автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Технология и устройство для очистки деталей двигателей внутреннего сгорания лёдно-кавитационными струями

005004511

ЖИЛЬЦОВ Кирилл Алексеевич

ТЕХНОЛОГИЯ II УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЛЁДНО-КАВИТАЦИОННЫМИ СТРУЯМИ

Специальность 05.20.03 - технологии и средства

технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-1 ДЕК 2011

Иваново-2011

005004511

Работа выполнена на кафедре «Технический сервис» ФГБОУ ВПО «Ивановская государственна« сельскохозяйственная академия имени академика Д.К.Беляева».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Баусов Алексей Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Латышёнок Михаил Борисович; кандидат технических наук, доцент Паюров Роман Александрович

13 едущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский институт механизации агрохимического и материально-технического обеспечения сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук.

Защита состоится «23» декабря 2011 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.057.02 при ФГБОУ ВПО «Рязанский юсу'дарственный агротехпологическии университет имени П.А. Костычева» по адресу: 390044, г. Рязань, ул. Костычева, д.1 в зале заседаний диссертационного совета.

Объявление о защите и автореферат размешены на сайте Министерства образования и науки РФ vak@mon.gov.ru «22» ноября 2011 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО РГАТУ.

Автореферат разослан

2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

А.В. Шемякин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эксплуатация техники в сложных условиях сельскохозяйственного производства связана с попаданием и накоплением на ее поверхности пыли, дорожной грязи, остатков растительности, ядохимикатов, минеральных удобрений, топлива, масел и других видов загрязнений, которые под воздействием атмосферных факторов стимулируют интенсивное развитие процессов коррозионного разрушения деталей машин и старение полимерных материалов.

Накопление загрязнений на двигателях внутреннего сгорания способствует снижению надежности и эффективности машинно-тракторного парка, ускорению процессов старения, повышенному износу и преждевременному выходу из строя узлов и агрегатов двигателей внутреннего сгорания.

Поэтому очистка двигателей сельскохозяйственных машин — важнейший технологический процесс, оказывающий большое влияние на эксплуатационные показатели, культуру производства, качество ремонта и технического обслуживания.

Наиболее перспективными и распространенными из существующих на сегодняшний день технологий очистки и мойки сельскохозяйственной техники являются технологии с использованием водяных струй высокого давления. Последнее время рост эффективности ■•очистки-■--■машин при использовании технологий струйной очистки достигается за счет увеличения кинетической энергии струи путем повышения давления подачи моющей жидкости или добавлением в нее абразивного материала, что требует дополнительных энергетических и материальных затрат, а также ухудшает условия труда оператора моечной установки из-за повышенной запыленности воздуха в его рабочей зоне.

Поэтому разработка технологии очистки сельскохозяйственной техники, обеспечивающая полное удаление загрязнения с поверхности деталей машин и улучшающая условия труда операторов моечных установок без увеличения энергетических и материальных затрат, является актуальной научной задачей.

Работа по разработке технологии и устройства для очистки машин с использованием лёдно-кавитационной струи велась в 2008-2011 г.г. в Ивановской ГСХА на машинных дворах хозяйств Ивановской

Цель исследования. Повышение эффективности процесса очистки двигателей сельскохозяйственных машин путем разработки технологии и универсальной моечной установки с использованием лёдно-кавитационной струи с обоснованием параметров и режимов ее работы.

Объект исследования. Процесс наружной очистки двигателей сельскохозяйственной техники от эксплуатационных и технологических загрязнении лёдно-кавитационной струей.

Предмет исследования. Воздействие параметров лёдно-кавитационной струи на загрязненную поверхность и их влияние на условия труда оператора.

Методика исследования. Достижение поставленной цели осуществлялось путем проведения теоретических и экспериментальных исследований.

Теоретическое исследование состояло в получении зависимостей, позволяющих установить конструктивные и технологические параметры моечной установки с использованием лёдно-кавитационной струи, влияющие на режимы ее работы.

Экспериментальное исследование заключалось в определении оптимальных значений параметров и режимов работы установки, проведении сравнительных испытаний разработанной технологии очистки с существующими технологиями, определении экономической эффективности от применения предложенной технологии.

Исследования выполнены на специально изготовленных установках с использованием стандартных и частных методик с применением способов планирования эксперимента. Обработка результатов полученных экспериментальных данных осуществлялась методами математической статистики с использованием ЭВМ.

Научную новизну диссертации составляют теоретическое обоснование условий создания лёдно-кавитационной струи, аналитические зависимости качества очистки поверхностей двигателей сельскохозяйственных машин от параметров, режимов работы универсального моечного устройства. Новизна технического решения подтверждена патентом Российской федерации на изобретение №

Практическая ценность работы заключается в том, что разработана технология наружной очистки двигателей сельскохозяйственных машин, которая позволяет снизить трудоемкость выполнения работы, энергетические и материальные затраты, повысить качество очистки.

Результаты исследований нашли практическое применение в модернизированных моечных машинах высокого давления.

Производственная проверка показала эффективность технологии и устройства для очистки двигателей сельскохозяйственных машин с использованием лёдно-кавитационной струи. Результаты производственных исследований внедрены в хозяйствах Ивановской области, Ивановского района: ОАО «Ивановское» и ФГУП «Учхоз ИГСХА».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях Ивановской государственной сельскохозяйственной академии (2008...2011 г.г.) и на международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения» Саратовского государственного аграрного университета (2010 г.)

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 статьях, из которых 3 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, имеется патент на изобретение.

Защищаемые положения:

- конструктивно-технологическая схема устройства для очистки двигателей сельскохозяйственной техники, параметры и режимы ее работы (решение о выдачи патента на изобретение от 9.09.2011 г.);

- теоретическое обоснование и экспериментально установленные зависимости параметров и режимов универсального моечного устройства с использованием лёдно-кавитационной струи;

- технология наружной мойки двигателей сельскохозяйственных машин с использованием установки, оборудованной устройством для создания лёдно-кавитационной очистки.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из аннотации, введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций производству, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 19 таблиц и 15 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформирована цель работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Общее состояние проблемы и задачи исследования» на основе анализа литературных источников и производственного опыта процесса очистки двигателей сельскохозяйственных машин были классифицированы основные виды загрязнений наружных поверхностей двигателей машин, оценены технологии и средства механизации очистки двигателей техники.

Анализ научных работ: Розенберга, Федоткина, Луховицкого, Черепанова, Тельнова, Ермака, Ульмана, Стурлиса, Селиванова, Проволоцкого, Левитского М.Б. Латышенка,, A.C. Попова, A.B. Шемякина и других авторов, посвященных процессу очистки двигателей сельскохозяйственных машин, показал, что для улучшения качества ремонта и технического обслуживания двигателей с их поверхности необходимо удалять не только слабо- и среднесвязанные загрязнения (дорожная грязь, масляно-грязевые отложения и т.д.), но и сильносвязанные (продукты коррозионного разрушения, старое лакокрасочное покрытие и т.д.), имеющие наибольшую трудоемкость удаления.

Наиболее эффективным способом удаления всех видов загрязнений является гидроабразивная очистка. Использование гидро-абразивной очистки с использованием песка или косточковой крошки весьма перспективно для очистки двигателей перед ремонтом. Применение данного способа позволяет удалять все виды загрязнений, что значительно повышает качество ремонтных работ. Однако гидро-абразивный способ очистки имеет следующие недостатки, высокое давление струи, как результат повышенный—расход моечной жидкости и электроэнергии, а также засоряемость узлов и деталей

двигателя абразивом и трудоемкость его последующего удаления. В связи с этим необходимо уделять внимание поиску новых технологий для очистки двигателей перед ремонтом, которые бы устраняли вышеуказанные недостатки.

В работах Н.Ф.Тельнова, А.В.Шемякина отмечена возможность использования в качестве абразивного материала гранул углекислоты образующихся в потоке жидкости. Гранулы углекислоты обладая высокой кинетической энергией и достаточной плотностью, ударяясь о поверхность загрязнения сублимируют не оставляя следов и не повреждают саму поверхность.

Результаты современных исследований показали, что увеличение энергонасыщенности моечной струи возможно за счет увеличения скорости её подачи. Для получения этого эффекта необходимо использовать водяные насосы давлением более 35 МПа, что в свою очередь требует высоких энергетических и финансовых затрат.

Поэтому была выработана гипотеза, что скорость абразивного материала (сухого льда) в потоке моечной жидкости, возможно повысить за счет использования эффекта кавитационного взрыва, т.е. создать лёдно-кавитационную струю.

В связи с этим в задачи настоящего исследования были включены:

1. На основании известных технических решений и результатов исследований выявить перспективные направления в создании универсального моечного устройства для очистки двигателей сельскохозяйственной техники.

2. Разработать конструкцию универсального моечного устройства,

позволяющего удалять с поверхностей двигателя все виды загрязнений.

3. Теоретически обосновать возможность создания лёдно-кавитационной струи и экспериментально установить оптимальные параметры работы устройства для её создания.

5. Разработать технологию очистки двигателей сельскохозяйственных машин с использованием универсального моечного устройства и провести ее проверку в производственных условиях.

6. Определить экономический эффект от внедрения разработанной технологии очистки двигателей сельскохозяйственных машин.

Во второй главе «Теоретические исследования воздействия лёдно-кавитационной струи на загрязненную поверхность двигателя» получены аналитические зависимости основных параметров конструкции и режимов работы разработанного универсального моечного устройства на образование лёдно-кавитационной струи и ее влияние на очищаемую поверхность.

Механизм лёдно-кавитационной очистки можно представить следующим образом. При снижении давления в потоке жидкости, за счет критического сечения сопла она насыщается кавитационными пузырьками, после чего в этот поток подается углекислота в жидком виде. Углекислота резко расширяясь и охлаждаясь до температуры -70 С, переходит в

кристаллическое состояние, в результате чего в потоке моечной жидкости образуются гранулы сухого льда. Через определенный промежуток времени происходит возмущение поверхности пузырьков из-за наличия градиента давления вблизи их стенок, при этом наблюдается образование микроструек жидкости, вызываемой деформацией пузырька. Образующиеся микроструйки прорывают газовый пузырек со скоростью, которая имеет значение, на порядок превышающее скорость движения жидкости. Микроструйка, встречая на своем пути ледяную частицу, движущуюся в одном с ней направлении, дополнительно разгоняет ее.

При ударе ледяной частицы о контактную поверхность возникает давление, величину которого можно установить из выражения

р = (1)

где Р — давление струи жидкости на загрязненную поверхность, МПа; ра - плотность ледяной частицы, кг/м3;

Уо - суммарная скорость взаимодействия ледяной частицы с загрязнением,

м/с;

V— скорость контактной поверхности, возникающая за счет разрушения и движения частицы загрязнения по объекту очистки, м/с.

Скорость ледяной частицы будет складываться из скорости потока жидкости и скорости кумулятивной струи.

(2)

где Ук - скорость кумулятивной струйки, м/с; Уп - скорость потока моющей жидкости, м/с. В то же время, принимая, что частицы загрязнения при воздействии на них струи очищающей жидкости начинает течь, из уравнения Бернулли можно определить давление, необходимое для удаления с поверхности загрязнения

Р=±р3У2 + Рд , (3)

где рз - плотность частицы загрязнения, кг/м3;

Рд-динамический предел текучести, МПа.- -...................................

Проведя соответствующие преобразования, получаем суммарную скорость кумулятивной струйки, необходимую для разрушения адгезионных связей загрязнения с поверхностью двигателя._

+ + (4)

где рз - плотность загрязнения, кг/м3;

Уп - скорость потока моющей жидкости, м/с.

При этом условие разрушения адгезионных связей частиц загрязнения с поверхностью двигателя также может быть определено выражением:

Ук* Е, (5)

•у Рг

где а- предельное напряжение разрушения адгезионных связей загрязнения, МПа.

Математический анализ выражений (4) и (5) показал, что теоретически возможно создать конструкцию сопла моечной машины, позволяющего за счет эффекта кавитационного взрыва разогнать ледяную частицу в водяном потоке до скорости, необходимой для разрушения самых плотных частиц загрязнения, при этом давление подачи моечной жидкости должно быть в пределах 5-7 МПа. Такое давление может быть получено при использовании водяных насосов высокого давления современных моечных машин.

Учитывая это условие, была разработана конструкция универсального моечного устройства, позволяющая удалять загрязнения с поверхностей машин тремя режимами струйной, кавитационной, и ледно-кавитационной очистки (рисунок 1).

1 - корпус; 2 - расширяющийся канал; 3 - трубка (насадок); 4 - конус; 5 - уплотнительная прокладка; 6 - рамка; 7 - винт; 8 - кавитационный генератор; 9 - трубка для подвода углекислоты; 10 - инжектор; 11 - рычаг; 12 - шток; 13 - манжета; 14 - распределительный канал; 15 - золотник; 16 - пружина; 17 - рукоятка; 18 - винт; 19 - уплотнительная прокладка; 20 - штуцер.

Рисунок 1 - Устройство для очистки двигателей внутреннего сгорания с использованием ледно-кавитационной струи.

Устройство состоит из корпуса 1 со сквозным расширяющимся каналом 2, в котором расположен конус 4 обращенный своей вершиной внутрь корпуса и трубка 3. Конус 4, закреплен резьбой на трубке 3 и

Устройство для очистки дВигателей

8

7 5 Ь 1 3 9 ? ю

зафиксированный с торца рамкой 6 с винтами 7, которая имеет шесть отверстий, расположенных по окружности, между корпусом 1 и рамкой 6 установлена уплотнительная прокладка 5. Внутри трубки 3 на резьбе установлен кавитационный генератор 8. Внутри кавитационного генератора расположен инжектор 10 имеющий форму песочных часов. В теле корпуса 1 установлена трубка 9 для подвода углекислоты сообщающаяся с трубкой 3.

Под корпусом 1 расположена рукоятка 17, в которой выполнены два канала А и Б для подачи моющей жидкости через штуцер 20. Причем канал А сообщен с каналом 2, а канал Б с трубкой 3. Между рукояткой 17 и корпусом 1 расположена уплотнительная прокладка 19 и они соединены между собой винтами 18. В корпусе рукоятки 17 имеется распределительный канал 14, соединяющий золотник 15, управляемый шарнирно закрепленным на рукоятке 17 рычагом 11, уплотнительную манжету 13 и пружину 16. Золотник 15 перемещается с помощью штока 12.

На разработанную конструкцию моечной установки получено положительное решение о выдачи патента на изобретение от 9.09.11.

Поскольку режимы струйной и кавитационной очистки достаточно изучены Тельновым Н.Ф., Латышенком М.Б., Поповым A.C., Паюровым P.A., в задачи настоящей работы входило только исследование режима лёдно-кавитационной очистки. Для этого сопло универсального моечного устройства было условно разделено на элементарные участки (рисунок 2).

Устройство для образования лёдно-кавитационной состоит из корпуса 1, кавитационного генератора 2, трубки для подачи углекислоты 3 и канала для подачи жидкости 4.

Рисунок 2 - Устройство для образования лёдно-кавитационной струи. Участок А - А:

Из существующих способов получения кавитации наиболее перспективным для использования в наружной очистке, по предложению Федоткина И.М. [1], является способ образования этого явления в движущемся потоке жидкости за счет снижения давления в канале до критического состояния.

р _ 1(2(Р0-Ра)^-К3-РУ-Г-,г)-Р2 .

где И. - радиус каверны;

Po »P2 - соответственно давления в на входе и на выходе из кавитатора;

Б - диаметр сопла на выходе, м;

ё о - диаметр критического сечения сопла, м;

У2 - скорость жидкости на выходе в кавитатора, м/с;

к3 - коэффициент пропорциональности, который зависит от разности

давлений и от площади миделева сечения каверны; Кч - общий коэффициент гидравлических потерь в кавитаторе

Выражение (6) показывает зависимость процесса разрушения от геометрических размеров кавитационного сопла и параметров его работы, а в частности от давления на входе Р 0 в кавитационном генераторе, а также D - диаметра на выходе сопла и d 0 - диаметра критического сечения сопла.

Участок В —В:

На границах этого участка давление моечной жидкости остается постоянным, т.к. образовавшиеся на участке А-А кавитационные пузырьки в силу своей инертности начинают схлопываться за пределами границ участка В-В. Р0 = Ps = const.

Участок С - С:

В этой зоне мы вводим в моющую жидкость углекислоту при температуре - 70 С, которая поступает внутрь корпуса устройства 1 через трубку 3. В центрах кристаллизации происходит образование гранул углекислоты (твердых ледяных частиц) [2]. Для того, чтобы определить процент образования гранул углекислоты была получена формула 7.

где d т - диаметр трубки;

Е, - коэффициент сопротивления в трубке;

W! - объем углекислоты, м3;

W2 - объем жидкости, м3;

dL - элементарная длина трубки;

С - коэффициент пропорциональности, м 3/с2;

Vn - скорость движения льдоструйного потока.

Как видно из формулы 7, на процесс очистки влияет радиус ледяных частиц и насыщенность ими моющей жидкости.

Участок D - D:

Эта зона характерна началом схлопывания пузырьков, т.к. это обеспечивает резкое увеличение скорости гранулы. Нам необходимо узнать минимальное расстояние от конца насадка до схлопывания пузырьков для того, чтобы эффект от их схлопывания был наибольшим. Для этого рассмотрим задачу о динамике пузырька. Задача о динамике отдельно взятого пузырька впервые была рассмотрена Релеем, который, используя предложенную Безантом и Куком постановку задачи о заполнении пустой

р- плотность жидкости, кг/м3;

(7)

сферической полости радиуса Я шх в безграничной жидкости. В ходе математических преобразований было получено следующее выражение 8.

-а

Зл 1.6) „ lp_i_

(8)

2 ^ ^

где SMm - минимальное расстояние схлопывания пузырьков;

V и - скорость потока моющей жидкости;

Р - давление на границе раздела жидкость - полость;

р о - плотность невозмущенной жидкости;

Г (z) - гамма-функцию Эммера;

R МАХ- радиус пустой сферической полости.

Согласованный выбор давления подачи моечной жидкости, конструкционных параметров универсального моечного устройства, а также свойств абразивного материала (плотности и размеров ледяных частиц) позволит добиться оптимальных режимов удаления с поверхности двигателей сельскохозяйственной машины любых возможных видов загрязнений.

С учетом того, что в результате ранее проведенных исследований были установлены необходимые для стабилизации кавитационных процессов параметры. В ходе экспериментов необходимо добиться оптимальной работы универсального моющего устройства за счет варьирования значений давления подачи моечной жидкости, внутреннего диаметра насадки, её длины, а также степени насыщения воды углекислотой.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» изложена программа и методика исследований, приведено описание конструкции разработанной лабораторной установки, оборудования и приборов, применяемых для изучения свойств лёдно-кавитационной струи, определение параметров и режимов работы универсального моечного устройства. Статистическая обработка полученных экспериментальных данных проводилась с применением программ «Statistika 6.0» и «Math Works MathLab V.6.1.0.405.R.12.1».

В четвертой главе «Результаты исследований процесса лёдно-кавитационной очистки» представлены результаты лабораторных исследований, которые были получены в ходе многофакторного эксперимента, проведенного по плану Бокса-Бенкина второго порядка. В ходе эксперимента было установлено уравнение множественной регрессии, определяющее связь между качеством очистки поверхности и параметрами универсального моечного устройства: В1гутренний диаметр насадки X], длина насадки Х: давление моющей жидкости Х3, степень насыщения воды углекислотой Х4.

Y = 0,6392 + 0,045X, -0,038 X 2 + 0,0201 Х3 + 0,021Х4 + + 0,0026 X ¡X 2 - 0,015 X j Xs + ft Ш67Х2Х4 - 0,009X2X3 + + 0,0018X2X4 + 0,016Х3Х4+ 0,194X! 2 - 0,0963X22 + + 0,096X32 - 0,098X42 11

2*

Для нахождения оптимальных значений параметров оптимизации использовался метод двухмерных сечений и было установлено, что наилучшее качество очистки образца универсальным моечным устройством в режиме лёдно-кавитационной очистки достигалось, если давление подачи моечного раствора было б МПа, выходящего из насадки длиной 147 мм, диаметром 5мм, при степени насыщения воды углекислотой 6-7%.

Для определения эффективности очистки при использовании разработанного устройства, проводились испытания для определения зависимости степени очистки от времени очистки объекта. При этом проводился сравнительный анализ 2-х режимов очистки:

1

ИЛ

/ у

/ ¥

/ /

1 /

д /

< % /

V

А и

/ /

«2 и ь т V 18

№ по

¡0 го

70 60 50 10 30

го ю

А"* 1 --^

) -V

1- ледпо-кавитацпонпый режим; 2 - кавитационный режим Рисунок 5 - График зависимости степени очистки от времени очистки

1 - ледно-кавитационный режим; - навигационный режим Рисунок б - График зависимости степени очистки 0 от расстояния до очищаемого объекта Ь

Ледяные частицы углекислоты начинают работать и обеспечивают 100%-ную очистку на расстоянии до 100 мм, затем энергия частиц падает, так как частица имеет малую массу и процесс протекает по кавитационной зависимости.

При кавитационном режиме на расстоянии 100...200 мм качество очистки незначительно понижается, но остается достаточным (87%). Это связано со снижением интенсивности акустических течений и недостаточным развитием кавитационных пузырьков. При расстоянии 300...600 мм степень очистки возрастает за счет большего образования кавитационных пузырьков, далее происходит значительное снижение степени очистки.

При ледно-кавитационном режиме на расстояния 0...600 мм от очищаемого объекта степень очистки составляет в среднем около 95%. На расстоянии более 600 мм от очищаемого объекта степень очистки снижается до 80% и продолжает падать, но не так резко, как при кавитационном режиме.

Для проведения натурных испытаний была создана экспериментальная установка принципиальная схема которой представлена на рисунке 7.

Экспериментальная установка позволяет производить очистку деталей двигателей внутреннего сгорания в трех режимах:

первый - веерообразный для очистки деталей двигателей от слабо- и среднесвязанных загрязнений;

второй - кавитационный - для очистки деталей двигателей от загрязнений, скапливающихся в труднодоступных местах (слабо- и среднесвязанных) и доочистки после использования ледно-кавитационного режима;

третий - ледно-кавитационный - для очистки деталей двигателей от сильносвязанных загрязнений.

Л-

X

/ / /

/

XV

ТО

Р~

\

\13_.

20

\л

1-насадка; 2-ледно-кавитационное сопло; 3-корпус; 4-ледно-кавитационный пистолет, 5-канал для подачи углекислоты; 6-кран для открытия подачи абразива; 7-расходомер; 8-магистраль для подачи моющей жидкости; 9-расходомер; 10-перепускной клапан; 11-перепускная магистраль; 12-манометр; 13-насос высокого давления; 14-электропривод; 15-пусковое устройство; 16 - электрический щиток; 17 - баллон с углекислотой.

Рисунок 7 - Принципиальная схема экспериментальной установки

В ходе натурных исследований проводились сравнительные испытания экспериментальной установки с существующими технологиями и средствами механизации очистки двигателей внутреннего сгорания, результаты которых представлены на рисунках 8 и 9.

Из рисунка 8 видно, что при использовании ледно-кавитационного режима (экспериментальная установка) удаляется до 100% загрязнений при наименьших затратах времени. При этом наименьший расход электроэнергии (0,77 кВт-ч) возникает при использовании экспериментальной установки (рисунок 9).

В ходе натурных испытаний на машинных дворах сельскохозяйственных предприятий были проведены сравнительные испытания разработанной и существующих технологий очистки двигателей сельскохозяйственных машин (рисунок 10).

(¡г

ЩППй

1 - ледно-кавитацнонная очистка;

2 - водопескоструйная очистка;

3 - кавнтацнонная очистка;

4 - мойка струями низкого давления Рисунок 8 - Изменение степени очистки загрязненных поверхностей от времени

V! <«

ЦП

/¡Л &

вв

/

у

/ /

у у

У У

У' У

10

ю та <пг

1 — ледио-кавигационная очистка;

2 - водопескосгруйиая очистка;

3 - очистка струями высокого давления Рисунок 9 - График изменения расхода электроэнергии в зависимости от времени

Из анализа полученных результатов видно, что при очистке двигателя Д-240, с использованием экспериментальной моечной установки, укомплектованной универсальным моечным устройством по разработанной технологии очистки, сократилась трудоемкость работ по сравнению с существующими технологиями. Также уменьшились затраты на электроэнергию, воду и расходные материалы. В среднем затраты на очистку одного квадратного метра поверхности двигателя составили 72 копейки, что в 3-5 раз меньше, чем при очистке другими технологиями.

1 2.

№ Щ

90 ВО 70 60 ГО 40 30 20 10

/ А Н" -г ■¡г * - —

и Л ■й ** /

/ / У /

/ / / Г/ А

/ / V

/ .( п г V

п п

/ А

к гА

¡1 >

005 ф 0,15 02 025 63 0,4 фГ 0,5 ф № О/ 0/5 085 09 ¿95

Т,челМ

гас

1-ледно-кавитационная очистка; 2-кавитационная очистка; 3- водо-пескоструйная очистка; 4 - мойка струями высокого давления; 5 - мойка струями низкого давления

Рисунок 10 - Графические зависимости качества очистки двигателя Д-240 от затрат труда на его мойку

Расчет экономического эффекта от внедрения разработанной технологии показал, что ее применение позволило снизить трудоемкость очистки на 32...52%, энергозатраты на 66...74%, расходы моющей жидкости в среднем на 51% и получить годовой экономический эффект при фонде рабочего времени 1764 часа в размере более 15,5 тысяч рублей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

По результатам проведенных исследований можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:

1. Для качественной очистки двигателей внутреннего сгорания наиболее перспективными являются струйные технологии с подводом дополнительной энергии, в качестве которой можно использовать эффект ледно-кавитационной струи, за счет чего можно значительно повысить механическое воздействие струи на загрязнения при сравнительно небольших энергетических затратах.

Для стабилизации кавитационных процессов, происходящих в ледно-кавитационной струе, необходимо применять навигационные сопла, состоящие из кольцевого канала и кавитационного генератора, создающего в моющей струе кавитационные пузырьки.

2. Для создания лёдно-кавитационной струй создано универсальное моечное устройство, содержащее корпус со сквозным расширяющемся в передней части каналом и расположенным в нем конусом, обращенным вершиной внутрь корпуса, установленную соосно сквозному каналу трубку, одним концом закрепленную в корпусе, и рукоятку с шарнирно закрепленным на ней рычагом и золотником. Моечная жидкость, пройдя через продольные каналы золотника через кольцевой канал попадает в кавитационный генератор. Кавитационный генератор создает в моющей жидкости, измнение давления, насыщая жидкость кавитационными пузырькам. Ледяные частицы образуются за счёт подачи в поток моющей жидкости по центральной питающей трубке углекислоты.

Кроме режима «лёдно-кавитационная струя», который оказывает максимальное разрушающее воздействие на очищаемую поверхность, и удаляя до 89% всех видов загрязнений, устройство позволяет проводить очистку двигателей сельскохозяйственных машин в режиме «кавитационная струя» который соответственно удаляют 100% слабосвязанных загрязнений, а также 77% среднесвязанных загрязнений.

3. Установлены аналитические зависимости влияния конструктивно-кинематических параметров универсального моечного устройства на процесс образования лёдно-кавитационной струи, из которых видно, что на этот процесс оказывают наибольшее влияние давление подачи моющей жидкости, диаметр и длина насадка, а также степень насыщения воды углекислотой.

При этом оптимальными параметрами работы универсального моечного устройства в режиме лёдно-кавитационной очистки является подача моющей жидкости под давлением 6 МПа, выходящего из насадки длиной 147 мм, диаметром 5мм, при степени насыщения воды углекислотой 6-7%..

4. Технология очистки двигателей сельскохозяйственных машин с использованием универсального моечного устройства предусматривает использование режима «кавитационная струя» удаления соответственно слабо- и среднесвязанных загрязнений, режим «лёдно-кавитационной очистки» использовать при необходимости очистить поверхность двигателя от старого лакокрасочного покрытия, продуктов коррозии и других

сильносвязанных загрязнений. Испытания разработанной технологии очистки с применением моечной установки, укомплектованной универсальным моечным устройством, позволило снизить трудоемкость очистки на 32...52%, энергозатраты на 66...74% и расход моечной жидкости в среднем на 51% по сравнению с рассматриваемыми технологиями.

5. Годовой экономический эффект от внедрения разработанной технологии очистки сельскохозяйственных машин с использованием моечной установки, укомплектованной универсальным моечным устройством, при годовом фонде рабочего времени 1760 часов и коэффициенте использования времени смены 0,76 составил 15500 рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

- в списке изданий, рекомендованных ВАК для докторских и кандидатских диссертаций, 3 работы:

1. Баусов A.M., Шемякин A.B., Жильцов К.А. Особенности конструкции универсального устройства абразивно-кавитационного действия для очистки двигателей // Научно-технические ведомости СПб Политехнического университета. -2010. №4(110). С.162-164.

2. Баусов A.M., Шемякин A.B., Жильцов К.А., Рогов С.С. Теоретические исследования очистки агрегатов сельскохозяйственной техники с использованием энергии кавитации// Вестник Ульяновская ГСХА. - 2011. №4. С.172-174.

3. Баусов A.M., Шемякин A.B., Жильцов К.А., Подъяблонский A.B., Конов И.В. Установка для очистки двигателей сельскохозяйственных машин. //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2011. №10. С.24.

4. Патент на изобретение РФ. (положительное решение о выдачи от 9.09.11). Устройство для очистки двигателей. Авторы: Баусов A.M., Шемякин A.B., Жильцов К.А.

- в других научных изданиях:

5. Баусов A.M., Шемякин A.B., Жильцов К.А. Перспектива использования кавитационных процессов при очистке двигателей сельскохозяйственных машин от загрязнений перед ремонтом//«Вавиловские чтения» Материалы Международной научно-практической конференции-2010 г. Том.З.С.394-396.

6. Баусов A.M., Шемякин A.B., Жильцов К.А., Терентьев В.В., Володин В.Н. Экспериментальная установка для очистки двигателей перед ремонтом// Вестник АПК Верхневолжья.-2011. №1(13). С.82-84.

7. Баусов A.M., Шемякин A.B., Жильцов К.А. Теоретическое основы образования ледно-кавитационной струи для очистки двигателей сельскохозяйственных машин//Вестник Рязанского ГАТУ. - 2011 г. №4.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л.1 Тираж ЮОэкз. Заказ № 652 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологическийуниверситет имени П.А.Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1 Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методических пособим ФГБОУ ВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1

Реферат.

Перечень условных обозначений.

Введение.

Глава I. Общее состояние проблемы и задачи исследования.

1.1. Анализ загрязнения деталей двигателя в период эксплуатации

1.2. Анализ способов очистки и мойки деталей двигателей.

1.3. Анализ применяемых средств механизации для очистки деталей двигателя.

1.4. Анализ синтетических моющих средств, применяемых для мойки двигателя.

1.5. Постановка проблемы и задачи исследования.

Глава II. Теоретические исследования.

2.1 Общие положения теоретических исследований.

2.2. Конструкция устройства.

2.3. Теоретическое обоснование параметров работы универсальной моечной установки в режиме абразивно-кавитационной очистки.

Машинно-тракторный парк является важным составляющим производительности продукции и экономической прибыли сельскохозяйственных предприятий. Исправность сельскохозяйственных машин тесно связана с качеством сельскохозяйственных работ и качеством продукции.

При эксплуатации машинно-тракторного парка в условиях сельского хозяйства на поверхностях машин из-за специфики их работы скапливаются практически все виды загрязнений. В особенности эти загрязнения влияют на работу двигателей тракторов и автомобилей, используемых в сельском хозяйстве. Большое разнообразие загрязнений, скапливающихся как на наружных, так и на внутренних поверхностях двигателей внутреннего сгорания (в процессе эксплуатации) приводит к различию их физических и химических свойств, что затрудняет процесс очистки. Накопление загрязнений на двигателях внутреннего сгорания способствует снижению надежности и эффективности машинно-тракторного парка, ускорению процессов старения, повышенному износу и преждевременному выходу из строя узлов и агрегатов двигателей внутреннего сгорания.

Качественная очистка поверхностей узлов и агрегатов двигателей внутреннего сгорания достигается комплексным физико-химическим и механическим воздействием на загрязнения.

Применение химических веществ и технологий очистки связано со значительными затратами на приобретение или составление моющих растворов, негативным влиянием на окружающую среду и человека. При повышении механического воздействия на загрязнение за счет повышения давления подаваемой моечной жидкости приводит к увеличению энергозатрат.

Перспективные направления совершенствования технологий очистки двигателей внутреннего сгорания связаны с использованием дополнительных видов энергии и в частности энергии кавитации. Разработанные технологии данной очистки позволяют удалять все виды загрязнений, но имеют следующие недостатки - узкая специализация технологий и высокая энергоемкость.

Данная работа посвящена исследованию возможности совершенствования существующих технологий струйной очистки путем разработки эффективной технологии очистки поверхностей двигателей внутреннего сгорания с использованием экспериментальной установки.

Цель исследования. Повышение эффективности процесса очистки двигателей сельскохозяйственных машин путем разработки технологии и универсальной моечной установки с использованием лёдно-кавитационной струи с обоснованием параметров и режимов ее работы.

Объект исследования. Процесс наружной очистки двигателей сельскохозяйственной техники от эксплуатационных и технологических загрязнении лёдно-кавитационной струей.

Предмет исследования. Воздействие параметров лёдно-кавитационной, струи на загрязненную поверхность и их влияние на условия труда оператора.

Методика исследования. Достижение поставленной цели осуществлялось путем проведения теоретических и экспериментальных исследований.

Теоретическое исследование состояло в получении зависимостей, позволяющих установить конструктивные и технологические параметры моечной установки с использованием лёдно-кавитационной струи, влияющие на режимы ее работы.

Экспериментальное исследование заключалось в определении оптимальных значений параметров и режимов работы установки, проведении сравнительных испытаний разработанной технологии очистки с существующими технологиями, определении экономической эффективности от применения предложенной технологии.

Исследования выполнены на специально изготовленных установках с использованием стандартных и частных методик с применением способов планирования эксперимента. Обработка результатов полученных экспериментальных данных осуществлялась методами математической статистики с использованием ЭВМ.

Научную новизну диссертации составляют теоретическое обоснование условий создания лёдно-кавитационной струи, аналитические зависимости качества очистки поверхностей двигателей сельскохозяйственных машин от параметров, режимов работы универсального моечного устройства. Новизна технического решения подтверждена патентом Российской федерации на изобретение №

Практическая ценность работы заключается в том, что разработана технология наружной очистки двигателей сельскохозяйственных машин, которая позволяет снизить трудоемкость выполнения работы, энергетические и материальные затраты, повысить качество очистки.

Результаты исследований нашли практическое применение в модернизированных моечных машинах высокого давления.

Производственная проверка показала эффективность технологии и устройства для очистки двигателей сельскохозяйственных машин с использованием лёдно-кавитационной струи. Результаты производственных исследований внедрены в хозяйствах Ивановской области, Ивановского района: ОАО «Ивановское» и ФГУП «Учхоз ИГСХА».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях Ивановской государственной сельскохозяйственной академии (2008.2011 г.г.) и на международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения» Саратовского государственного аграрного университета (2010 г.)

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 статьях, из которых 3 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, имеется патент на изобретение.

На защиту выносятся:

- конструктивно-технологическая схема устройства для очистки двигателей сельскохозяйственной техники, параметры и режимы ее работы (решение о выдачи патента на изобретение от 9.09.2011 г.);

- теоретическое обоснование и экспериментально установленные зависимости параметров и режимов универсального моечного устройства с использованием лёдно-кавитационной струи;

- технология наружной мойки двигателей сельскохозяйственных машин с использованием установки, оборудованной устройством для создания лёдно-кавитационной очистки.