целесообразности использования СА (9ЦИСД.) с учетом взаимосвязи между изменениями характеристик ДПМ и ГТ. Получены расчетные зависимости для прогнозирования и оптимизации информационно-управляемых критериев температурю-динамических качеств СА.

Практическая ценность работы. Разработаны технические требования на информационно-управляемые параметры и определена их значимость в формировании выходных показателей СА. Определены оптимальные и допустимые по тепловой напряженности режимы работы СА. Рекомендации. и технические решения по улучшению адаптации СА ДПМ-ГТ к изменяющимся воздействиям внешней среды предложены для использования, эксплуатирующим организациям, получили практическое применение в учебном процессе при подготовке инженеров-механиков сельского хозяйства, а также могут быть использованы заводом-изготовителем.

Внедрение. Результаты исследования и практические рекомендации по повышению эффективности функционирования СА трактора ДТ-175СШ) в условиях эксплуатации использованы инженерно-технической службой Комитета по сельскому хозяйству администрации Красноярского края. Рекомендации по улучшению адаптации СА ШШ-ГТ к условиях зимней эксплуатации внедрены в учхозе Миндерлинское КрасГАУ и агрофирме "Маяк". Лабораторная установка и методика прогнозирования критериев температурно-динамических качеств СА сельскохозяйственных тракторов используются в учебном процессе и исследовательской практике КрасГАУ.

Апробация. Основные положения работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях КрасГАУ (г. Красноярск, 1990-1997 гг.); ЧГАУ (г. Челябинск 1993 г.); межвузовских научно-практических конференциях с международным участием (г. Красноярск,1992-1997 гг.); на III зональной научно-производственной конференции молодых ученых и специалистов (г. Красноярск, 1989 г.).

Публикация. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в трм числе два авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 165 страниц машинописного текста, вклю-

чающего 51 рисунок, 10 таблиц, 129 литературных источников и приложения.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, поставлена цель работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены особенности функционирования СА сельскохозяйственных тракторов с ГМТ при низких температурах окружающего воздуха. При этом установлено, что иг-за пониженного тепло-еого режима функциональных систем наступает частичная или полная потеря его работоспособности.

Проведенный анализ перспективных направлений повышения эффективности использования сельскохозяйственных тракторов с ГМТ при низких температурах показал, что особенности функционирования СА трактора с ГМТ б холодный период изучены недостаточно, а используемые для расчета выходных показателей математические модели не отражают специфику совместного функционирования ДОМ и ГТ в условиях низких температур. Отсутствуют обоснованные рекомендации по улучшению адаптации СА ДПМ-ГТ к зимним условиям.

Научная гипотеза работы состоит в том, что достижение рациональных в 'эксплуатации значений критериев температурно-динамических качеств за счет изменения параметров внешнего теплообмена обеспечит функционирование СА ДШ-ГТ в зоне ЗЦйСА при различных воздействиях внешней среды.

На основании изложенного в настоящей работе решались следующие задачи:

1. Разработать математическую модель функционирования СА ДПМ-ГТ сельскохозяйственного трактора, выявляющую закономерности формирования выходных параметров в условиях эксплуатации.

2. Разработать методику определения зоны экономической целесообразности использования силового агрегата ДПМ-ГТ с учетом темпера-■турно-динаыических характеристик, разработанной математической модели .

3. Установить расчетные зависимости для определения граничных значений рационального диапазона использования СА ДПМ-ГТ сельскохозяйственного трактора при низких температурах.

4. Выполнить анализ и дать оценку количественных характеристик рациональных диапазонов использования СА ДПМ-ГТ при низких температурах окружающего воздуха.

5. Разработать практические рекомендации по улучшению темпера-турно-динамических качеств СА сельскохозяйственного трактора с ГМТ

в холодный период эксплуатации.

Во-второй главе на основе системного подхода изложены теоретические основы определения рационального диапазона функционирования СА ДПМ-ГТ с использованием для прогнозирования выходных показателей информационно-управляемых критериев температурно-динамических качеств. Установлены общие закономерности формирования и допустимые пределы ухудшения выходных показателей ДПМ-ГТ в условиях эксплуатации. Дано математическое описание и обоснование моделей оценки значимости информационно-управляемых параметров в формировании выходных показателей и прогнозировании диапазона внешних воздействий, при которых СА сохраняет работоспособность.

При рассмотрении особенностей функционирования СА ДПМ-ГТ использован метод прогнозирования входных функций и определение по ним выходных показателей. В этом случае отпадает необходимость непосредственного прогнозирования выходных показателей, а также связанных с ними величин затрат и эффекта.

Анализ и обобщение основных физических и статистических моделей функционирования ДПМ и ГТ, обладающих определенной конструктивно- технологической независимостью, позволили представить модель функционирования СА ДПМ-ГТ в виде последовательного комплекса из двух элементов с обратной связью (рис.1).

СА

Он

Ое(Ие) ДПМ

8е

^кв

Мс ср

К(1) Х1(1),ИГТ(1) ГТ

1ЧВЫХ

Квых

УПРАВЛЕНИЕ

(Евых/МВых)-*т1п

Рис.1. Модель функционирования СА

В качестве критериев оптимальности приняты выходные показатели СА. характеризующие производительность и топливную экономичность трактора: среднее значение выходной мощности'Йв'ых и удельный расход топлива ёвых. Общим внешним воздействием являются погодно-климатические условия ВСР. На ГТ воздействует также контролируемый параметр - момент сопротивления Мс. К конструкторско-технологическим факторам относятся установочные параметры, характеризующие конструктивно-технологические особенности ДПМ Кдв и ГТ Da, низшую теплотворную способность топлива Он и расчетные условия их совместной работы Лдв= XlpDa5.

К входным функциям управления отнесены составляющие внешнего теплового баланса СА Оож, Ом. Оонв. Огт соотношение которых, совместно с величиной массового расхода топлива GT, определяют значения Йвых и ?вых- В качестве информационно-управляемых параметров при этом приняты значения температур рабочих сред to*. tM, t-нв и trT- Полагая, что влияние случайных возмущений невелико, будем считать задачу оптимизации детерминированной.

Оптимизация управляемых параметров осуществляется на основе максиминной стратегии, путем выравнивания всех частных критериев. Это позволяет найти оптимально-компромиссное решение в случае конфликтных критериев, характерных для рассматриваемой задачи.

В общем виде функция цели выходных показателей запишется как (N©*Ne max)/(ge^e mm) ^гт^Лгт max! ■* Швых^вых тах)/(5вых"*&вых mln). (1)

Условие удовлетворения комплексом технических требований (ограничений) на промежуточные и выходные параметры

(Ne>N0 mln)/C?e<Be max)1^гт>Пгт mini •*

(Nbux^Nbux min)/(Ssuxf£>вых max). (2)

Для получения аналитических соотношений, определяющих количественные связи выходных показателей СА ДПМ-ГТ с его конструктивными параметрами, релшмами работы и управляющими воздействиями была разработана математическая модель, представляющая систему уравнений ( Йвых = ОнЗт- [NQ(l-lirT)+CjGj (t j-t j1) 3

ёвых = 3,6-Ю3 / (Netlrt) • Ne = Nj = XipM wi3 Da5 (3)

тГгх = (аКо-р1)1-9мсКГт2/р ДtHj = AtjCO.S+CjGj/CKjFi)) где AtHj-tj'-to - температурный напор 3-ой системы.

Выходные показатели СА заданные детерминированной математической моделью (3), полностью определяются вектором управляемых пере-

мекных. В процессе прогнозирования следует вначале определить численные значения составляющих этого вектора (teen. tM> tHB. trT). чтобы они удовлетворяли требованиям, физической реализуемости и обеспечивали надежную и эффективную работу СА.

При математической формулировке задач прогнозирования и оптимизации удовлетворение этих требований сводится к выполнению системы ограничений, которые накладываются на управляемые параметры исходя из установленных ограничений на выходные и промежуточные показатели. Для СА ДПМ-ГТ эти ограничения можно записать в виде

t ожЭгп i n^ t ож^ t o^Smax I

tM9min<tM<tM3max Ь Ne>Ne mln/(ge<6e шах); (4)

toHBSminitoHB£t0HB3max I

^гт mtn^tn-^trr max!"* ^гт^ЛгтпИп» (5)

tcASmin < tcA < tcAsmaxl-* NBbiX>NBbix mlr/(бвых<£вых max). (6) (t ..t ) (t ..t ) Ct ..t )

3 m j m dm ___

Объединение управляемых параметров в векторный критерий Тса возможно только с введением весовых коэффициентов значимости Cj,тогда

ш

tcA = 2 Cjtj (?)

(t ..t ) з-l i m

Задача векторной оптимизации предполагает определение значений параметра tcA. обеспечивающих выполнение условия

FOtcA) - min ajCMj-Nj min)/NJH - a^0^, (8)

i £l,m3

где aj- весовой коэффициент, характеризующей значимость 3-го выходного параметра; ANj°max - предельно-допустимое ухудшение 3-го выходного параметра.

Выполненные расчетно-аналитические исследования влияния характеристик ДПМ и ГТ на режимы совместной работы и выходные показатели для характерного диапазона изменения Мс позволили дать количественную и качественную оценку энергетического баланса и определить пути совершенствования использования СА при низких температурах окружающего воздуха.

Допустимые диапазоны тепловых режимов ДПМ и ГТ определяют зоны, ограниченные максимальными и минимальными допустимыми температурами рабочих сред в теллоотводящих функциональных системах, за пределами которых наступает потеря работоспособности указанных элементов комплекса и СА в целом. Ширина этой зоны для ДПМ определяется предельно-допустимыми по ГОСТ 18508- 88 снижением N0H или увеличением g©H на 5,0%, а для ГТ, с максимальным КПД т»гт= 0,88 - 0,90, ограни-

чивается зоной экономической целесообразности использования ГТ (ЗВДГ), т.е. снижением используемого КПД пгт до "Пгт т1л= 0,83-0.85.

Установленные предельно-допустимые ухудшения указанных параметров позволили определить границы зоны ЭДИСА, в которой снижение выходных показателей от потенциально-возможных, обусловленное ухудшением характеристик ДПМ и ГТ, не превышает допустимых пределов

ANBbix°iT!ax= ANe°max+ Ат)Гт°шах' Л^е°шахЛ''1гт0тах; (9)

Левых°тах= (йТ)Гттах+ 'Пгт*Дге0)/Пгт min- (10)

В общем случае зона ЭВДСА графически может быть представлена двухмерным фазовым пространством (рис.2), ограниченным следующими ординатами:

/ ANBbJx°ll-l= ANe°max+ ÜHrT0(ÜNe max)

ЛМвых°21-2= АМвых°тах j ДМВЫХ°31-3= Д%т°тах+ ДМе°(Дт)Гт°тах) (И)

Мвых041-4= AT)rT°(NeH) ^ ЛМвых°0 - О

причем

AN9°max= ÜNeH° + ДЛе°(Дт|гт max); (12)

Д^гт max= шх ), (13)

где Дт)гт°(ЛЫ© max) - снижение используемого КПД ГТ, вызванное предельно-допустимым снижением мощности ДПМ; ДКе°(йТ!гт щах) - снижение мощности ДПМ, обусловленное уходом ДПМ с участка постоянной мощности при предельном ухудшении экономичности ГТ; Ат)гт0(ДМен)- максимальное снижение используемого КПД ГТ при работе ДПМ на участке постоянной мощности; Дт|гх0(Ко)- снижение КЩ ГТ, обусловленное ухудшением преобразующих и нагружающих свойств.

Предельно-допустимые ухудшения выходных показателей СА трактора ДТ-175С, включающего ДПМ СМД-66 и ГТ Г4-400-70, расчитанные по выражениям (9) и (10), составили соответственно йМвых0тах=10,4^ и max- 13%.

Для прогнозирования диапазона изменения окружающей температуры, в котором элементы и СА в целом сохраняют^работоспособность, использованы критическая tKP®cA и предельная tnp3CA температуры окружающего воздуха, при которых достигаются соответственно tcA3max и

t-CA®min-

Принимая для рассматриваемого диапазона изменения окружающей температуры и эксплуатационного натрузочно-скоростного режима работы

atH3j = (t^-to) = idem (14)

и учитывая ,что

( tKpSJ = tjЭта}с-ЛЬнЭi

^ tnp®d = tjSmin-AtH3i

получим

/ tKp3CA = ECjitAax-AtH^)

(16)

1 tnp8cA = ^(Лт-ад)

Диапазон температур окружающего воздуха, в котором СА сохраняет работоспособность, определится как

Ato3CA = tKpSCA-tnp8CA. (17)

Предложенные критерии температурно-динамических качеств и методика их определения позволяют, с достаточной для инженерных расчетов достоверностью, прогнозировать условия окружающей среды, в которых СА ДПМ-ГТ сохраняет работоспособность.

Результаты расчета на ЭВМ, с использованием полученного математического аппарата, позволили установить зависимости выходных показателей СА от изменения параметров ДПМ и ГТ. Нормированные коэффициенты весомости составляют соответственно 0,529 и 0,471. Определены эксплуатационные показатели, позволяющие оценить эффективность

мероприятий по улучшению температурно-динамических характеристик функциональных систем СА ДПМ-ГТ в холодное время.

В третьей главе изложены программа и методика комплексного экспериментального исследования. Дано описание объекта исследования, контрольно-измерительной аппаратуры, методики обработки данных эксперимента.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторно-стен-довых и полевых условиях на энергонасыщенном сельскохозяйственном тракторе общего назначения ДТ-175С "Волгарь", СА которого представляет сочетание ДПМ СВД-66 и комплексного ГТ Г-4-400-70.

Лабораторно-стендовые испытания проводились в специальной лаборатории, выполненной на базе тормозного стенда МБ-2821 производства ЧССР, в соответствии с ГОСТ 18509-88. Трактор устанавливался в камере естественного холода.

Основной этап лабораторно-стендовых испытаний включал оценку влияния погодно-климатических условий и нагрузочко-скоростных режимов на тепловое состояние и энергетические параметры ДШ и ГТ, а также выходные показатели СА.

Полевые испытания проводились на серийном тракторе ДТ-175С, выполняющем характерна©-для зимней эксплуатации сельскохозяйственные работы 'И предусматривали выявление действительных тепловых режимов и оценку мероприятий по повышению эффективности работы СА в условиях зимней эксплуатации. :'

В качестве рабочей жидкости ГТ использовались моторное масло М-8-В2 (ГОСТ 8581-78) и гидравлическое АУ (МГ-22-А) (ГОСТ 1642-75). Смазочная система двигателя заправлялась моторным маслом М-8-Гг (ГОСТ 8581-78).

Исследования проводились в диапазоне температур окружающего воздуха от 10 до -35°С.

При проведении лабораторно-стендовых и полевых испытаний синх-рЬнно оегистрировались необходимые силовые, скоростные и температурные параметры.

1 Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с использованием ЭВМ по стандартным методикам.

1 В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований и их анализ.

Экспериментальные исследования подтвердили теоретические предпосылки, что вследствие пониженного теплового режима основных функциональных систем СА в период пуска, прогрева и в установившемся режиме, ухудшаются эффективные показатели ДШ, преобразующие и наг-

■ ■•-■■ - 10 -ружаюшие свойства ГТ. В условиях функционирования СА ДПМ-ГТ на тракторе это приводит к неадекватному снижению выходных показателей и сужению границ диапазона Мс в зоне передаточных отношений, соответствующих максимальному КПД ГТ.

Максимальное значение эффективной мощности на номинальном режиме (участке, постоянной мощности) дизеля СЩ-66 получено при t0jK= 75-80°С, а минимальная величина удельного расхода топлива при tox= 90-95°С. Условие ge/Ne= min, определяющее оптимальный тепловой режим, достигается при tож= 80-90°С, tM= 90-105°С. tHB= 35-55°С.

. При понижении температуры охлаждающей жидкости от 90 до 40°С номинальная мощность дизеля снижается на 6,0%, а удельный расход топлива увеличивается на 8,5%. Значения температур моторного масла и наддувочного воздуха понижаются при этом соответственно от 105 до 50°G и от 55 до 15°С. При использовании двигателя на регуляторной ветви с нагрузкой 50-70% от номинальной эффективные показатели снижаются в большей степени (на 5-7%) по сравнению с номинальным режимом работы.

Качества ГТ, как передачи существенно зависят от вязкости рабочей жидкости. Наибольшее влияние вязкость оказывает на коэффициент трансформации и КПД ГТ. Для ГТ Г-4-400-70 автомодельный режим в зоне максимального КПД 'ПгтГГ1а* достигается при числе Re= (3,2-3,6)-10®. чему соответствует температура рабочей жидкости 85-95°С. Снижение температуры масла M-8-Вг от 100 до 40°С, приводит к уменьшению Пгтшах с 0,88 до 0,79, а коэффициента трансформации Ко от 3,0 до 2,6. Нагружающие свойства ГТ изменяются в меньшей степени, так Aoi уменьшается от 2-Ю-3 до 1,8'10~3. Диапазон изменения температуры рабочей жидкости, в котором ГТ работает с максимально-допустимым снижением т^т"13* находится в пределах 70-115°С при использовании масла M-8-Вг и 55-Ю5°С при работе на масле МГ-22-А.

Анализ выходной характеристики СА показал, что снижение номинальной мощности двигателя на 5,0% приводит к сужению диапазона Мс в зоне ЭЦИГ и ухудшению средних значений выходных показателей на 5,5%. Режим_ работы при irT*max смещается в сторону меньших нагрузок, а при Мен ухудшение выходных показателей достигает 8 %. Ухудшение преобразующих свойств ГТ в допустимых пределах (при NeH-125 кВт) приводит к снижению максимальных выходных показателей СА на 5% и более значительному сужению диапазона Мс в зоне ЭЦИГ. Ухудшение выходных показателей СА при Мсн составляет 15-17%.

v- Обобщение результатов экспериментов позволило установить технические требования на информационно-управляемые параметры и коэффи-

циенты их значимости , а также обосновать зоны использования СА по тепловому режиму и определить их границы (в т.ч. зоны ЭЦИСА).

Продолжительность прогрева до эксплуатационных температур рабочих сред функциональных систем с увеличением нагрузки от холостого хода до номинальной сокращается в 2-3 раза. Однако расход топлива за период прогрева ДПМ при 1;о=-50С увеличивается от 4,1 кг до 7,2 кг, что обусловлено существенной разницей расхода топлива на указанных режимах. Наиболее интенсивно происходит прогрев системы охлаждения да (16-24 минуты). Продолжительность прогрева рабочей жидкости ГТ существенно (в 2-3 раза) превышает продолжительность прогрева дпм.

При понижении ^ до -32°С даже на номинальном нагрузочном режиме становится весьйа-.проблематичным достижение эксплуатационных температур 1;гт и 1нв при закрытой шторке блока радиаторов. Температуры 1ож и 1м достигают рабочих величин при нагрузке выше (0,25-0.30)№н. Сокращение продолжительности прогрева на номинальном режиме существенно снижает расход топлива за этот период. Поэтому для ускорения прогрева СА при 1о<-10°С и снижения связанных с этим затрат целесообразно осуществлять прогрев под нагрузкой, по возможности близкой к номинальному режиму. Однако следует иметь в виду, что прогрев под нагрузкой сразу после пуска ДПМ может привести к увеличению температурных напряжений и деформации блока.

Установившийся тепловой режим функциональных систем СА также в значительной мере зависит от температуры окружающей среды. При закрытой шторке и 1о=-5°С температура охлаждающей жидкости достигает 80°С, моторного масла - 90°С, наддувочного воздуха после ОНВ - 32°С, рабочей жидкости ГТ - 80°С (рис.3). Понижение Ьо до -32°С снижает установившийся режим до: Ь0ж= б0-62°С, Ьм=66-67°С, 1НВ= 10-12°С. 1Гт= 50-52°С. Обработка опытных данных с применением теории планирования эксперимента, позволила получить уравнения регрессии, описывающие процесс прогрева теплоносителей функциональных систем СА.

Полученные результаты показали, что в условиях низких температур использование штатных средств утепления и регулирования теплового режима не обеспечивает функционирование СА в зоне ЭЦИСА, уже при температуре Ьо= ^прэса <-10...-15°С даже с номинальной нагрузкой. При нагрузке 75Х от номинальной СА функционирует за пределами зоны ЭДИСА уже при 1:о<-50С. Критическая температура воздуха при этом понижается до !крса9=11-150С, что существенно сужает диапазон температур окружающего воздуха в котором СА сохраняет работоспособ-

ность. При понижении to с +10 до -35°С выходная мощность СА уменьшается на 15%, а удельный расход топлива увеличивается на 22%, что обусловлено в первую очередь пониженным тепловым режимом ГТ и системы ОНВ.

Рис.3. Влияние температуры окружающего воздуха на установившийся тепловой режим СА (Мсн=850Нм)

- Результаты полевых испытаний показали, что в условиях зимней эксплуатации 70-75% времени СА работает при установившемся тепловом режиме с амплитудой колебания температур рабочих сред около среднего 'значения не более 4-6°С. При этом установлено два основных натру зочно- скоростных режима: номинальный и частичный (К3=0,70-0,75).

• Анализ характера изменения коэффициентов использования производительности «пэ и топливной экономичности ДОд в зависимости от температуры окружающего воздуха (рис.4) показал, что максимальная производительность и топливная экономичность трактора достигаются при 1ь>5°С. На номинальном нагрузочном режиме снижение 1о до - 35°С уменьшает производительность и топливную экономичность соответственно на 19% и 26%. На частичном нагрузочном режиме ухудшение экономичности еще существеннее.

«ПЭ

0,92

0,84

0,76

0,68

0,60

<*пэ

V £

Л<ъ

Л(3э

1.3

1.2

1,1

1.0

0,90

-40 - 30 -20 -10 0 Рис.4. Влияние температуры окружающего воздуха на показатели использования СА (•- Мсн=850Нм,+- Мсн=590Нм)

Для улучшения температурно-динамических качеств СА агрегата при низких температурах окружающего воздуха осуществлялось отключение ОНВ и радиатора ГТ. Реализация указанных мероприятий обеспечивает функционирование СА в зоне ЭЦИСА практически во всем диапазоне температур окружающего воздуха, характерном для холодного периода эксплуатации (табл.). Выходные показатели СА имеют лучшие значения уже при 1о<0...-Б°С, что определяет уровень температур окружающего воздуха при котором целесообразно отключать охладители наддувочного воздуха и рабочей жидкости ГТ.

Увеличение производительности иПэр и снижение эксплуатационного расхода топлива Д0эр при отключении радиатора ГТ и ОНВ достигает 15 и 17% соответственно при снижении 1;о от 0 до -35°С (рис.5).

Анализ распределения температур окружающего воздуха за 19901995 гг. для центральных районов Красноярского края /77,101,103/ показал, что реализация указанных мероприятий позволит повысить производительность трактора и снизить эксплуатационный расход топлива в зимний период соответственно на б и 7%.

Таблица

Критерии температурно-динамических качеств силового агрегата ДПМ-ГТ

.............................. Условия и Условные 1 Системы ДПМ Силовой

критерии обозначения, размерность ГТ агрегат

Охлаждения ОНВ

(смазки)

1.Без использо-

вания штатных

утеплительных

средств °C

1.1.Темпера- 62-65 25-30 70-73

турный напор (72-77)

1.2.Критическая t^KPd» tSKPCA=t3KP min

температура °c 40-43 35-40 42-45 35 - 40

воздуха (38-42)

1.3.Предельная tanpj» t8npCA=t'np шх

температура °c -2...-5 -5-0 -3-0 -3-0

воздуха (-2...-7)

2.При использо-

вании штатных

утеплительных

средств

2.1.Температур- ütVi, °c 90-94 35-40 80-85

ный напор (97-100)

2.2.Критическая tSKP0 > °c

температура 11-15 25-30 30-35 11-15

воздуха (15-18)

2.3. Предельная tSnpj(

температура °c -30...-34 -10.. -10.. -10...-15

воздуха (-27..-30) -15 -15

3.При использо-

вании штатных

утеплительных

средств и от-

ключении ОНВ

и радиатора ГТ ütBHj, °c

3.1.Температур- 94-98 75-78 105-

ный напор."1 (98-102) 107

3.2.Критическая t®KPo » °c

температура 7-11 -10.. 8-10

воздуха (13-17) -13 7-10

3.3.Предельная °c

температура . t3npji -34...-38 -53.. -35.. -34...-37

воздуха (-28.,-32) -55 -37

«пэ'

1,17

1,12

1,07

1,02

0,97

\

«пэр

тг

1.0

0,95

0,90

0,85

0,80

-40 -30 -20 -10 о го.°с Рис.5. Изменение показателей использования СА при отключении радиатора ГТ и ОНВ

В пятой главе обобщены основные результаты исследования, приведены разработки по улучшению адаптации СА к воздействиям низких температур окружающего воздуха реализованные на практике, определен экономический эффект от внедрения рекомендаций по улучшению эксплуатационных режимов работы силового агрегата при низких температурах. Расчетный экономический эффект для условий центральной зоны Красноярскго края составил 369979,61 руб. на один трактор в год (в ценах на декабрь 1993 года).

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИЙ

По результатам исследования эффективности использования СА сельскохозяйственного трактора с ГМТ в зимних условиях можно сделать следующие выводы и рекомендации.

1. Одной из основных причин низкой эффективности сельскохозяйственных тракторов с ГМТ в зимних условиях является ухудшение выходных показателей СА ДВС-ГТ в результате пониженного теплового режима. На основных сельскохозяйственных работах снижение выходной мощности и топливной экономичности, обусловленное ухудшением параметров рабочего процесса двигателя и характеристик ГТ, достигает соот-

Бётственно 18 и 26%.

2. Разработанные методологические основы создают возможность посистемно и комплексно, с использованием информационно-управляемых параметров, прогнозировать с последующей оптимизацией Еыходяые показатели СА ДПМ-ГТ. Количественный и качественный анализ энергетического баланса позволил установить допустимые пределы изменения выходных показателей и определить пути совершенствования использования СА при низких температурах окружающего воздуха,

3. Обоснована, исходя из установленных ограничений на функционирование элементов комплекса»методика определения границ зонь; экономической целесообразности использования силового агрегата ДПМ-ГТ (ЭЦИСА) с учетом степени значимости информационно-управляемых параметров в формировании выходных показателей. Установлены границы зоны ЭЦИСА: аОжэ=60-105°С; 1.Нвэ=25-6Б°С; 1ГТ8=?0-115°С) при допустимом снижении выходных показателей МВых0тах=Ю,4%, Дввых0тах=13%'

4. Представленная структурная схема прогнозирования и оптимизации информационно-управляейых параметров (критериев ' температур-но-динамических качеств.) СА ДПМ-ГТ, позволила получить рассчетные зависимости для определения диапазона изменения температуры окружающего воздуха, в котором СА функционирует в зоне ЭЦИСА.

5. Выявлены закономерности и степень влияния температуры окружающего воздуха на информационно-управляемые параметры, характеристики ДПМ и ГТ, а также выходные показатели СА. Установлено, что использование штатных средств регулирования теплового состояния СА не обеспечивает его функционнирование на основных натрузочно-скоростных режимах в зоне ЗЦИСА при температуре окружающей среды ниже -Ю...-15°С. Понижение окружающей температуры до -35°С уменьшает выходную мощность и топливную экономичность СА соответственно на 18 и 26%.

6. Отключение ОНВ и радиатора рабочей жидкости ГТ при температуре окружающей среды ниже -10...-15°С, за счет повышения эффективной мощности Д1Ш на номинальном режиме до 130 кВт и используемого КПД ГТ;~ до"'обеспечивает функционирование СА в зоне ЭЦИСА при Ьо>-о5...-40°С. Увеличение производительности и снижение эксплуатационного расхода топлива достигает при этом 15 и 17%.

7. При эксплуатации тракторов' ДТ-175С(М) в районах Сибири и Севера рекомендуется:

использовать в качестве всесезонной рабочей жидкости гидромеханической передачи масло М-8-В2; •'

при переходе на зимнюю эксплуатацию производить отключение ох-

ладителя наддувочного воздуха и радиатора рабочей жидкости гидротрансформатора;

после пуска двигателя и отсутствии отклонений от нормальной работы элементов CA, прогрев его до рабочего состояния производить при номинальной нагрузке или в стоповом режиме гидротрансформатора с использованием дизеля на внешней характеристике.

8. Внедрение рекомендаций по улучшению адаптации ДПМ-ГТ сельскохозяйственного трактора к воздействиям низких температур окружающей среды, для условий центральной зоны Красноярского края, позволит в зимний период повысить производительность МТА на 67., снизить эксплуатационный расход топлива на 7%. Расчетный экономический эффект на один трактор ДТ-175С составил 369979,61 руб. в год (в ценах на декабрь 1993 года).

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. A.c. N 1657692 МКИ F 02 В 29/04 /Двигатель внутреннего сгорания/ Н.И.Селиванов, В.А.Антифеев, С.А.Зыков, В.С.Кирин, В.Г.Ше-мелев, СССР от 23.06.1991.

2. A.c. N 1772368 МКИ F Ol Р 3/20 и F 02 В 29/04 /Двигатель внутреннего сгорания/ Н.И.Селиванов, С.А.Зыков, В.С.Кирин. СССР от 30.10.1992.

3. Селиванов H.H., Зыков С.А., Кирин B.C. Влияние температурного режима на эффективные показатели двигателя СМД-22. //Пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства Восточной Сибири: тезисы докл.111 зональной научно-произ, кинф./Красноярск. 1989. С.55-56.

4. Селиванов Н.И., Зыков С.А. Повышение работоспособности коробок передач сельскохозяйственных тракторов в зимних условиях //Пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства Восточной Сибири: тезисы докл. Ill зональной научно-произ. конф./ красноярск.1989. С. 89-91.

6. Зыков С.А. Лаборатория для исследования силовых агрегатов сельскохозяйственных тракторов. //Теплообмен и гидродинамика: Межвузовский сборник/ Отв.ред. Ю.В.Видин, КрПИ. Красноярск. 1992. С. 79-82.

6. Селиванов к.И., Зыков С.А. Тепловой баланс силового агрегата трактора с гидромеханической трансмиссией // Теплообмен и гидродинамика: Межвузовский сборник/ Отв. ред. Ю.В.Видин; КрПИ. Красноярск, 1992. С. 73-78.

7. Селиванов Н.И.. Зыков С.А. Влияние характеристик гидротрансформатора на выходные показатели силового агрегата // Автомобиль-

ный транспорт в условиях перехода к рынку: Материалы межвузовской научно-практической конференции/ Отв. ред. А.И.Грушевский; КрПИ, Красноярск, 1993. С.193- 198.

8. Селиванов H.H.. Зыков С.А., Пичковский С.З. Оценка работоспособности дизелей по диапазонам температурного режима// Повышение -эффективности использования сельскохозяйственных машин и агрегатов. Сб. науч. тр.- Красноярск, КрасГАУ, 1992. С. 30-35.

9. Селиванов Н.И., Зыков С.А. Совместная работа гидротрансформатора и дизеля постоянной мощности при низких температурах окружающего воздуха// Тезисы научной конференции профессорско-преподавательского состава КрасГАУ/ КрасГАУ,- Красноярск, 1993. С. 14-16.

10. Селиванов Н.И., Зыков С.А. К определению зоны экономической целесообразности использования силового агрегата ¡ШМ-ГТ с/к трактора// Транспортные средства Сибири (состояние и проблемы), ма~

• териалы межвузовской научно-практической конференции/ КГТУ, Красноярск, 1994. С. 139-143,

11. Селиванов Н.И., Зыков С.А., Кирин B.C. Обоснование теплового режима использования автотракторных двигателей // Совершенствование средств механизации и технологий сельскохозяйственного производства: Сб. науч. тр./ КрасГАУ.- Красноярск, 1994. С. 141-145.

12. Селиванов Н.И., Зыков С.А. Выходные показатели силового агрегата трактора с ГМТ при низких температурах. //Транспортные средства-Сибири (состояние и проблемы),материаш межвузовской научно-практической конференции с международным участием./ ИТТ КГТУ, Красноярск. 1995, с. 62-66.

13. Селиванов Н.И., Зыков С.А. Прогнозирование и оптимизация показателей работы силового агрегата трактора' с гидромеханической трансмиссией// Гидропривод машин различного технологического назначения: Сб. науч. тр./ Отв. ред. С.В.Каверзин; КГТУ, 1997. С. 19-32. :

14.' Селиванов Н.И., Зыков С.А. Методологические основы прогнозирования эффективности использования силового агрегата трактора с ГМТ// Технологии неистощимого землепользования: Материалы науч. конференции/ КрасГАУ, Красноярск, 1997. С.3-4.