автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Повышение эффективности лесозаготовительных тракторов путём улучшения температурных режимов их систем и агрегатов

На правах рукописи

005531667

Куликов Максим Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ТРАКТОРОВ ПУТЁМ УЛУЧШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ ИХ СИСТЕМ И АГРЕГАТОВ

Специальность 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск - 2013

005531667

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Научный руководитель Орловский Сергей Николаевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности ФГБОУ ВПО КрасГАУ

Официальные оппоненты

Холопов Владимир Николаевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры автомобилей, тракторов и лесных машин ФГБОУ ВПО СибГТУ Бутылкнн Владимир Иванович, кандидат технических наук, технический директор ООО «КЛМ-Чунояр»

Ведущее предприятие ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Защита состоится «26» апреля 2013 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.253.04. в Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82, СибГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного технологического университета.

Автореферат разослан «22» марта 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

А.В. Мелешко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Прогресс в лесозаготовительной промышленности зависит от технического уровня лесозаготовительных машин и агрегатов, эффективности их работы и технологии применения. Районы Сибири, в том числе и Красноярский край, с развитыми отраслями заготовки леса и интенсивным использованием машинно-тракторного парка предполагают большой объем заготовки леса. По условиям эксплуатации автомобилей и тракторов для транспортировки леса эти географические районы относят к холодной и суровой климатической зоне, поскольку зимние температуры воздуха достигают минус 30-40 °С. Применение лесозаготовительных тракторов круг лый год обусловлено непрерывностью производственного процесса, но в основном они используются в зимний период, что связано с несущей способностью грунтов и состоянием зимних лесовозных дорог.

Специфические условия работы лесопромышленных тракторов в зимний период накладывают особые требования на их конструкции и требуют решения вопросов оптимизации температурного режима моторно-трансмиссионной установки (МТУ). Применение на отечественных тракторах простых механических ступенчатых коробок передач (даже с переключением на ходу, как на тракторах Т-150К, Т-157) не отвечает современным требованиям в условиях работы при пониженных температурах. Нарушение температурного режима влечёт за собой значительное количество поломок и отказов, вплоть до полного выхода из строя деталей и узлов. Для тракторов нормальная работа механизмов дизельного двигателя обеспечивается при температуре охлаждающей жидкости 85-95 °С. Эксплуатация при более низких температурах крайне негативно сказывается на состоянии МТУ трактора. Загустевшее масло приводит к значительной потере мощности и, соответственно, перерасходу топлива. Усиленное нагарообразование способствует закоксовыванию поршневых колец и, как следствие, снижению мощности двигателя. Усиление износов цилиндро-поршневой группы также сокращает сроки службы двигателей, приводит к разрушению ряда деталей, для восстановления которых потребуется время и затраты.

Поиск путей решения задач поддержания оптимального теплового режима МТУ тракторов, в том числе лесопромышленных, а также снижения времени прогрева двигателей до рабочей температуры является актуальным.

Цель работы - обеспечение сокращения времени прогрева рабочих жидкостей систем и агрегатов лесозаготовительных тракторов, эксплуатируемых в суровых климатических условиях, увеличение выходных показателей.

Задачи исследования:

1. Разработать структурную схему формирования и оптимизации показателей температурно-динамических свойств МТУ.

2. Представить техническое решение по прогреву систем и агрегатов трактора, сформировать математическую модель прогнозирования показателей температурно-динамических свойств МТУ.

3. Разработать методику и провести экспериментальные исследования закономерностей формирования температурных режимов МТУ.

4. Исследовать влияние параметров системы прогрева на интенсивность разогрева рабочей жидкости в системах и агрегатах, характеристики выходных параметров трактора.

5. Определить рациональные конструктивные и геометрические параметры устройства для улучшения температурных режимов систем и агрегатов трактора.

Объект исследования - процессы теплообмена в системах и агрегатах лесозаготовительного трактора при разогреве отработавшими газами рабочих жидкостей.

Предмет исследования - влияние параметров рабочего процесса температурного обогрева двигателя на показатели эффективности.

Методы исследования. При выполнении работы использовались стандартные сертифицированные приборы, теория планирования и обработки результатов экспериментальных исследований, стандартные методы оценки погрешности результатов экспериментальных исследований.

Научную новизну работы составляют:

- разработана расчётная модель системы прогрева с использованием в качестве теплонапряж'енного контура отработавших газов двигателя, которая позволила определить рациональные параметры устройства, при которых обеспечивается прогрев за минимальный промежуток времени;

- получены выходные характеристики, которые позволили оценить прогрев рабочих жидкостей систем и дать заключения о влиянии факторов конструкции блока радиаторов, таких как площадь наполнения (Б) и скорость движения газов (V);

- обоснованы характеристики времени прогрева в зависимости от температуры окружающего воздействия, при которых обеспечивается повышение выходной мощности до 5 % и снижение удельного расхода топлива до 7 % соответственно, сокращение времени прогрева до оптимальных температур, что способствует повышению использования лесозаготовительного трактора;

- разработана конструкция устройства регулирования температуры рабочих жидкостей, функциональных систем и агрегатов лесозаготовительного трактора, подана заявка на Патент № 2011149241/20(073923) «Регулирование температуры рабочих жидкостей, систем и агрегатов трактора».

Практическая значимость работы:

Устройство для прогрева рабочих жидкостей функциональных систем и агрегатов лесозаготовительного трактора, которое позволяет обеспечить оптимальный температурный режим МТУ. Представлена программа расчёта и модели теплообменника в зависимости от окружающей среды, которые дают заключения об эффективности использования данной разработки. Разработана конструкция регулирования температурных режимов систем (подана заявка на Патент РФ № 2011149241/20(073923) «Регулирование температуры рабочих жидкостей, систем и агрегатов трактора»). Получены поверхности отклика, уравнения регрессии, которые дали возможность обоснованно определить параметры работы теплообменника (блока радиаторов).

Реализация результатов:

основные положения научно-исследовательской работы внедрены в учебный процесс специальности 150405 СибГТУ (кафедра «Автомобили, тракторы и лесные машины»), где используется методика оптимизации теплового режима МТУ тракторов посредством утилизации тепловой энергии отработанных газов двигателя;

- изобретение по теме научной работы внедрено в производство ООО «Русская инжиниринговая компания», которая занимается эксплуатацией дизельной техники, также внедрено КГАУ «Лесопожарный центр».

На защиту выносятся: научные положения и результаты исследований научно обоснованных технических решений, позволяющие создать принципиально новые конструктивные схемы, в том числе: •

1. Способ прогрева отработавшими газами систем и агрегатов моторно-траисмиссионной установки трактора, целесообразность ее внедрения.

2. Математическая модель процесса формирования прогрева рабочей жидкости в системах и агрегатах лесозаготовительного трактора при работе в суровых климатических условиях.

3. Результаты экспериментальных исследований прогрева при изменении факторов воздействия скорости движения отработавших газов и площади обогрева.

4. Результаты производственного исследования при прогреве и их обоснования, повышение выходных показателей силовой установки и их обоснования, сокращение выхода на оптимальный температурный режим функциональных систем.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической студенческой конференции «Студенческая наука - взгляд в будущее» (ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», 2008 г.); V Всероссийской научно-практической студенческой конференции «Студенческая наука - взгляд в будущее» (ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», 2009 г.); Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу Минсельхоза России по номинации «Агроинженерия» (ФГБОУ ВПО МГАУ, 2008 г.); научно-практической конференции (ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», 12 апреля 2011 г.); VIII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 155-летию со дня рождения К.Э. Циолковского «Молодежь и наука» (ФГАОУ ВПО СФУ, Красноярск, 24 апреля 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 6 -в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 38 таблиц. Список литературы состоит из 217 наименований, в том числе 3 -на иностранном языке. Приложения изложены на 12 страницах.

Личный вклад. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, представленные в диссертации, получены автором лично. Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве с научным руководителем, заключается в обсуждениях и постановке задач на этапах научной работы, в получении, анализе, оформлении и внедрении полученных результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены научная цель и практическая значимость работы, приведены основные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первом главе проведён анализ эксплуатации лесозаготовительных. тракторов, рассмотрены температурные показатели их использования в холодное время года. Большой вклад в изучение зимней эксплуатации тракторов внесён: К.В. Филимоновым, В.Н. Холоновым, В.Ф. Полетайкиным, В.Г. Мельниковым, C.B. Каверзиным, Д.А. Антонецем, A.M. Бородичем, Г.И. Гладковым, И.Г. Верхозиным, Г.Д. Гриффеном, B.C. Козловым, С.Н. Орловским, Н.С. Па-сечниковым, М.П. Хомутовым и многими другими. В работах этих авторов рас- . сматривается работоспособность систем и агрегатов тракторов при воздействии на них низких температур окружающей среды.

На основании выполненного анализа состояния вопроса и цели работы, 1 были сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе представлена предлагаемая схема технического решения повышения эффективности работы моторно-трансмиссионной установки трактора за счёт разогрева рабочих жидкостей его функциональных систем и агрегатов посредством утилизации тепловой энергии отработанных газов двигателя.

С целью повышения эффективности использования систем и агрегатов МТУ фактора предложено использовать выхлопные газы для обогрева блока радиаторов в зимнее время (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схема подключения обводного канала подачи отработавших газов при прогреве систем и агрегатов трактора

Устройство содержит двигатель 1, турбокомпрессор 11 в составе турбинного 19 и компрессорного 20 колес, агрегат трансмиссии 2, вентилятор 3, созидающий воздушный поток в кожухе радиаторов, жалюзи 9, следящий электронный блок управления 21, регулятор положения жалюзи 22, датчик температуры 23, блок радиаторов 8 и впускной канал 17. Воздухонапорный патрубок турбокомпрессора подключён к впускному трубопроводу, а газоприёмный патрубок -к выхлопному коллектору с диффузором 10. Радиаторы системы охлаждения двигателя 4, охлаждения системы смазки 5, агрегаты трансмиссии 6 и охладитель наддувочного воздуха (ОНВ) 7 установлены в блок радиаторов 8. Он связан с магистралью выпуска отработавших газов через запорный клапан 13, выполненный в виде регулятора расхода 12, снабженный двумя впускными и двумя выпускными отверстиями и имеющий поршень 14, пружину сжатия 16 и газовый клапан 13. Во впускном отверстии блока радиаторов, выполненном заодно с первым отверстием регулятора расхода, установлен газовый клапан 13, второе отверстие регулятора расхода сообщено с атмосферой, в нем расположен воздушный клапан 18, а оба выпускные отверстия сообщены с кожухом блока радиаторов через исполнительный механизм 24 с регулированием газовой заслонкой 25.

С целью повышения эффективности использования агрегатов трактора предложено использовать выхлопные газы для обогрева блока радиаторов в зимнее время. Для оценки целесообразности такого решения выполнены численные исследования интенсивности прогрева рабочих жидкостей на упрощенной одномерной четырёхслойной модели блока радиаторов, включающей в себя металл стенки блока радиаторов (сталь 12МХ), слой воздуха внутри блока, слой стенки трубки радиатора (медь) и слой рабочей жидкости в количестве 48 дм3.

С использованием программы ELCUT версии 5.8 методом конечных элементов решалась одномерная, нелинейная, нестационарная задача теплопроводности при граничных условиях третьего рода (конвективный теплообмен со стороны газов). Толщина слоя рабочей жидкости соответствует ее объёму в параллелепипеде с заданной площадью основания. Температура выхлопных газов 715 °С, полное время прогрева всего объёма рабочей жидкости определяется по выражению

х" = t'V/F • h, (1)

где т' - расчётное по математической модели время прогрева жидкости (с) до температуры 80 °С;

V - полный объём рабочей жидкости, м3;

F - площадь обогрева блока в зоне расчётного радиатора, м2;

h - толщина слоя рабочей жидкости, м.

На рисунке 2 показана одномерная, сеточная модель прогрева жидкости, содержащая 10-40 тысяч узлов.

Рисунок 2 — Сеточная модель прогрева жидкости

Исследования интенсивности прогрева рабочих жидкостей выполнены на упрощенной, одномерной, четырехслойной модели блока радиаторов, включающей в себя металл (медь) и слой охлаждающей жидкости (тосола А-40) (рисунок 3).

Рисунок 3 - Упрощенная математическая модель блока радиаторов

Толщина слоя охлаждающей жидкости - 10 мм, слоя воздуха - 10 мм определены по моделированию с использованием программы ELCUT версии 5.8, температуре выхлопных газов 715 °С и начальной температуре окружающего воздействия минус 30 °С.

Рисунок 4 - Граничные условия третьего рода на внешней границе колсуха радиаторов

Толщина слоя наддувочного воздуха - 10 мм, слоя воздуха до радиатора 5С= 50 мм, количество проходящего воздуха - 24 дм3 в секунду, из выражения

Ов = Ст ■ 14,354 ■ а, (2)

конвекция: Гп - гл (Т-Т0) а- [T2Ö (Вт/Км2)

Т0 = ¡273+715 ~~ <К>

где

а- коэффициент избытка воздуха;

От - массовый расход топлива двигателем;

Ов - массовый расход воздуха.

Рисунок 5 — Расчётная зависимость температуры охлаждающей жидкости от времени при прогреве отработавшими газами

11 омный

воздух Медь

трубки, 2 мм

X

Сталь кожуха 12МХ. мм

Рисунок 6 - Математическая модель блока радиаторов при прогреве наддувочного воздуха системы (ОНВ)

Граничные условия приведены на рисунке 6. Начальная температура слоев модели принята равной минус 30 °С.

Объект регулирования и регулятор температуры образуют контур регулирования температуры масла /„. При отклонении регулируемой величины от установленного уровня объект регулирования действует на регулятор, который оказывает обратное регулирующее воздействие ц через регулирующий орган (изменение теплоотвода в окружающую среду через охладитель).

Рисунок 7 - Расчётная зависимость системы охлаждения наддувочного воздуха от времени при прогреве отработавшими газами

На рисунке 8 представлена схема системы автоматического регулирования температуры рабочих жидкостей МТУ трактора.

Рисунок8 — Схема системы автоматического регулирования т емпературы рабочихжид костей МТУ трактора 10

Существенное влияние на работу контура регулирования 1м оказывает обобщённый внутренний фактор С/ , характеризующий техническое состояние маслонасоса, уплотнений масло-подвода и фрикционных муфт. САР подвержена также внешним воздействиям, характеризующим нагрузочно-скоростные режимы Л, , погодно-производственные условия /0' и задающие настройки регулирующего органа т]. Применительно к гидравлической системе КП в состав регулятора входит редукционный клапан и клапан ограничения давления в системе смазки.

Эффективность функционирования САР можно оценить статической характеристикой системы, представляющей зависимость = /(N«,17£/,,«,77) в установившемся режиме, а способность объекта приходит после возмущения в новое установившееся состояние без вмешательства регулятора самовыравниванием. Математическую модель статической характеристики САР температуры гидравлической системы КП можно представить схемой (рисунок 9) и системой уравнений теплового баланса.

Рисунок 9 - Математическая модель статической характеристики САР температуры масла в гидравлической системе КП

Ъкп = +<3Р;

<2 кп =(N.-^„11-7 го(01

' 0, =©2 +03; ' ' а, = ©'(г.„ -{гшж)

где ()кп - расчётная величина потерь мощности в КП; ??,,„('„) - математическое ожидание эффективной мощности, подведённой к КП с учётом потерь на привод насосов NПp, и расчётная величина используемого КПД КП в функции

от температуры масла; ссг^^ — соответственно средний по поверхности коэффициент лучисто-конвективной теплоотдачи и площадь поверхности теплоотдачи КП в окружающую среду; О.отв, 0Р - соответственно интенсивность теп-лоотвода в окружающую среду через наружную поверхность КП и охладитель; Кр,Рр - соответственно коэффициент теплопередачи и площадь поверхности охлаждения охладителя масла; = (/„ - ¿ял-); - эквивалентная температура воздуха, учитывающая совместное охлаждающее воздействие окружающей температуры и действительной скорости обдува Уд поверхности ¡ни - средняя по поверхности температура наружной стенки корпуса

КП; ©2 =Смд'м1ри - удельный тепловой поток, переносимый маслом из КП в охладитель и обратно; - поток масла плотностью р„ и теплоёмкостью См через охладитель; греьа - температура масла на выходе из охладителя; дмЪ - поток масла, соответствующий суммарной утечке масла в гидросистеме КП; q„г - поток масла через редукционный клапан в систему смазки и охлаждения.

Для математической модели (рисунок 9) при любом техническом состоянии КП в установившемся режиме

!©,=©, +03

|©2 = ©2 + ©2 (4)

Решая совместно уравнения системы (4), обозначив «г/7^ = а, КрРр = в, после соответствующих преобразований получим значение установившейся температуры масла:

а + в а + в

Таблица 1 - Температуры математической модели параметров теплонапряженности коробки передач (КП)

№н., кВт 1о("С)/ Уд.(м/с) 1о3,"С 1о,°С ^нас С/тгах Сс | Д1р,ис Стах Ор-. кВт

125 30/0 35 32,8 140 120 13,3 0,58 0,50 11,8

В третьей главе представлены программа и методы проведения производственных испытаний, а также параметры и характеристики объектов исследования, регистрационной измерительной аппаратуры, оборудования для подтверждения основных теоретических положений по эффективности применения системы прогрева.

Разработан план эксперимента (З2), состоящий из 9 опытов, 2 независимых друг от друга факторов, 3 уровней варьирования различных комбинаций. Скорость отработавших газов, проходящих через теплообменник, изменяется в пределах от 7 до 11 м/с, и площадь наполнения газами - от 0,49 до 0,70 м .

Проводилась регистрация времени прогрева на переоборудованном экспериментальном образце трактора Т-150К. За один опыт учитывались время прогрева в зависимости от варьирования факторов, системы питания ОНВ, так как эта система имеет оптимальный диапазон температур 45-60 С, и далее температуры систем охлаждения, смазки двигателя и системы питания гидравлической коробки передач трактора, так как их оптимальная температура составляет 80-90 °С.

Расчёты и получение параметрических моделей в виде уравнений и графических интерпретаций данных производились с помощью составленных программ и приложений в Microsoft Office 2007 (EXEL с приложением «Анализ данных») Maiple 10. Data Fit (version 9.059 Oakdale Engineering).

В четвертой глапе по результатам полученных значений следует, что при диапазоне температуры охлаждающей жидкости 65-105 °С достигается 5 % увеличения выходной мощности и снижение удельного расхода топлива на 7 %.

С целью обоснования параметров, характеризующих режим работы системы разогрева отработавшими газами, были проведены лабораторные исследования методом активного планирования эксперимента. По результатам расчётов экспериментальные величины G-критерия Кохрена оказались меньше табличных значений, следовательно, гипотеза об однородности дисперсий не отвергается.

Расчёт коэффициентов регрессии и статистическая обработка данных проводились при помощи компьютерной программы Data Fit.

Математические модели имеют вид:

- для систем смазки, охлаждения двигателя и жидкости КП:

Y/ = b0 b,x,+ b2x2+x b,2xI x2+b,,xi2 + b22x,x2; (6)

Таблица 2 - Коэффициенты регрессии для модели (6)

Коэффициент Значение

bo 2826,26

ь, 207,5

ы -7,92

Ьп -208,33

Ьи -8365,74

Ъ22 8564,81

- для системы охлаждения наддувочного воздуха (ОНВ):

У2 = Ъ0 Ь/Х1+ Ь2 *х}+х ЪпХ1 х2+ЬцХ12 + Ъ22х1х2. (7)

Таблица 3 - Коэффициенты регрессии для модели (7)

Коэффициент Значение

Ъо 2548,12

ъ, 192,04

ъ2 -7315,51

Ъ,2 -260,42

Ъц -5,33

ь22 8038,41

Факторы X, = скорость (V, м/с) и Х2 - площадь нахождения газов в блоке радиаторов м2). Полином имеет порядок второй степени, которой для практического описания большинства технологических процессов в лесном хозяйстве и других отраслях бывает достаточно.

После подстановки полученных коэффициентов регрессии модели (5) и (6) для каждого параметра оптимизации примут вид:

- по системе охлаждения, смазки двигателя и системе питания трансмиссии:

У, = 2826,62 + 207,5-Х, + (-8365,74)-Х2 + (-208,33)-ХГХ2 + (-7,92)-Х,2 + + 8564,81-Х/; (8)

— по системе ОНВ:

У2 = 2548,12 + 192,04-Х, + (-7315,51)-Х2 + (-260,42)-Х,-Х2 + (-5,33)-Х,2 + + 8038,41-Х2. (9)

Результаты прогрева систем и агрегатов трактора отработавшими газами, полученные уравнения регрессии и поверхности отклика указывают на эффективность значений факторов скорости (V, м/с) и площади (Р, м2).

Таблица 4 - Время прогрева агрегатов и систем трактора, с

Экспериментальное Моделирование

1050 966

800 876

1100 1060

1200 1210

970 1160

900 860

1300 1175

1000 1146

1080 1081

Таблица5 - Время прогрева системы ОНВ, с

Э ксп ер и м ен тал ьн о е Моделирование

1000 896

740 827

1060 1034

1200 1210

1170 1172

920 1030

870 815

1240 1128

960 1102

1104 1030

Результаты регрессионного анализа указали на стати ста чес кую значимость всех коэффициентов вуравнениях регрессии .Значимость коэффициентов при квадратичных членах подтвердила адекватность описания процессов полиномами второй степени. Расчётное значение критерия Фишера оказалось меньше соответствующего критического значения, следовательно, полученные уравнения адекватно описывают процесс прогрева систем трактора. Затем производилось построение трехмерных поверхностей отклика с помощью пакета программ Maple 10. На рисунках 10, 11 представлены поверхности отклика в зависимости от независимых факторов скорости (V, м/с) и площади (F.M2) нахождения газа в блок-радиаторе. Из поверхности отклика следует, что при значении факторов сю роста газов 11 м/с и площади 0,70 м2 достигается прогрев систем за кротчайшее время (13,5 мин) по сравнению с другими, что говорито целесообразности принятия данных значений.

Ту сек

К м V. м/с

Рисунок 10- Влияние скорости отработавишхгазов и рабочей площади блока радиаторов

с з г. м

Рисуно к 11 — Влияние скорости отработавишх газов и рабочей площади блока радиаторов системы ОНВ

Система ОНВ имеет оптимальную температуру 60 °С, следовательно, эксперимент показал, что эффективно использовать площадь (0,58 м2) и скорость отработавших газов 11 м/с, что обеспечит оптимальный прогрев, так как радиатор системы ОНВ находится в общем блоке радиаторов, имеющих рабочую температуру 70-80 °С, тем самым установка данных факторов обеспечивает более рациональное использование и настройку. Также можно визуально сравнить поверхности отклика каждых выходных показателей времени прогрева в зависимости от факторов и проследить эффективность работы.

Таблица 6 - Требования к параметрам функциональных систем и агрегатов трактора при эксплуатации

Управляемые параметры и зоны использования Критерий оценки Технические требования на параметры, °С

t. ож. t. не. t. КПП. t. мту

Оптимальные N 1 * вых max Ц вых min 80-90 35-55 60-80 90-105 63-73 71-85

Эксплуатационный максимальные выхтт< 5 % 100-105 65-70 60-65 92-95 115-120 80-90 90-95

Эксплуатационные минимальные Л №выхтах<5% ¿Я" вых тп< 5 % 60-65 67-72 20-25 22-25 40-45 75-77 45-55 58-63

Зона целесообразного использования силового агрегата ¿№еыхтах<5% Aq °выхть <5% 60-105 65-105 25-65 25-65 40-95 75-120 45-90 58-99

Таблица 7 - Оптимальные параметры систем, полученные при анализе поверхностей отклика

Система Температура оптимальная, °С Время прогрева, с Скорость газов, м/с Площадь, м2

ОНВ 60 870 11 0,58

Системы охл. см. 75-85 800 11 0,70

Анализ поверхностей отклика, полученных при помощи лицензируемой программы Maple 10 (version 9.059 Oakdale Engineering), позволил определить оптимальные значения факторов.

Рисунок 12 - Сравнительная характеристика прогрева системы: 1 — зависимость стандартной системы прогрева; 2 — зависимость экспериментальной системы прогрева; 3 — зависимость, полученная при моделировании; 4 - зависимость, полученная при расчёте с использованием программы «ЕЬСиТ» методом конечных элементов

Рисунок 13 - Сравнительная характеристика прогрева системы ОНВ: I - зависимость стандартной системы прогрева ОНВ; 2 - зависимость экспериментальной системы прогрева ОНВ; 3 - зависимость, полученная при моделировании ОНВ; 4 - зависимость ОНВ, полученная при расчёте с использованием программы «ELCUT» методом конечных элементов

Р 100

Предлагаемая адаптация МТУ к низким температурам на основе системной оптимизации параметров и характеристик теплообмена агрегатов с окружающей средой позволила сохранить рациональные выходные показатели в диапазонах температуры окружающего воздуха от минус 32 °С до минус 10 °С и от минус 38 С до минус 6 °С (КП, ПНХ). С учётом весомости выходных показателей агрегатов и значимости управляемых параметров, а также характеристики погодно-климатических условий региона, целесообразно использовать подогрев внешних охлаждающих контуров системы ОНВ дизеля и энергоемких агрегатов трансмиссии при переходе на зимнюю эксплуатацию. Результаты экспериментальной оценки системы оптимизации температурно-динамических свойств МТУ тракторов, полученные в ходе сравнительных эксплуатационно-технологических испытаний, подтвердили целесообразность и достаточную эффективность предлагаемых методов и оптимальный температурный режим технических решений.

Установившийся тепловой режим функциональных систем и агрегатов в процессе рабочего хода, воздействуя на энергетические и топливные параметры, определяет выходные показатели МТУ.

Характеристики рабочего процесса при изменении теплового режима и параметров внешней среды формируют эффективные показатели дизелей. Результаты однофакторных экспериментов позволили установить зависимости показателей работы двигателя в номинальном режиме от воздействия окружающей температуры. При этом следует отметить, что понижение температуры топлива, обусловленное уменьшением to и tox, сопровождается ростом цикловой подачи, который составил 0,3-0,5 % и 0,6-0,8 % на каждые 10 °С, при снижении температуры окружающего воздуха и охлаждающей жидкости соответственно.

Параметры температурно-динамических характеристик и цикловой подачи топлива дизеля СМД-66 за счёт использования штатных средств регулирования теплового режима обеспечивают рост эффективности рабочего процесса при снижении to до минус 15 °С на установленном температурном режиме. На каждые 10 °С увеличения температуры t0 приходится повышение до 1 % эксплуатационной мощности и 0,7 % топливной экономичности. Дальнейшее понижение to до минус 40 °С ввиду ухудшения параметров рабочего цикла и роста механических потерь приводит к снижению эффективных показателей дизеля до 5 %, перепуск наддувочного воздуха сопровождается ростом эффективности рабочего процесса при понижении температуры t0 до минус 40 °С. На каждые 10 °С снижения температуры прирост Na и уменьшение gm составили 1,5 и 1,2 % соответственно. При температуре воздуха ниже минус 15 °С эффективность рабочего процесса дизелей становится выше при прогреве, чем с использованием штатных средств регулирования теплового режима.

Процесс прогрева дизеля от начальной до рабочей температуры охлаждающей жидкости 85-95 °С сопровождается пропорциональным повышением температуры моторного масла, наддувочного воздуха. Максимальный индикаторный КПД дизеля СМД-66 соответствует температуре охлаждающей жидкости 80-95 °С, а наивысшая индикаторная мощность - при минимальном отношении температуры охлаждающей жидкости 75-80 °С.

Рисунок 14 - Зависимости индикаторных показателей двигателя от теплового режима

Зависимости индикаторных показателей от теплового режима обусловлены комплексным влиянием изменяющихся параметров подачи топлива и воздуха, а также возрастающим теплосодержанием отработавших газов. Механические потери при повышении температурного режима уменьшаются из-за снижения потерь на трение, затрат на привод турбокомпрессора, газообмен и стабилизируются при температуре моторного масла 95-100 °С. Соотношение индикаторных показателей и механических потерь при температуре рабочих сред определяет зависимости эффективной мощности и топливной экономичности дизеля. Максимальное значение эффективной мощности дизеля достигается при температуре охлаждающей жидкости 80-90 °С, температуры масла в системе смазки двигателя 90-105 °С, температуре наддувочного воздуха 35-55 °С, при этом повышаются энергетические и топливные показатели на 6-7 % соответственно.

В пятой главе рассматриваются результаты применения выполненной научно-исследовательской работы, которая является составной частью комплексных исследований по повышению степени использования потенциальных возможностей силовых агрегатов и функциональных систем лесозаготовительных тракторов, ока входит в межведомственную координационную программу фундаментальных и приоритетных, прикладных исследований по научному обеспечению. Годовой экономический эффект от внедрения системы прогрева за счёт снижения расхода топлива, увеличении времени смены работы трактора и объёма перевозимого груза на 936 м3 за сезон холодов составляет 45 667,2 руб. в год при сроке окупаемости 1,33 года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Разработано устройство регулирования температурного режима функциональных систем и агрегатов лесозаготовительного трактора, которое обеспечивает разогрев рабочих жидкостей отработавшими газами двигателя при работе моторно-трансмиссионной установки в условиях низких температур окружающего воздействия.

2. Получены математические модели прогрева рабочих жидкостей в блоке радиаторов, которые позволили установить, эффективность использования для разогрева отработавшими газами рабочих жидкостей функциональных систем трактора при температуре окружающего воздействия от минус 15 °С до минус 38 °С, дали возможность определить независимые факторы, воздействующие на процесс прогрева, которые изменялись в параметрах: скорости отработавших газов V — (7; 9; 11 м/с) и площади наполнения (Б = 0,46; 0,58; 0,70 м2). В результате теоретического исследования получены зависимости температур рабочих жидкостей от продолжительности разогрева систем, которые говорят об эффективности применения отработавших газов для прогрева рабочих жидкостей систем при минус 30 °С, системы прогреваются за 480 с (8 мин) до оптимальной температуры.

3. Представлены математические модели систем питания коробки переключения передач и системы питания воздухом с охлаждением наддувочного воздуха, по которым определены показатели работы систем в зависимости от температуры окружающей среды, количество тепла в системах при работе, отводимое радиатором в атмосферу. Выделение теплоты от сгорания дизельного топлива составляет 97,51 кВт, а для прогрева рабочих жидкостей систем и агрегатов моторно-трансмиссионной установки необходимо затратить 61,02 кВт.

4. По результатам теоретических исследований был разработан план проведения опытов при планировании и проведении эксперимента, согласно которому выполнялись испытания. Поверхности отклика дали определить рациональные значения факторов при работе трактора. Уравнения регрессии позволили дать адекватную модель выходных показателей (времени прогрева рабочих жидкостей систем) с погрешностью, составляющей 4 %, по результатам эксперимента и модельных значений, полученных при расчёте. Установлено, что прогрев радиатора охлаждения наддувочного воздуха дизеля при температуре окружающего воздуха ниже минус 10 °С позволил повысить выходную мощность силового агрегата до 5,2 % и снизить удельный расход топлива до 7 %.

5. Эксперимент показал, что при значении скорости отработавших газов через блок радиаторов 11 м/с и площади системы охлаждения, смазки и системы коробки переключения передач 0,70 м2 осуществляется прогрев до оптимальной температуры за 6,61 мин - до 85 °С. При штатной -системе это время составляет 20 мин, и при этом температуры рабочих жидкостей не выходят на температурный рабочий режим при температуре окружающей среды минус 30 °С, а для системы охлаждения наддувочного воздуха рациональным параметром является площадь 0,58 м2, при этом достигается 5,2 % повышение выходной мощности

моторно трансмиссионной установки и 7 % снижение удельного расхода топ> лива соответственно. Погрешность теоретических значений, полученных при моделировании и экспериментальных исследований, составляет 9 %, что говорит о достоверности полученных значений.

6. Годовой экономический эффект от внедрения системы прогрева за счёт снижения расхода топлива, увлечения времени смены работы трактора и объёма перевозимого груза на 936 м3 за сезон холодов составляет 45 667,2 руб. в год при сроке окупаемости 1,33 года.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы: а) в рекомендованных ВАК изданиях:

1. Пат. 2369788 Российская Федерация, МПК5' F16H41/30 (2006). Система охлаждения-гидромеханической трансмиссии / MJB. Куликов, Н.И. Селиванов, A.B. Кузнецов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО КрасГАУ. -№ 2008105090/11; заявл. 11.02.08; опубл. 10.10.09. - 2 с.

2. Куликов, М.В. Температурный режим и показатели работы моторно-трансмиссионной установки трактора / М.В. Куликов, Н.И. Селиванов // Вестник КрасГАУ. - 2010. - № 6. - С.16-18.

3. Куликов, М.В. Регулятор температуры рабочих жидкостей систем и агрегатов трактора / М.В. Куликов, С.Н. Орловский, A.B. Сентябов // Строительные и дорожные машины. - 2012. - № 8. - С. 30-31.

4. Куликов, М.В. Прогрев систем и агрегатов трактора отработавшими газами при работе в условиях пониженных температур / М.В. Куликов, С.Н. Орловский // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. - № 12. - С. 45-47.

5. Куликов, М.В. Результаты исследований динамики прогрева систем и агрегатов трактора при низких температурах / М. В. Куликов, С.Н. Орловский // Строительные и дорожные машины. — 2012. — № 9 - С. 45—46.

6. Куликов, М.В. Прогрев рабочих жидкостей систем и агрегатов трактора выхлопными газами при низких температурах работы трактора Т-150К / М.В. Куликов, С.Н. Орловский // Вестник КрасГАУ. - 2012. - № 8. - С. 116- 121.

б) в других изданиях:

7. Куликов, М.В. Оптимизация температурно-динамических качеств гидромеханической трансмиссии трактора ВТ-175 при изменении условий эксплуатации / М.В. Куликов, A.B. Кузнецов // Студенческая наука - взгляд в будущее: мат-лы Всерос. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных. Ч. 4. - Красноярск, 2008. - С. 133-134.

8. Куликов, М.В. Оптимизация температурно-динамических свойств гидромеханической трансмиссии трактора ВТ-175 при изменении условий эксплуатации / М.В. Куликов, A.B. Кузнецов // Студенческая наука - взгляд в будущее: мат-лы Всерос. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных. Ч. 4. - Красноярск, 2010. - С. 115-117.

9. Куликов, М.В. Регулирование температуры рабочих жидкостей, систем и агрегатов трактора / М.В. Куликов, Н.И. Селиванов // Инновации в науке и образовании: мат-лы Всерос. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных. Ч. 2. - Красноярск, 2011. - С. 104-105.

10. Куликов, M.B. Прогрев систем и агрегатов трактора отработавшими газами при низких температурах окружающей среды / М.В. Куликов, С.Н. Орловский // Мат-лы VIII Всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных, посвященной 155-летию со дня рождения К.Э. Циолковского. -URL: www.conf.sfii-kras.ru.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные подписью и печатью учреждения, просим направлять по адресу: 660049 г. Красноярск, пр. Мира 82, СибГТУ, учёному секретарю диссертационного совета Д 212.253.04. A.B. Ме-лешко

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г. Подписано в печать 20.03.2013. Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1. Печать - ризограф. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Закат № 445 Издательство Красноярского государственного аграрного университета 660017, Красноярск, ул. Ленина, 117

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФБГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

На правах рукописи

КУЛИКОВ МАКСИМ ВИКТОРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ТРАКТОРОВ ПУТЁМ УЛУЧШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХРЕЖИМОВИХ СИСТЕМ И АГРЕГАТОВ

Специальность 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного

хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

СО

т—

О

см

со о

00 о

Научный руководитель: к.т.н., доцент.С.Н.Орловский

КРАСНОЯРСК-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................3

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.........................8

1.1 Тракторные агрегаты и задачи их исследования........................................8

1.2 Показатели температурно-динамических свойств трактора и их формирование.....................................................................................12

1.3 Особенности функционирования лесозаготовительных тракторов................21

1.4 Основные направления улучшения температурных режимов

тракторов............................................................................................24

1.5 Выводы по первой главе цельисследований.............................................28

2ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИУЛУЧШЕНИЯТЕМПЕРАТУРНО-ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИСТЕМ И АГРЕГАТОВ

ТРАКТОРА.........................................................................................29

2.1 Разработка конструкции устройства регулирования температуры рабочих

жидкостей, систем и агрегатов трактора....................................................................29

2.20пределение параметров прогрева блока радиаторов..................................39

2.2.1Теоретическиеисследования интенсивности прогрева системы жидкостного

охлаждения двигателя............................................................................47

2.2.2Теоретические исследования интенсивности прогрева системы наддувочного

воздуха двигателя................................................................................49

2.2.3Теоретическиеисследования интенсивности прогрева системы смазки

двигателя...........................................................................................52

2.2.4Теоретическое определение интенсивности прогрева системы смазки

агрегата трансмиссии............................................................................55

2.3 Прогнозирование температурно-динамических параметров трактора...........57

2.4Разработка теоретической модели прогрева функциональных систем...........61

2.4.1 Математическая модель агрегата трансмиссии трактора..........................62

2.4.2 Математическая модель системы питания воздухом двигателя..................66

2.5 Выводы по второй главе...................................................................68

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ..............................................................................70

3.1 Программа исследований...................................................................70

3.2Макетный образец системы подключения обводного канала систем и агрегатов при прогреве МТУ трактора....................................................................71

3.3 Экспериментальная установка для исследования автоматической системы прогрева систем и агрегатов.....................................................................74

3.4 Методика проведения опытов..............................................................78

3.5 Матрица планирования эксперимента...................................................85

3.6 Выводыпотретей главе......................................................................92

4РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХИСЛЕДОВАНИЙ..................94

4.1 Проведение экспериментальных исследований и статистическая обработка полученных результатов...........................................................................................94

4.2 Исследования экспериментальной и штатной систем охлаждения агрегатов трактора при низких температурах............................................................99

4.3 Оценочные показатели работы функциональных систем и агрегатов трактора............................................................................................102

4.4 Влияние температурного режима на показатели работы...........................104

4.5 Использование тракторных агрегатов при пониженных

температурах......................................................................................105

4.6 Объём работ, выполняемый лесозаготовительным трактором при оптимизации температурных режимов.......................................................................107

4.7 Выводы по четвертой главе...............................................................109

5 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...........................................111

5.1 Общие положения работы...................................................................111

5.2 Определение затрат на изготовление и монтаж устройства регулирования теплового режима систем и агрегатов трактора..........................................112

5.3 Определение заработной платы рабочих, занятых при изготовлении внедряемой разработки.........................................................................113

5.4 Определение расходов на содержание системы регулирования теплового режима трактора Т-150К......................................................................115

5.5 Определение амортизационных и ремонтных отчислений.........................117

5.6 Определение затрат на эксплуатацию агрегата.......................................119

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ........................................................125

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.......................................127

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................148

Приложение А- Теплопроводности и теплоёмкости материалов слоёв

математической модели........................................................................149

Приложение Б- Результаты расчёта температуры выхлопных газов при холодном

запуске двигателя трактора...................................................................155

Приложение В- Средства измерений, применяемые при работе по теме

диссертации......................................................................................156

Приложение Г - Таблица - Физических и теплофизических свойств воздуха.... 15 7

ПриложениеД-Акт внедрения результатов диссертационной работы............158

Приложение Е- Акт внедрения результатов диссертационной работы..............159

Приложение Ж-Акт внедрения результатов диссертационной работы............160

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Технический прогресс в лесозаготовительной промышленности зависит от применяемых технологических процессов, технического уровня лесосечных и лесотранспортных машин, а также эффективности их эксплуатации. В лесозаготовительной промышленности на долю оборудования и инструмента приходится более половины вложений. Исследование российских ученых и зарубежный опыт свидетельствует об актуальности внедрения технологических процессов заготовки древесины, основанных на применении колесных лесопромышленных тракторов. Выпускаемые в настоящие время в России лесопромышленные трактора на базе промышленных и сельскохозяйственных тракторов имеют ограниченное применение на лесозаготовках. Они не могут полностью заменить выпуск специальных лесопромышленных тракторов.

Районы Сибири, в том числе и Красноярский край, с отраслями заготовки леса и интенсивным использованием машинно-тракторного парка (МТП) относятся к северной климатической зоне эксплуатации лесозаготовительных тракторов По условиям эксплуатации автомобилей и тракторов для заготовки и транспортировки леса эти географические районы относят к холодной и суровой климатическим зонам, поскольку зимние температуры воздуха достигают -30...-40 °С, а снежный покров толщиной до 0,5 - 1,0 метров лежит более шести месяцев. Применение лесозаготовительных тракторов круглый год обусловлено непрерывностью производственного процесса.

В настоящие время на ОАО «Онежский тракторный завод» создается семейство перспективных колесных лесопромышленных тракторов с колесной формулой 4К4 используемые для трелёвки и вывозки древесины. Специфические условия работы лесопромышленных тракторов накладывают особое требование на их конструкцию и оптимизацию температурного режима. Применение на отечественных тракторах простых механических ступенчатых коробок передач даже с переключением на ходу, как на тракторе Т - 150К, Т - 157, ХТЗ не

отвечает современным требованиям в условиях работы при пониженных температурах.

Для безотказной работы двигателя и агрегатов трактора, очень важна поддержка температурного режима эксплуатации. При выдерживании температурного режима, двигатель и все его агрегаты, работают долго и без отказов. Нарушение же температурного режима влечёт за собой значительное количество поломок, вплоть до полного выхода деталей и узлов из строя. Для тракторов нормальная работа механизмов двигателя обеспечивается при температуре охлаждающей жидкости 85 - 95°С. Эксплуатация двигателя как при более низких, так и при более высоких температурах крайне негативно сказывается на его состоянии. В основном происходит значительная потеря мощности и, соответственно, перерасход топлива. Также двигатель может выйти из строя, что приведет к разрушению ряда деталей, для восстановления которых потребуются затраты времени и средств.

Одним из путей решения проблемы обеспечения работоспособности и повышения эффективности эксплуатации лесозаготовительной техники в условиях низких температур является совершенствование систем охлаждения и питания двигателя воздухом за счёт их прогрева отработавшими газами двигателя. Конструкция такого устройства принципиально новая, поэтому определение влияния параметров, факторов на процесс прогрева рабочих жидкостей трактора является актуальным направлением исследования.

Целью диссертационной работы является - Обеспечение сокращения времени прогрева рабочих жидкостей систем и агрегатов лесозаготовительных тракторов, эксплуатируемых в суровых климатических условиях, увеличение выходных показателей.

Задачи исследования:

1. Разработать структурную схему формирования и оптимизации показателей МТУ;

2. Представить техническое решение по прогреву систем и агрегатов трактора, сформировать математическую модель прогнозирования показателей температурно - динамических свойств МТУ;

3. Разработать методику и провести экспериментальные исследования закономерностей формирования температурных режимов МТУ;

4. Исследовать влияние параметров системы прогрева на интенсивность разогрева рабочей жидкости в системах и агрегатах, характеристики выходных параметров трактора;

5. Определить рациональные конструктивные и геометрические параметры устройства для улучшения температурных режимов систем и агрегатов трактора.

Объект исследования - процессы теплообмена в системах и агрегатах лесозаготовительного трактора при разогреве отработавшими газами рабочих жидкостей.

Предмет исследования - влияние параметров рабочего процесса температурного обогрева двигателя на показатели эффективности.

Методы исследования - при выполнении работы использовались стандартные сертифицированные приборы, теория планирования и обработки результатов экспериментальных исследований, стандартные методы оценки погрешности результатов экспериментальных исследований.

Научную новизну работы составляют:

- разработана расчетная модель системы прогрева с использованием в качестве теплонапряженного контура отработавшие газы двигателя, которая позволила определить рациональные параметры устройства при которых обеспечивается прогрев за минимальный промежуток времени;

- получены выходные характеристики, которые позволили оценить прогрев рабочих жидкостей систем и дать заключения о влиянии факторов конструкции бока радиаторов такие как площадь наполнения (Р) и скорость движения газов (V);

- обоснованы характеристики времени прогрева в зависимости от температуры окружающего воздействия, при которых обеспечивается повышение выходной мощности до 5% и снижения удельного расхода топлива до 7% соответственно, сокращение времени прогрева до оптимальных температур.

- разработано устройство регулирования температуры рабочих жидкостей, функциональных систем и агрегатов лесозаготовительного трактора, подана заявка на патент № 2011149241/20(073923) «Регулирование температуры рабочих жидкостей, систем и агрегатов трактора».

На защиту выносятся: научные положения и результаты исследований научно обоснованных технических решений, позволяющие создать принципиально новые конструктивные схемы, в том числе:

1. Способ прогрева отработавшими газами систем и агрегатов моторно-трансмиссионной установки трактора, целесообразность ее внедрения;

2. Математическая модель процесса формирования прогрева рабочей жидкости в системах и агрегатах лесозаготовительного трактора при работе в суровых климатических условиях;

3. Результаты экспериментальных исследований прогрева при изменении факторов воздействия скорости движения отработавших газов и площади обогрева;

4. Результаты производственного исследования при прогреве и их обоснования, повышение выходных показателей силовой установки и их обоснование, сокращение выхода на оптимальный температурный режим функциональных систем.

Практическая ценность работы: Устройство для прогрева рабочих жидкостей функциональных систем и агрегатов лесозаготовительного трактора, которое позволяет обеспечить надлежащий температурный режим МТУ. Представлена программа расчета и модели теплообменника в зависимости от окружающей сред, которые дают заключения об эффективности использования данной разработки. Разработана конструкция регулирования температурных режимов систем (подана

заявка на Патент РФ № 2011149241/20(073923). «Регулирование температуры рабочих жидкостей, систем и агрегатов трактора»). Получены поверхности отклика, уравнения регрессии, которые дали возможность обоснованно определить параметры работы теплообменника (блока радиаторов).

Публикации - основное содержание работы опубликовано в 10 статьях, из них в 6 изданиях, рекомендованном в перечне ВАК.

Апробация работы - Диссертационная работа выполнена в ФБГОУ ВПО Крас ГАУ 2009 - 2012 годах. Основные положения работы докладывались: на Всероссийской научно - практической студенческой конференции «Студенческая наука - взгляд в будущее» - ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» - 2008 год. ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» на V Всероссийской научно - практической студенческой конференции «Студенческая наука взгляд в будущее» - 2009 год. ФГО ВПО МГАУ - Участие во Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу Мин-сельхоза России по номинации «Агроинженерия» в 2008 году. ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» научно - практическая конференция 12 апреля 2011 года. VIII Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященная 155-летию со дня рождения К.Э.Циолковского «Молодежь и наука» СФУ Красноярск 24 апреля 2012 года.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Тракторные агрегаты и задачи их исследования

По своим размерам и природному многообразию Красноярский край - это

большая географическая страна, составляющая десятую часть СНГ. Площадь

2 2 Красноярского края 2428,6 тыс. км , из неё 1100 тыс. км покрыто лесами. Научные данные не подтверждают, что сама по себе древесина зимней заготовки имеет какие-то особые преимущества перед летней. Однако, внешние факторы заготовительного процесса зимой оказываются несколько предпочтительнее. В большинстве мест Сибирской тайги летом производить заготовку леса просто невозможно. Тем более, на переувлажнённых глинистых и суглинистых почвах в лесу не пройдет необходимая техника. Именно в тайге произрастают наиболее ценные для промышленного строительства виды деревьев в необходимом количестве. Именно из-за проблематичности летней заготовки в Сибири некоторые недобросовестные производители нанесли трудно поправимый ущерб лесным массивам средней полосы России. Зимой природе наносится меньший вред, так как облегчается транспортировка древесины к местам переработки. В морозы на свежих спилах пней не размножаются и не проникают внутрь патогенные для дерева микроорганизмы [5,16,87].

Важнейшим условием эффективного использования лесозаготовительной техники, особенно в холодное время, является обеспечение её нормального функционирования. Однако, реализация потенциальных возможностей без частичной или полной потери работоспособности часто не достигается в связи с понижением или повышением тепловым режимом функциональных систем трактора. При этом снижается эффективная мощность и повышается интенсивность износа двигателя, возрастают потери холостого хода трансмиссии, что значительно ухудшает показатели производительности и топливной экономичности МТА, увеличивает эксплуатационные затраты на подготовку трактора к работе.

Производство лесозаготовительной продукции также включает множество технологических операций с различной энергоёмкостью, которые выполняются

энегронасыщенными тракторами при изменяющихся воздействиях окружающей среды. Снижение их производительности в зимний период обусловлено суровыми климатическими условиями [14,21,26].

Большой вклад в изучение зимней эксплуатации тракторов внесён Н. И. Селивановым, В. Г. Мельниковым, К. В. Филимоновым, С. В. Каверзиным, Д. А. Антонцом, А. М. Бородичем, Г. И. Гладковым, И. Г.