автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Приспособление гидропривода землеройных машинк условиям эксплуатации при низких температурах(на примере экскаватора ЭО-4121Л)

о

3=»

На правах рукописи

САМОЙЛОВА МАРГАРИТА ИВАНОВНА

Приспособление гидропривода землеройных машин к условиям эксплуатации при низких температурах (на примере экскаватора ЭО-4121А)

05.05.04 - Дорожные и строительные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 1995 год

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Н.П.Карнаухов

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

А.И.Тархов

кандидат технических наук, доцент Ю.М.Бузин

Ведущая организация - Тюменский филиал СКБ Газстроймашина

Защита состоится 18 мая 1995 г. в И00 часов на заседании диссертационного Совета К.063.79.01 в Воронежской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 394080, г.Воронеж, ул. 20-летии Октября, д.84

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан 14 апреля 1995 г.

Учений секретарь Совета, )

кандидат технических наук, доцент Ю.Н.Спасибухов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время все возрастающее значение для народного хозяйства Ргссии приобретают ее северные территории, где сосредоточены ее главные сырьевые ресурсы. Это придает особую актуальность исследованиям, связанным с повышением эффективности эксплуатации строительной техники в суровых условиях этих мест. Современные строительные машины, как правило, гидрофицнрованы. Поэтому среди проблем повышения их приспособленности к эксплуатации на севере выделяется задача эффективной работы гидропривода в условиях низких температур. К настоящему времени в этом вопросе накоплен большой опыт.

Цель работы - обеспечить повышение эффективности гидроприводов строительных машин (на примере экскаватора ЭО-4121А) при низких температурах воздуха путем научнообоспованнон и методически обеспеченной модернизации их гидробаков включающей теплоизоляцию наружной поверхности и введение в них, вместо части рабочей жидкости, контейнеров с теплоаккумулнрующимн материалами, претерпевающими в рабочем диапазоне температур фазовый переход, что обеспечивает работу машины с высокими КПД и производительностью.

Объект исследования - тепловой режим гидропривода и его взаимосвязь с условиями работы и нагружения, с температурой воздуха и рабочей жидкости.

Научная новизна. Уточнены представления о потерях энергии в гидроприводе, получено их математическое вы; жжение в виде полинома второй степени, где в качестве независимых переменных выступают температуры рабочей жидкости Тж и воздуха Тв или их общая характеристика -температурный напор Т. Предложены расчетные температурные ситуации для гидропривода и применительно к ним получены аналитические решения дифференциальных уравнений теплового баланса с учетом существенной нелинейности потерь энергии Разработан, теоретически обоснован, реализован и опытами проверен метод поэтапного поиска, включая этап техннко-экономнческой параметрической оптимизации, предпочтительного варианта модернизации гидробака, включающей комбинацию характеристик теплоизоляции его наружных стенок и количества теплоакку-мулирующего вещества.

Практическая ценность работы заключается в разработке регрессионной зависимости мощности потерь энергии в гидроприводе от температуры воздуха и рабочей жидкости, в алгоритмах для ПЭВМ, позволяющих исследовать тепловые процессы'в гидроприводе и в гидробаке, проводить

численные опыты с математическими моделями теплопереноса, в методах и практических рекомендациях во выбору оптимального соотношения параметров модернизации.

Разработана и предложена к использованию конструкция модернизированного гидробака.

Реализация работы. Результаты исследований и разработанные рекомендации использованы в учебном процессе. В настоящее время опытный образец изготавливается в СКБ Газстроймашина г.Тюмени.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: региональных научно-технических конференциях (Тюмень, 1988г; 1989г.); республиканских (Тюмень, 1989г; Горький 1990г.); международных (Воронеж 1992г; 1994г.); на научно-технических семинарах кафедры ПТСДМ ТюмГНГУ. В полном объеме диссертация докладывалась на заседании кафедры ПТСДМ ТюмГНГУ (Тюмень 1995г.) и кафедры строительных машин Воронежской инженерно-строительной академии (Воронеж 1995г.)

ДуйШШШЩ- По материалам диссертации опубликовано 11 работ. Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит страниц, этом числе страниц основного текста, таблиц, рисунков, и страниц приложении. Список литературы включает наименований.

На защиту выносятся: - методика и программное обеспечение теплового расчета гидропривода одноковшовых экскаваторов с энергосберегающим гидробаком; - универсальные уравнения, описывающие процессы теплопереноса в гидроприводе с энергосберегающим гидробаком в периоды работы и межсменного простоя;

- критерии и результаты исследований эффективности предлагаемой модернизации одноковшовых экскаваторов ЭО-4121А для работы в условиях холодного климата;

- результаты расчета эффективности модернизации гидробака указанных экскаваторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражается актуальность повышения эффективности, гидроприводов, заключающейся в обеспечении его быстрого и безаварийного пуска без предварительной тепловой подготовки, в повышении выработки экскаватора в сезон низких температур. Представляются основные положения, выносимые на защиту. В первой главе анализируется состояние вопроса в обгчсги приспособленности гидроприводов строительных машин к суровым \с.'"щням севера, пре.лггйблшокя и анализируются ха-

рактеристики климата, грунтов, особенностей технологии на примере одноковшовых гидравлических экскаваторов.

В обзоре отмечаемся, что к настоящему времени усилиями Т.В.Алексеевой, В.А.Васильчепко, С.И.Васильева, Н.Г.Гаркави, В.А.Дмитриепа, Л.Г.Додина, С.В.Каверзина, Н.Н.Карнаухова, В.Ю.Манунлова, Г.С.Мирзоя-на, В.С.Лейко, А.И.Тархова, А.И.Хороша и многих других накоплен и освешен в технической литературе опыт конструирования и эксплуатации гидроприводов строительных машин в условиях севера. Представлена с некоторыми нашими уточнениями классификация температур рабочей жидкости, разработанная С.В.Каверзииым, которые могут возникнуть при эксплуатации гидропривода. Классификация температур рабочей жидкости предусматривает наличие предпочтительных, рациональных, допустимых и недопустимых их областей. Этим температура рабочей жидкости связывается с эффективностью эксплуатации гидропривода (КПД, производительность), с угрозой возникновения или неизбежностью быстрого износа и отказов. Проанализированы существующие способы и средства предпусковой тепловой подготовки гидроприводов и на этом фоне представлена предложенная автором диссертации конструкция модернизированного гидробака (рис.1). Это гидробак серийного экскаватора ЭО-4121А с теплоизолированными стенками. В него, вместо части рабочей жидкости, введены герметичные контейнеры с двумя теплоаккумулнрумщими материалами (ТАМами). Одним из ТАМов является вода, затвердевающая при температуре, близкой к нижнему пределу рабочего температурного диапазона рабочей жидкости. Второй ТАМ следует отыскать. Температура его фазового перехода должна приближаться к верхнему пределу указанных выше температур.

Реализация представленной конструкции на экскаваторе и в других случаях позволит достичь поставленную цель - обеспечить повышение эф-

фектишшсти гидравлических однокозшовых экскаваторов (на примере экскаваторов Ковровского экскаваторного завода) при низких температурах воздуха, путем модернизации гидробака, заключающейся в теплоизоляции его стенок и замене части объема рабочей жидкости в нем герметическими контейнерами с теплоаккумулирующими материалами, претерпевающими в рабочем диапазоне температур фазовый переход, что связано с его большой скрытой теплотой. Модернизация делает возможным пуск гидропривода без специальной тепловой подготовки, а работу - с высоким КПД и производительностью, близкой к максимальной.

При этом возникают следующие задачи:

1. Уточнить математическую модель теплового баланса гидропривода, провести ее теоретические исследования и на этой основе построить и реализовать методику расчета рациональных параметров модернизации гидробака (толщина слоя теплоизоляции, относительный объем ТАМов. V] и Уг), обеспечивающий увеличение производительности и безотказности экскаватора, повышение КПД гидропривода.

2. Выбрать и провести лабораторные исследования низкотемпературных ТАМов, определив структуру и состав предпочтительных композиций и их основные теплофизические характеристики с учетом предпочтительности для эффективной работы экскаватора в области изменения температур рабочей жидкости.

3. Разработать математические модели модернизированного гидробака при его двух характерных состояниях: во время работы и при межсменной стоянке экскаватора. Провести численные эксперименты с этими моделями и исследовать их результаты с позиций повышения производительности экскаватора,

4. Провести опытную проверку макета гидробака с теплоаккумулирующими контейнерами, обосновав полученными результатами работоспособность его конструкции и корректность математических моделей с учетом получения предпочтительного для эффективной работы экскаватора интервала изменения температуры рабочей жидкости.

Вторая глава представляет термоаналитические исследования низкотемпературных тенлоаккумулирующих материалов. Отмечается, что применительно к задачам диссертации предпочтение следует отдать кристаллогидратам и их композициям. Они работоспособны в широком интервале температур (403>Т>223 К) имеют относительно низкую температуру фазового превращения (323>7'>303 К), обладают высокими значениями энтальпий фазовых переходов или обратимых химических превращений, большой улельири ' рп нор л костью, но нуждаются в специальных исследо-

ваниях, так как имеют низкую теплопроводность, склонны к переохлаждению. К настоящему времени нет основании отдать предпочтение какой-либо из них без дополнительных исследований.

На первом этапе исследовались четыре композиции на базе кристаллогидратов, в которых в качестве зародышеобразователей использовались углеродсодержащие материалы. По результатам термоаналитического анализа три из этих композиций были забракованы, так как в циклах "нагрев охлаждение-нагрев" ведут себя нестабильно, их энергетические показатели не воспроизводятся. Далее более глубоким исследованием (до 120 циклоп нагрева-охлаждения) подверглись композиции, построенные на основе ди-иатрий фосфата двенадцативодного (ДНФ). Были получены и проанализированы их термоаналитические зависимости. Некоторые из них представлены на рис.2.

Ср, Дж/К

12,0 10.0 8.0 8*0 4,0 2,0

1 - нагрев после 1-го цикла

2 - нагреэ после 120 циклов

3 - охлаждение после 120 цичлоп

353 Т.К

Рис.2

Образец -

№2НР04-12Н20+С(ГЛ-ПС,) 120 циклов;

масса образца 204,1 мг. скорость нагрева 1,2 К/мин; скорость охлаждения 1 К/мни; А^превв ;3!0-35210=233 Дж/г

(кр:г.ап ¡);

Д/Упревр (302-348К)= 235Дж/г (кривая 2)

Д^превр.(273-291 К)=-236 Дж/г (кривая 3)

В результате предпочтение отдано ТАМу, построенному на основе ДНФ, в который введны добавки активированного угля и расширенного графита (2% весовых). Активированный уголь в расплаве ДНФ "тонет", а расширенный графит - всплывает. Это способствует расположению добавки по всему объему расплава и полной кристаллизации при его охлаждении.

В третьей главе освещены теоретические исследования теплового состояния гидропривода при низких температурах.

Исследования выполняются на основе допущения о стационарности теплового потока в гидроприводе. При этом тепловое равновесие определяется известной формулой:

Эп = Эл + Эс. (»)

h

где Эп = |Nu(t^dt - энергия потерь в работающем гидроприводе, КДж; h

t\ и ¿2 - пределы фиксированного промежутка времени, С; Эд = £K-iFft 1U2 ' энергия, рассеиваемая гидроприводом за тот

же промежуток времени, КДж; 3ç = "fa 2 ' энергия, по-

глощаемая гидроприводом при нагреве, КДж; Nn(t) - мощность теплопо-

терь, Квт; Kt, Fj, /,• - соответственно коэффициент теплопередачи (—г~),

лГК

площадь поверхности (м2) и температурный напор (К) ¿-го элемента гидро-

,КДж ' .

привода; С;, tlii • удельная теплоемкость (-) и масса (кг) j-ro элемен-

кг ■ К

та гидропривода; tj и Т2 - значения температурного напора в моменты времени ij и tj, К. Формула (1) с учетом подстановок Эц, Эд, Зс и Л = 2 KjFi, С = Zcjmj преобразуется в известное уравнение теплового баланса гидропривода:

N„dt = Axdt + Cdx (2)

Известно и широко на практике применяется решение формулы (2) при допущении о постоянстве коэффициентов jV„, А и С. Исследования C.B. Каверзина и других ученых показали, что допущение о постоянстве коэффициентов Nn, А » С искажают реальную картину явлений в гидроприводе. При этом параметр Nn - существенно неменяем и зависит от температур воздуха Тв и рабочей жидкости Тж.

Статистическая обработка результатов по испытаний гидропривода экскаватора ЭО-4121А выполненных С.В.Каверзиным позволила нам получить уравнение регрессии, устанавливающее связь между общим КПД гидропривода и температурой Тж:

nziTj^nzd-ÏATj), (3)

где T|v - общий КПД гидропривода при Тж=293 К; Л7'ж=293-7'ж; \ - коэффициент регрессии.

Установлено, что при 7Ж<293 К, Ç = 1.65-104; при Тж>293 >К,

Аналогичная статистическая обработка опытных данных выполнена для производительности Пт экскаватора ЭО-4121А. Уравнение регресни преобрело вид:

Пт(Тж) = П,п (1 - шж2), (4)

где П,п - производительность при Тж-293 К; ^1,5-КГ4.

Совпадение опытных и расчетных данных, полученных по формулам (3) н (4) хорошее, это можно наблюдать, рассматривая графики рнс.З. Результаты осреднения параметров нагружения в пределах рабочего цикла с учетом, влияния температуры воздуха, найденных на основании исследований А.Е.Днева, позволили нам отыскать значения от Тж и Тв в виде формулы:

К(Тж,Тв)= 7,36 (1+5,0-10"35Гв) (1+а ДГХ2), (5)

где 5Г„=293-Гв при Тв<293К и 57>0, при Тв>293 К и <7=6,6-10 4 при Тж<293 К и а = 4.6-10"4 при ГЖ>293К.

233 253 2ГЗ 293 313 З'З Т,,К

Рис.3

Функцию Мп(Тж,Тв) удобно преобразовать в функцию Nn(x), где х=Тж-Тв. При этом:

Ш т) = й?(1 + а\х + а2х2), (6)

Однако численные значения коэффициентов в функции Nn(x) определяются только при условии, когда температура Тв известна. Нами для выполнения исследований гидропривода, эксплуатируемого в сезон низких температур, предложено ориентироваться на четыре из возможных значений Тв. Средняя Тв и среднеминимальная Тв ш,„ температуры воздуха (для северных территорий Тюменской области это соответственно 256,9 К и 230,5 К) являются характеристиками расчетных ситуаций. Температуры 7^=22ЗК и 7'<,=278К. характеризуют соответственно нижний и верхний пределы изменения температур на тех же территориях и при них гидропривод не должен потерять работоспособность. Для перечисленных значений температур воздуха коэффициенты уравнения (6) расчитаны и приведены в таблице 1.

Значения коэффициентов регрессии в уравнении (6) ____Таблица 1

тж> к Тв, К а0, кВт -102-а/, 1/К 104-а2,1/к2

Меньше 223 42,1 2,182 1,5588

или 230,5 34,6 2,306 1,8446

равна 256,9 16,2 2,562 3,5482

293 К 276 9,1 1,724 5,7466

Больше 223 32,3 1,979 1,4136

или 230,5 27,0 2,056 1,6447

равна 256,9 13,9 2,076 ' 2,8759

293 К 274 8,7 1,251 4,1686

После подстановки значения N,,(т) из (6) в формулу (2), деления всох членов .-того уравнения на а0 и перегруппировки членов получаем:

(1 4 в\% + а2х2) dt = e2dx, (7)

где в| = at - А/а0 и в2 - С/а0.

neo

1 - х, e.xp(-h)

X = г. -----V-r^ (8)

2 2

Решение уравнения (7) неоднозначно При в\ > 4а оно имеет вид:

' I ~1г exp{-Xt)

глет - gi+ . _ ex-h¡2 ..._1/Cr ГДвТ>- 2Й2 (<?! + A^2)C2' ^

C2 = или при to=0i Ca = ÍLZ^l. Хв2={вгАагГ.

2(I2T o + <?i + A¿?2 Í?I + A«2

В тех случаях, когда в2 < 4я2: 1

^ + Ч ■

1 - X¿gv (9)

т

йа2 - вх Y 2 + о <?, + 2fl2to

где у = —--%з = u; Х4 = - 2

2«2 2ye2 2yi?2

При т = О

При = 4(12

т=?--. (10)

[2ув2 / tgyt\- ff¡

x=ff--ÍL--(11)

t + e2'/(el'-T0)

где в'] = - в\!2аг\ в\ - c2la2.

Формулы (8) ... (11) являются решениями уравнения (7). Они получены впервые. Их рекомендуется использовать при любых исследованиях гидроприводов. В свете задач диссертации их удобно использовать, полагая, что

А = Ав(1-аб8А), (12)

C = CQ(l-e68C)L где ае = А0б / Ао'< вб = Соб I Сд, 8Л = ЪАд / А0 ; 5С = 5Сб / С0 ; А0 и Арб - теплопередача общан и пшробака для серийного экскаватора, кВт/К; С0 и С0б ' теплоемкость общая и гилробака для серийного экскаватора, кДж/К.

Расчетами установлено для экскаватора ЭО-4ГМА: А0=0,2; Лоб=0,05; Со=360; Соб=260; яй_=0,25 и вб=(),72.

В последующем параметр 5 Л связывается с теплоизоляцией, a SC с объемами контейнеров с ТАМами.

Поиск предпочтительного варианта модернизации гидробака, определяемой выбором параметров 5 Л , У в=Ув!Уоб и У д—У ¿¿Уоб, где Ув, Уд, У0а - объемы воды, соли ДНФ и рабочей жидкости в штатном гидро^аке (У=200 литров), ведется в два этапа применительно (для каждого случая) к двум расчетным ситуациям. Первая ситуация характеризуется температурой воздуха 230,5 К, а вторая - 256,9 К. На первом этапе поиска при исследовании теплового состояния гидропривода в первой расчетной ситуации принимается, что У<)=0, а во второй - У«=0. Это загрубляет результат поиска, придавая ему качественный характер, но делает его существенно проще. Результаты этого этапа представлены данными таблицы 2. Из анализа этих данных легко заметить, что чем больше величина 5Л (толще теплоизоляция), тем меньше следует применять в качестве ТАМа воды и бо.,ьше ДНФ. Кроме этого обнаруживается некоторая область возможного варьирования параметра 8А (0,6...0.8) в которой численные значения параметров V в, У^ и V л реальны.

Сведения о

_Таблица 2

5А 0,5 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,7? С.74 0,76 0.78 0,80

Уе 0,24 0,22 0,21 0,19 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,05 0.02 0,00 0,00 0,00 0,00

0,00 0,00 0,00 0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0.10 0,12 0,14 0,17 0,19 0,195 0,20 0,20

Ут. 0.24 0,22 0,21 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,19 0,19 0,19 0,195 0,20 0,20

Уточнения расчетов и количественные оценки параметров У в, У^и Утр провед"ны на втором этапе, когда 5Л изменялось в более узком диапазоне, но учитывалось также изменение теплоемкости гидропривода из-за замены некоторой части рабочей .жидкости, в гидробаке контейнерами с водой и ДНФ. В остальном методики исследований совпадали с теми, которые использовались на первом этапе. При таком подходе потребовалось связать между собой траметры 5С , Ув и У После соответствующих подстановок' получаем:

для твердой фазы ДНФ (Г<303 К) 5 Сх = 2,55 Ув + 1,367д ЪСр = 1,837, + 0,98^

для^расплава ДНФ (Г>323 К) _

ЪСр = 2,55УЙ + 3,33^ 8 Сх = 1,83^ + 2,40Уд

для области фазового перехода ДНФ (323>Г>303 К) 8 Сх = 2,55Кв +17,831^ 5 Ср = 1,837в + 12,80 Уд

Результаты исследований обобщены в виде сведений таблицы 2. Из рассмотрения этих сведений видно, что диапазон 0,8>8Л>0,56 значения суммарного относительного объема ТАМов V =0,2. В этом смысле они одинаковы и не приводят к однозначному решению, что предопределяет потребность продолжения исследований на основе других критериев. Это выполнено в диссертации и получило отражение в главе 4.

Завершает главу 3 исследования параметра 5Л=К-Р-8, в котором наибольшую трудность представляет определение коэффициента теплопередачи К:

где 0С1 и ост - коэффициент внутренней и наружной поверхностей двухслойной стенки гидробака, Вт/м2 К; 5] и 82 - толщина его металлической стенки и теплоизоляции соответственно, м; и Л-2 - удельные теплопроводности металлической стенки и теплоизоляции Вт/мК. Вычисления по формуле (13) громоздки и нуждаются в широком привлечении критериальных уравнений теплофизического подобия. Этот процесс чами был автоматизирован, а расчеты проводились с использованием ПЭВМ. В результате применительно к случаю гидробака экскаватора ЭО 1!21А и ею теплоизоляции были получены аппроксимации вида:

-1

Вт

а] X] Х2 0.2

м2К

(13)

(14)

и

А = а + 07'. где а=(0,14 + 0,4^,,- 2,24-10\})Л

(15)

С погрешностью до 5% выражение (15) можно упростить при 100>8ц>10 мм

8Аср =0,456 + 0,25£ и (16)

В четвертой главе представлено технико-экономическое обоснование выбора модернизации гидробака. В качестве критерия оптимизации был принят минимум приведенных удельных затрат:

2у = 2мч1Пэ,руб/м\ (17)

где 2мч=Смч+енКмч\ 2МЧ - приведенные затраты на машино-час эксплуатации экскаватора, руб/ч; Смч - себестоимость машино-часа эксплуатации, руб/ч; е„=0.15 • нормативный коэффициент эффективности капитальных вложении; Кмч - капитальные затраты, отнесенные к машино-часу эксплуатьоии, руб/ч; Пэ - эксплуатационная производительность экскаватора, м3/ч.

Для отыскания целевой функции поиска был использован метод, предложенный проф. А.И.Тарховым. Его сущность заключалась в том, что искомое решение находилось в виде отклонении в пределах некоторого множества, ядром которого служит серийная конструкция гидробака (6Л=0; У„=0 и Уа=0). Это позволило реализовать известные подходы решения задач в отклонениях, перейти от технической производительности к эксплуатационной и к выработке, представленной в интегральной форме. Осуществим переход в выражении (4) от Тж к т, что для средней температуры воздуха Гв=256,9 К позволило записать:

П„(х) = 0,7544(1 + 1,805-10"2т -2,5-10"4г2), (18)

В результате было определено, что выработки Vj применительно к любому из возможных вариантов модернизации гидробака определяется условием:

У]=Пт*\Пт1(х)Л, (19)

I

Решение формулы возможно, когда осуществлен переход от /7ту(т) к П'т/О- Это возможно, если з формуле (18) вместо т подставить решения (8)...(11) с учетом временных интервалов,,для которых они найдены. В общем случае получаем:

- /7т*[|/7т(т,)Л ч Пт{хф1 = 15)^, + ¡Пт(х2)ф + 1/7т(т3)Л (20)

Характеристики вариантов и модернизации гидробака _Таблица 3

№ п/п Л К, *2 ь и Пэ М3/г 8ПЭ м3/г

.0.00 0.00 0.00 7200 0 0 0 146.0 -26.4

0.50 0.24 0.00 870 1646 4685 0 171.6 ' -0.8

0.52 0.22 0.00 839 1598 4862 0 171.9 -0.5

0.54 0.21 0.00 825 1422 4953 0 172.0 -0.4

1 0.56 0.19 0.01 805 1278 4238 879 172.4 0.0

2 0.58 0.18 0.02 794 1204 4182 1019 172.6 0.2

3 0.60 0.16 0.04 785 1064 4142 1209 173.1 0.7

4 0.62 0.14 0.06 770 926 4120 1385 173.-1 1.1

5 0.64 0.12 0.08 755 788 4093 1564 173.8 1.4

6 0.66 0.10 0.10 740 653 4073 1734 174.0 1.6

7 0.68 0.08 0.12 725 519 4052 1904 174.2 1.8

8 0.70 0.05 0.14 700 323 4013 2164 174.4 2.0

9 0.70 0.06 0.14 710 387 4044 2059 174.2 1.9

10 0.70 0.05 0.15 705 323 4063 2109 174.2 1.9

11 0.72 0.02 0.17 675 128 4028 2369 174.3 1.9

12 0.72 0.03 0.17 690 193 4053 2264 174.2 1.8

13 0.72 0.02 0.18 685 128 4073 2314 174.1 1.7

14 0.74 0.00 0.19 665 0 4012 2523 174.1 1.7

15 0.74 0.01 0.19 675 64 4043 2419 174.0 1.7

16 0.74 0.00 0.20 670 0 4062 2468 173.9 1.5

17 0.76 0.00 0.19 665 0 3987 2548 174.0 1.6

18 0.78 0.00 0.20 670 0 3962 2568 173.9 1.5

19 0.80 0.00 0.20 670 0 3912 2618 173.9 1.5

Громоздкий ручной счет по формуле (20) был исключен путем разработки программы "ОрИпт Н", приведенной вместе с блок-схемой алгоритма в приложении к диссертации. Итогом автоматизированного расчета стала таблица 3, где представлены все 19 возможных вариантов сочетаний параметров 5Л, Уд и Уй и базовое решение.

Из этих данных видно, что вариант №8 по Г1Э лучше других, по его преимущество не столь велико, чтобы ему отдать предпочтение. Возврат к предшествующим оценкам (по ), а также очевидный пмвпд о том, что при прочих равных условиях лучше иметь случаи, когда применяется только один 'ГЛМ, позволил отдать пррлночтениР варианту №14 (8 Л -0,74; V 19; У „■=')). Этот вариант бгл прмюя'рн V нртсипескон

реализации. Технико-экономический расчет его эффективности по сравнению с серийной конструкцией показал, что народно-хозяйственный эффект его реализации составляет 1,4 млн. рублей из расчета на один экскаватор.

Для оценки теплового состояния гидропривода экскаватора ЭО-4121А после модернизации его гидробака в соответствии с результатами поиска предпочтительной комбинации ее параметров (5,,=28 мм, 5 V ¿=0.19) был организован численный эксперимент (программа Watch). Было установлено, что суточные циклы протекают в областях предпочтительных и рациональных температур - это свидетельствует о работоспособности принятого решения.

В пятой главе отражены результаты теплофизическнх испытаний в камере холода. Испытаниям подвергался штатный гидробак и его модификации: бак теплоизолирован, но без тепловых аккумуляторов; бак нетеп-лонзолирован, но в него установлены тепловые аккумуляторы и бак теплоизолирован с тепловыми аккумуляторами.. Для испытаний была сконструирована специальная установка, включающая насосную станцию и два гидробака; испытуемый - соответствующий модернизации и дополнительный. Все оборудование кроме испытуемого гидробака распологалось в теплом помещении, а он - в камере холода (рис.4).

ДГБ - дополнительный гидробак; ИГБ - испытуемый гидробак;

Н - насосная станция Рис.4

В дополнительный гидробак вместимостью 500 литров встроены электрические и нагревательные элементы, что позволяло держать в нем горячую рабочую жидкость, которая при подготовке опыта перекачивалась насосом по замкнутому контуру в испытуемый гидробак. В нем температу-

ра поднималась до ЗЗЗК или до 348К (в каждом случае проводилось 2 опытов). После этого насосная станция выключалась и начинался процесс охлаждения рабочей жидкости в гидробаке. К этому моменту температура в камере холода устанавливалась на уровне 233 К и поддерживала ее в пределах^всего опыта, продолжительностью 16 часов. Для измерения температуры в гидробаке устанавливалось 6...8 датчиков - хромель-термопар, показания которых фиксировались на ленте потенциометра. Опыты показали, что как по характеру, так и в количественных показателях, тепловые процессы, происходящие при испытаниях, соответствуют расчетным и принятым при теоретических исследованиях. Это свидетельствует о корректности полученных в разделах 2 и 3 результатах и выводах. Введение тепловых аккумуляторов эффективно влияет на процесс охлаждения содержимого гидробака, что является с учетом выводов раздела 2 предпосылкой к эффективному влиянию на процессы нагрева рабочей жидкости при работе экскаватора. При теплоизоляции, близкой к рекомендуемой (8/1 =0,74), связь междду параметрами Ах и Тж практически утрачивается.

В заключении отмечено, что в диссертации:

1. Научно обоснована и методически обеспечена разработанная на уровне изобретения модернизация гидробака экскаватора ЭО-4Г21А. Она заключается Н замене некоторой, относительно небольшой части рабочей жидкости в теплоизолированном гидробаке тепловыми аккумуляторами -герметичными металлическими контейнерами, закрепленными на верхней крышке и равномерно распределенными по его объему. Контейнеры заполнены теплоаккумулирующим материалом:

2. Исследовано состояние вопроса по созданию и использованию тепловых аккумуляторов в технике, имеющих фазовый переход в пределах рабочих температур гидросистемы. Установлено, что для рассматриваемых в диссертации случаев, предпочтительны к применению кристаллогидраты и их композиции. Они не теряют работоспособности при температурах от 223 до 403 К, имеют относительно низкую температуру (303...323 К) и высокую удельную теплоту (250...500 Дж/гК) фазового перехода, однако нуждаются в дополнительных исследованиях. Было исследовано несколько характерных композиции, а в результате, предпочтение отдано составу, построенному на динатрий фосфате двенадпативодном с включением до 2% зародышеобразователей в виде активированною угля и расширенного графита. Установлены его основные свойстпа: илот носи. - I Г)2 кг/дм; теплопроводность - 0.5 Вт/мК; удельная теплоемкость в твердом состоянии (Г<303 К) - С= 1.73 Дж/гК, в расплаве (7>32.ИО ■ Г =3.13 Дж.ЛК и в состоянии фазового перехода (323>7>3(М К) (.-12 8 Цж.мК при члпу-

щении о равномернном "размазывании" теплоты фазового перехода в указанном интервале температур.

3. Показано, что известное линейное дифференциальное уравнение теплового баланса гидропривода нуждается в уточнении. Мощность потерь энергии в гидроприводе существенно меняется при изменении температуры рабочей жидкости и воздуха. Предложены аналитические выражения Мп=/(ТЖ,ТЖ), а также Ып=Дх).

4. При теоретических исследованиях предложено из всего многообразия возможных значений температуры воздуха выбрать четыре. Это крайние значения температуры в регионе (223 К и 278 К), а также ее среднее (256.9 К) и среднеминимальное (230.5 К) значения. В соответствии с этим, коэффициенты уравнения регрессии функции N„(1) принимают конкретные значения. Они рассчитаны и представлены в диссертации.

5. Выражения теплового баланса гидропривода исследовано в нелинейной постановке. Впервые, получены решения этого уравнения с учетом фактора устойчивости.

6. Предложен и реализован метод предварительного поиска параметров модернизации гидробака(бА.Кв и V;)) для экскаватора ЭО-4121 А. Найдены предпочтительные комбинации этих параметров, удовлетворяющие условию, ограничивающему объем контейнеров с ТАМами, занимающих часть объема рабочей жидкости в гидре баке (V е ^ 0,2). Тем самым созданы условия для выбора оптимальной комбинации этих параметров.

7. Исследованы связи между параметром 5А и толщиной слоя теп-лбизоляции. Учитывая сложность этих связей, предложен метод автоматизированного анализа этих связей. Получено аналитическое выражение в виде уравнения регрессии =/(ЬА ).

8. Поставлена и решена задача параметрической оптимизации гидробака для экскаватора ЭО-4121А. Найдено аналитическое выражение целевой функции, получен критерий оценки результатов, определены ограничения. Установлено, что целевая функция имеет не ярко выраженный максимум, что потребовало усиления в оценках результата. Усиление оценок найдено на основе предшествующих характеристик в виде суммарного объема ТАМов ) и ограничения их количества только гидратом ДНФ. Определена предпочтительная комбинация параметров модернизации (б/\ =0.74, 7^=0.19). Это решение принято в качестве результата.

9. Опытная проверка модернизированного гидробака подтвердила работоспособность предложенной к реализации конструкции, хорошую сходимость расчетных и опытных данных.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Самойлова Л'.И., Иванов A.A., Мерданов UI.M. Разработка комплекса машин для возведения снеголедовых дорог. Регион, научно-техническая конференция "Повышение эффективности проектирования, испытаний эксплуатации автомобилей" и СДМ. Материалы региональной конференции, Тюмень, 1988.

2. Самойлова М.И., Кузнецов А.Б. Влияние условий эксплуатации на эффективность гидрофицировапных машин. "Нефть и газ Западной Сибири". Материалы республиканской конференции, Тюмень, 1989.

3. Самойлова М.И., Крамской В.Ф. К вопросу совершенствования эксплуатации строительных машин в суровых климатических условиях. "Эксплуатация машин п суровых климатических условиях" Материалы республиканской конференции, Тюмень, 1989.

4. Самойлова М.И. Обеспечение теплового режима мобильных гидрофицировапных машин в уловнях Севера. "Повышение надежностей и экологических показателей автомобильных двигателей" ГПИ. Материалы республиканской конференции, Горький, 1990, с. 83.

5. Самойлова М.И., Карнаухов H.H. О применении теплоаккумулято-ров в конструкции отопительных гидрофицировапных машин в суровых климатических условиях. Материалы региональной научно-технической конференции. "Эксплуатация машин в суровых климатических условиях". Тюмень, 1991.

6. Самойлова М.И., Карнаухов H.H. Дефектные процессы в гидросистеме СДМ в условиях низких температур. Межвузовский сборник статей. "Проблемы эксплуатации машин в суровых условиях". Тюмен:, ТИИ 1991, с. 69-71.

7. Самойлова М.И., Карнаухов H.H. О применении теплоаккумулято-ров в конструкции строительных гидрофицировапных машин. Межвузовский сборник статей "Проблемы освоения нефтегазовых ресурсов Западной Сибири", Тюмень, ТюмПП 1991, 0,2п.л.

8. Самойлова М.И. Выбор параметров энергосберегающего бака гидросистемы экскаватора. "Актуальные проблемы механизации дорожного строительства". Материалы республиканской научно-технической конференции, Санкт-Петербург, 1992, с. 63 64.

9. Самойлова М.И., Карнаухов П 11. Обеспечение тепловою режима мобильных машин. Разработка конструкции энергосберегающей; б;н,л. По

вышение эффективности землеройной машины. Материалы республиканской научно-технической конференции, Воронеж, 1992.

10. Самойлова М.И. Энергосберегающий привод одноковшового экскаватора. Нефть и газ западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки. Материалы республиканской научно-технической конференции, Тюмень, 1993, с. 79-80

11. Самойлова М.И., Карнаухов H.H. Повышение приспособленности мобильных строительных машин к суровым условиям эксплуатации. -Учебное пособие. Тюмень: ТгамИИ, 1993г. - 200 е., в том числе автора 25 с.

12. Самойлова М.И., Карнаухов H.H. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири. - М.: Недра, 1994г. - 351 е., ил. 126, в том числе автора 48 с.

Подписано к печати 10.04.95. Объем 1,0 п.л.

Тираж 100 экз. Заказ _

Ротапринт ТюмГНГУ

625000, г.Тюмень, ул.Володарского, 38