Повышение эффективности использования машинно-тракторных агрегатов улучшением энергетических параметров двигателей

Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0
Коршенко Константин Викторович
Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА О ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ
1.1
Обоснование необходимости повышения эффективности ис- пользования энергетических установок МТА.
Факторы, влияющие на эффективность использования ЭУ МТА
Анализ технических средств обеспечения экологической без-
опасности ЭУ МТА
1.2
.3
19
1.4. Классификация теоретических средств для обработки топли-
ва
1.5. Анализ исследований по повышению эффективности исполь-
зования МТА
1.6. Цель и задачи исследования
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КАЧЕ- СТВА ОБРАБОТКИ ТОПЛИВА ПЕРЕД СГОРАНИЕМ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЬНОЙ ЭУ
Усовершенствованное устройствок дизельной ЭУ для обра- ботки толива перед сгоранием и процесс его работы
2.2. Анализ производительности МТА при работе с электромаг-
нитным активатором топлива
62
Выводы по главе
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФ- ФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
СРЕДСТВ В СОСТАВЕ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГА- ТОВ
Общая программа экспериментальных исследований
3
3.1
3.2. Оборудование и приборы для проведения эксперименталь-
64
ных исследований
3.3. Методика исследования магнитной индукции соленоида в
3
устойстве для активации топлива перед подачей в ДВС
3.4. Методика определения физико-химических свойств дизель- ного топлива, обработанного с помощью экспериментального
активатора
3.4.1
3.4.2. Методика определения температуры вспышки топли-
ва
Методика определения фракционного состава дизель- ного топлива
3.4.3
3.5
85
Методика определения кинематической вязкости топ- лива
Методика исследований воздействия активатора дизельного топлива на работу двигателя
3.6. Методика проверки тягово-мощностных характеристик ис- пользования энергетических установок машиннно-
тракторных агрегатов при работе на активированном топливе
3.7. Методика обработки экспериментальных данных
РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕ- ДОВАНИЙ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРА- БОТКИ ТОПЛИВА ПЕРЕД СГОРАНИЕМ
Результаты исследований параметров соленоида, как основ- ной составляющей устройства для активации дизельного топлива перед сгоранием
4
4.1
102
4.2. Результаты исследования свойств дизельного топлива, под-
вергнутого обработке импульсным электромагнитным полем
4.3. Результаты исследований параметров работы дизельного
двигателя при использовании активированного топлива
4.4. Результаты полевой проверки работы маашинно-тракторного
агрегата на активированном топливе

5
5.1
128
4
Выводы по главе
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬ- ТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
Экономическая оценка эффективности работы ЭУ МТА с ис- пользованием активации топлива
5.2. Энергетическая оценка эффективности использования маг- нитной активации при эксплуатации МТА
5.3. Экологическая оценка использования электромагнитной ак- тивации топлива в ЭУ сельскохозяйственных МТА
144 145 ЛИТЕРАТУРА
169
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А
Методика расчѐта показателей работы машинно- тракторных агрегатов при использовании активи- рованного топлива
Приложение Б Приложение В
Приложение Г
Приложение Д Приложение Е
Приложение Ё
170 Таблицы результатов исследований соленоидов
192 Паспорта на образцы обработанного топлива
Таблицы показателей работы двигателя
Таблицы результатов полевого эксперимента на вспашке
Таблицы результатов полевого эксперимента на повсходовом внесении минеральных удобрений
Акты внедрения
Таблицы результатов исследований влияния маг- нитной индукции на свойства топлива

Во введении приведена актуальность темы, сформулированы цель и за-
дачи исследований, определены объект и предмет исследований, установлена
научная новизна и выделены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе раскрыто состояние вопроса обоснования необходимости
повышения эффективности использования ЭУ МТА. Представлены факторы,
влияющие на эффективность использования ЭУ МТСА. Проанализированы
требования, предъявляемые к физико-химическим свойствам дизельного топ-
лива, влияющим на эффективность работы МТА. Проведѐн анализ и разработа-
на классификация технических средств обеспечения экологической безопасно-
сти ЭУ МТА.
Магнитная активация топлива является инновационным способом повы-
шения эффективности использования ЭУ МТА и одновременно позволяет
глубже вникнуть в физику магнитных явлений, теорию рабочих процессов дви-
гателей внутреннего сгорания и теорию эксплуатационных свойств ДВС.
На основе проведенного анализа современного состояния вопроса о по-
вышении эффективности использования ЭУ МТА сделан вывод о том, что об-
работка электромагнитными полями может способствовать повышению экс-
плуатационных свойств углеводородного топлива и представляет один из пер-
спективных путей повышения эффективности и экологичности ЭУ МТА.
Во второй главе дан анализ теоретических и экспериментальных иссле-
дований, посвященных решению вопросов повышения эффективности исполь-
зования ЭУ МТА за счет применения устройства для электромагнитной обра-
ботки топлива. В этой главе раскрыты теоретические основы возможности из-
менения структуры дизельного топлива под воздействием электромагнитных
полей, дано теоретическое обоснование параметров устройства для активации
дизельного топлива. Выполнены теоретические исследования и получены зави-
симости для определения производительности МТА при работе на активиро-
ванном топливе.
Магнитная проницаемость дизельного топлива определена, исходя из его
усреднѐнных физико-химических показателей:
м
,(1)

где– плотность дизельного топлива, кг/м3;
– молекулярный вес (масса), кг/моль;
м – молярная (химическая) магнитная восприимчивость, м /моль.
Соответственно индукция электромагнитного поля равна:
мм
()() (),Тл,(2)

где ρCu – удельное сопротивление материала проводника, Ом·м;
μ0 – магнитная проницаемость вакуума, равная μ0=4π·10-7 Гн/м;
l – длина соленоида, м;
S0 – поперечное сечение провода, м2;
U – напряжение, подаваемое на соленоид, В;
d – диаметр соленоида, м.
Для определения расхода топлива получено выражение:
мм
,(3)

где m – масса топлива, кг;
t – длительность прохождения топлива в устройстве для электромагнит-
ной обработки, с;
– объѐмная магнитная восприимчивость компонентов, входящих в со-
став дизельного топлива.
Уточнена зависимость производительности МТА от расхода топлива:
0,1  р  1000  3600  G T  
Wч , га/ч
9550  N e  iтр  тр
q кр  ( mgf)
n e  rк,(4)
гдер– ширина захвата агрегата, м;
τ – коэффициент использования времени смены;
GT – часовой расход топлива, кг/ч;
qкр – удельный расхода топлива, г/кВт·ч;
Ne – мощность двигателя, кВт;
n – число оборотов коленвала двигателя, мин-1;
iтр – передаточное число трансмиссии;
ηтр – КПД трансмиссии;
m – масса трактора, кг;
f – коэффициент сопротивления качению.
Зависимость производительности МТА от магнито-химических свойств
топлива имеет вид:
м
чга/ч ,(5)

где V – скорость агрегата, км/ч;
В основу теории электромагнитной обработки топлива могут быть поло-
жены общие выводы из гомолитической теории строения нефтяных дисперс-
ных систем, в том числе дизельного топлива.
Для подтверждения данной теории необходимо было провести экспери-
менты по активации дизельного топлива устройством для электромагнитной
обработки с целью смещения радикального равновесия (вследствие рекомбина-
ционных процессов) с разрушением определенной части атомов, а соответ-
ственно молекул и их ассоциативов. Это активизирует последующий процесс
горения топлива в цилиндрах ДВС.
В третьей главе дана программа и приведены методики эксперименталь-
ных исследований активатора топлива, определения физико-химических пара-
метров дизельного топлива после омагничивания, описана экспериментальная
лабораторная установка для исследования воздействия активации дизельного
топлива на работу двигателя. Разработана методика оценки эксплуатационных
показателей работы МТА с использованием активированного топлива электро-
магнитной обработкой на операциях пахоты и посева.
На рисунке 1 представлены приборы и оборудование для изучения маг-
нитных свойств соленоида, который является основной частью устройства для
электромагнитной обработки дизельного топлива.

Рисунок 1 – Приборы и оборудование для измерения магнитной индукции
исследуемого соленоида:
1 – щуп миллитесламетра, 2 – миллитесламетр портативный универсальный
ТП2-2У, 3 – источник питания постоянного тока, 4 – соленоид,
5 – соединительные провода, 6 – магнитно-импульсный модулятор (МИМ)
Основой для определения электромагнитной индукции являлся милли-
тесламетр 2 портативный универсальный ТП2-2У. Измерение магнитной ин-
дукции выполнялось при помощи щупа миллитесламетра 1. Соленоид запиты-
вался от источника постоянного тока 3, при этом изменение параметров соле-
ноида и частота включения регулировались при помощи магнитно-импульсного
модулятора 6 типа МИМ.
Измерения магнитной индукции были проведены на всех образцах соле-
ноидов, изготовленных в процессе проведения экспериментов (рисунок 2). Бла-
годаря прибору МИМ с микросхемой типана выходе получали
сигнал с модифицируемой частотой и скважностью прямоугольной формы. Ча-
стота выключений устанавливалась от с 500 Гц до 200 кГц дискретно. МИМ
позволял корректировать скважность от 1% до 99% с интервалом в 1%. Схема
подключения МИМ позволяет независимо управлять восьмью соленоидами.
Рисунок 2 – Экспериментальные образцы соленоидов:
1 – соленоид с количеством витков 3000 шт. и выводом концов через каждые
1000 витков; 2, 3, 4 и 5 – соленоиды соответственно с 4000, 5000, 11000
и 6000 количеством витков
Для определения физико-химических параметров дизельного топлива, на
которое воздействовало устройство для электромагнитной обработки, исполь-
зованы некоторые положения методики Лоскутовой Ю.В., а также пикнометри-
ческий способ определения плотности согласно
ГОСТ 3900-85 «Нефть и нефтепродукты. Методы
определения плотности». Лабораторная проточная
установка для этого представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Лабораторная проточная
установка:
1 – ѐмкость для топлива; 2 – ареометр;
3 – термометр; 4 – штатив; 5 – запорная
арматура; 6 – хомуты; 7 – резиновые шланги;
8 – соленоид; 9 – соеденителные провода;
10 – МИМ, 11 – кювета для топлива

Топливо проходило из емкости 1 по резиновым
шлангам 7 через соленоид 8, обрабатываясь электро-
магнитным полем, после чего собиралось в пикнометр
2 объѐмом 100 мл (рисунок 4), затем помещалось в ве-
сы 1 (рисунок 4) марки ВА-33 для взвешивания.

Рисунок 4 – Приборы для определения плотности
дизельного топлива с помощью пикнометра:
1 – аналитические весы ВА – 33;
2 – пикнометр, 3 – подставка,
4 – блок питания весов
Стендовые исследования влияния электромагнитного воздействия на ди-
зельное топливо по определению мощностных, экономических и токсических
показателей работы тракторного дизеля проводили на экспериментальной уста-
новке, разработанной в лаборатории кафедры тракторов и автомобилей ГОУ
ЛНР ЛНАУ.
Испытания выполнялись на полноразмерном четырехтактном четырехци-
линдровом дизеле марки Д-65М. В состав стенда (рисунок 5) входили: двига-
тель 5, соединенный карданным валом с электродинамической нагрузочной
установкой 3 типа КИ-1363Б, автоматический расходомер 2 топлива АИР-50 с
погрешностью 0,5%, индикатор мощности 1 цифровой ИМД-Ц, магнитно-
импульсный модулятор 4 и соленоид 6.

Рисунок 5 – Лабораторная установка
на базе тормозного стенда:
1 – индикатор мощности цифровой ИМД-Ц;
2 – автоматический расходомер топлива
«АИР-50»; 3 – тормозной стенд КИ-1363 Б;
4 – магнитно-импульсный модулятор;
5 – дизельный двигатель Д-65М; 6 – устройство
для электромагнитной обработки топлива

Дымность отработанных газов измеряли
дымомером МЕТА-01 МП 0.1. Устройство для
электромагнитной обработки топлива устанав-
ливали в топливную систему дизеля между топливопроводом высокого давле-
ния и форсункой.
Опыты проводили по известной методике. Полевые опыты проведены в
соответствии с ГОСТ Р 52778-2007 «Испытания сельскохозяйственной техники.
Методы эксплуатационно-технологической оценки» и ГОСТ 25836-83 «Тракто-
ры и виды программных испытаний» на полях учебно-научного производ-
ственного аграрного комплекса Луганского НАУ при выполнении МТА вспаш-
ки, как наиболее энергоѐмкой операции по обработке почвы.
В состав установки для полевых испытаний (рисунок 6) входили: трактор
МТЗ – 80 с плугом ПЛН-3-35, расходомер топлива и другое измерительное
оборудование.

Рисунок 6 – Общий вид установки для полевых испытаний
Из-за отсутствия в университете тяговой лаборатории измерение тягового
сопротивления МТА с навесным плугом производили с использованием допол-
нительного трактора. В качестве тягового был испытуемый трактор, оборудо-
ванный системой активации топлива в первом варианте и без неѐ – во втором,
контрольном варианте. Второй трактор с навесным плугом был прицепным к
первому и использовался без включения передач. Между ними устанавливался
динамометр для определения усилия на крюке тягового трактора (тензометри-
рование исключалось из-за сложностей определения усилий в звеньях навески
плуга). Каждый опыт состоял из двух этапов: в первом протягивался МТА в
режим пахоты и по показаниям фотосъѐмки динамометра определяли усилие на
крюке первого (тягового) трактора. Затем на втором этапе плуг снимался и про-
тягивался в условиях перекатывания только второй трактор также с фиксацией
тягового сопротивления. По разнице этих двух показаний определяли тяговое
сопротивление на крюке испытываемого трактора.
В опытах производили замеры: ускорения, развиваемого двигателем; со-
противления рабочего орудия; расход горючего за опыт с помощью устройства
для определения расхода топлива. Измерялись также текущая скорость и прой-
дѐнный путь МТА на контрольной полосе, частота вращения коленчатого вала
двигателя, продолжительность эксперимента; порядковый номер передачи;
глубина обработки; почвенный фон и характеристики погодных условий.
В четвертой главе представлены результаты обработки и анализа экспе-
риментальных данных, полученных в исследованиях соленоида, активации ди-
зельного топлива в условиях лаборатории, испытаний дизельного двигателя
при использовании устройства для электромагнитной обработки дизельного
топлива и полевых опытов работы машинно-тракторного агрегата.
Составляющей частью активатора являлся конечный соленоид, представ-
ляющий собой цилиндр радиуса R и длины l, на поверхность которого намота-
ны N витков провода диаметром d, по которому пущен постоянный ток силой I.
График зависимости индукции магнитного поля B от координаты x на оси ко-
нечного соленоида B = f(x) представлен на рисунке 7.
Теоретическая кривая зависимости теор.(х) получена, пользуясь расчет-
ной формулой (6). По данным этого рисунка максимальное значение магнитной
индукции на оси соленоида при напряжении 24 и частоте 10000 Гц составило:
экспериментальное – 22,2 мТл, а теоретическое – 20,53 мТл или на 8% ниже.
Максимальное значение магнитной индукции было в средней части соленоида.
По краям поле соленоида уменьшалось, снижаясь в среднем на 22 – 25%.
25800 т.с.
y = -0,1137×2 + 1,3482x + 17,607
R² = 0,9442800 э.с.

205000 т.с.

5000 э.с.
10000 т.с.
В,мТл

10000 э.с.
Полиномиальная
(800 т.с.)
5Полиномиальная
(800 э.с.)
Полиномиальная
0(5000 т.с.)
Полиномиальная
-25 -20 -15 -10-50510152025
(5000 э.с.)
Отдаление щупа тесламетра от центра соленоидаПолиномиальная
на некоторое расстояние x, мм(10000 т.с.)

Рисунок 7 – График зависимости средних значений =f(х) по длине соленоида
при различных частотах отключения тока от его обмотки (в измерениях
по шкале щупа): т. . и э. . – теоретические и экспериментальные значения
Экспериментальные исследования процесса воздействия электромагнит-
ного поля на дизельное топливо проводили по методике, изложенной в разделе
3 работы. Установлено, что в результате воздействия на дизельное топливо пе-
ременным электромагнитным полем увеличивается температура его вспышки,
которая составляет 57С для соленоида с 6000 витками при напряжении 24
(на 9 градусов больше неактивированного топлива). Плотность топлива умень-
шается при этом на 0,6%, а кинематическая вязкость на 27,2% в сравнении с
топливом до активации. Достаточно сильно изменяется и его фракционный со-
став, увеличивая объѐм испаряемой части топлива с 78 до 86% от его общего
объѐма при температуре нагрева до 350С. Анализ полученных данных показал:
1. Увеличение температуры вспышки должно привести к более позднему
самовоспламенению модифицированного топлива в цилиндрах двигателя.
2. Уменьшение кинематической вязкости и плотности должно улучшить
распыление модифицированного топлива в форсунках и, следовательно, улуч-
шить смесеобразование в цилиндрах двигателя.
3. Изменение значений фракционного состава вызвало снижение содер-
жания в топливе наиболее тяжелых фракций, что обеспечит улучшение смесе-
образования в двигателе, повышение экономичности, уменьшение нагарообра-
зования и дымности отработанных газов.
Следовательно, все изменения физических характеристик дизельного
топлива могут способствовать повышению эффективности сгорания его, а в ре-
зультате улучшению показателей работы дизельного двигателя (рисунок 8).
Рисунок 8 – Совмещѐнная скоростная характеристика двигателя Д-65Н
с регуляторной ветвью до и после применения устройства
для электромагнитной обработки дизельного топлива
В процессе исследований работы дизельного двигателя при использова-
нии устройства для активации топлива электромагнитной обработкой установ-
лено положительное влияние такого топлива на мощностные и топливно-
экономические показатели его. Получены скоростная и нагрузочная характери-
стики двигателя, показавшие увеличение мощности на 3,5 кВт и крутящего
момента на 15,6 %, уменьшение удельного расхода топлива в среднем на 16,6
%, и дымности отработанных газов на 16,7 – 18,8 %.
Это позволило задать определѐнные рациональные параметры для даль-
нейшей проверки работы дизельной энергетической установки мобильного
энергетичского средства с устройством для электромагнитной обработки мо-
торного топлива перед сгоранием его в составе машинно-тракторного агрегата
применительно к эксплуатационным хозяйственным условиям.
В качестве операции обработки почвы была выбрана вспашка, так как она
является наиболее энергоѐмкой. Как и раньше эксперименты состояли из двух
серий: с применением устройства для электромагнитной обработки топлива и
без него.
Без применения устройства для электромагнитной обработки топлива пе-
ред сгоранием полевой эксперимент на операции вспашки проводился с глуби-
ной обработки почвы 20 м на рабочей скорости Vp р= 7-8 км/ч с шириной за-
хвата плуга ПЛН-3-35, равной 1,05 м. Передаточное число трансмиссии на пя-
той передаче составляло ітр=51,27, коэффициенты сопротивления качению по
стерне f=0,07, использования времени смены τ=0,85 и полезного действия
трансмиссии ηтр=0,881057 были приняты по справочным источникам.
С применением устройства для активации топлива электромагнитной об-
работкой перед сгоранием полевой эксперимент проводился уже на более вы-
сокой скорости (до Vpср= 8,5 км/ч) при той же глубине вспашки 20 см и ши-
рине захвата плуга ПЛН-3-35. Масса трактора и указанные выше коэффициен-
ты оставались неизменными.
Анализ полученных данных показал, что применение устройства для ак-
тивации топлива электромагнитной обработкой позволяет снизить удельный
расход топлива на 20,5 г/к тч и увеличить крюковую мощность МТА на 5
к т. Совокупность этих результатов обеспечила повышение производительно-
сти МТА на 0,122 га/ч или на 7,87%.
В пятой главе представлены результаты экономической и энергетиче-
ской оценки эффективности использования МТА с устройством для активации
дизельного топлива электромагнитной обработкой перед сгоранием в двигате-
ле. В сравнении с базовым МТА, работающим на стандартном топливе, новый
показал годовой экономический эффект около 29 тыс. руб., при этом эксплуа-
тационные затраты на вспашке снижаются почти на 30 тысяч рублей в год или
на 73,74 руб./га при сроке окупаемости капвложений 0,29 года.
Энергозатраты на единицу выполненных работ с применением устрой-
ства для электромагнитной обработки дизельного топлива снизились на 2,37
Дж/га. За счѐт снижения вредных выбросов при работе пяти таких МТА воз-
можно также получение потенциального экологического эффекта на сумму
около 6 тысяч рублей в год.
В приложении представлена методика инженерного расчѐта устройства
для активации дизельного топлива электромагнитной обработкой, приведены
промежуточные материалы обработки экспериментальных данных, вспомога-
тельные таблицы и копии актов внедрения результатов работы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итоги выполненной работы
1. Повысить эффективность использования энергосиловых установок ма-
шинно-тракторных агрегатов можно за счет применения устройства для элек-
тромагнитной обработки дизельного топлива путѐм его энергонасыщения. Мо-
дифицирование электромагнитными полями эксплуатационных свойств угле-
водородного топлива является одним из перспективных путей повышения эф-
фективности и экологичности тепловых ЭУ МТА.
2. Установлено, что активацию топлива в целях более эффективного ис-
пользования в ДВС, применяемых в тракторах машинно-тракторных агрегатов,
и повышения эксплуатационных и экологических характеристик их необходи-
мо выполнять непосредственно перед сгоранием в цилиндрах двигателя.
3. Получены расчѐтные зависимости для определения магнитной индук-
ции, создаваемой устройством для электромагнитной обработки дизельного
топлива, что позволило установить существенное влияние на его плотность,
молекулярную массу и молярную (химическую) магнитную восприимчивость.
4. Разработана математическая модель (2.71) работы МТА, оборудован-
ного устройством для активации топлива электромагнитной обработкой перед
сгоранием, в зависимости от часового и удельного расхода топлива, мощности
и частоты вращения двигателя, передаточного числа и КПД трансмиссии, мас-
сы трактора и коэффициента сопротивления качению.
5. Экспериментально установлено, что для активации топлива перед сго-
ранием в ЭУ МТА наиболее приемлемым является устройство в виде соленои-
да, имеющего следующие параметры: внешний радиус R2= 0,025 м, внутренний
радиус R1= 0,01 м, длина l=0,05 м, количество витков 6000 с возможностью
подключения через каждые 500 витков, обеспечивающими магнитную индук-
цию 22,2 мТл при силе тока I=0,3 А и напряжении U=24 В. При этом в системе
активации топлива целесообразно наличие функции отключения тока от обмот-
ки соленоида с частотой отключения 10000Гц.
6. Работа МТА с использованием активированного топлива сопровожда-
ется сокращением удельного расхода топлива на 18,04 – 20,49 г/га и ростом
эффективной мощности двигателя почти на 5 к т. Совокупность этих резуль-
татов повышает производительность машинно-тракторного агрегата на пахоте в
среднем на 0,122 га/ч.
7. Определено, что при сжигании активированного дизельного топлива,
выделяется в среднем на 16,7 – 18,8 % меньше вредных выбросов в атмосферу,
чем при сжигании не активированного.
8. В сравнении с базовым пахотным МТА в составе трактора МТЗ-80 и
плуга ПЛН-3-35 усовершенствованный при работе на активированном топливе
позволяет получить годовой экономический эффект около 29 тысяч рублей и
снизить эксплуатационные затраты на топливо при вспашке почти на 30 тысяч
рублей в год или на 73,74 руб./га при сроке окупаемости дополнительных кап-
вложений 0,29 года. Потенциальный годовой экологический эффект от ис-
пользования пяти МТА может составить около 6 тысяч рублей. Удельные
энергозатраты при этом сокращаются на 2,37 МДж/га.
Рекомендации производству
Хозяйствам различных форм собственности целесообразно использова-
ние предложенной конструкции устройства для электромагнитной обработки
дизельного топлива перед сгоранием в тракторах в составе МТА на всех опера-
циях сельскохозяйственного производства.
Конструкторским организациям рекомендуется использовать полученные
математические модели работы МТА при проектировании систем питания к
двигателям тракторов применительно к работе МТА в условиях различных хо-
зяйств и методику расчѐта их конструкции и показателей эксплуатации.

Перспективы дальнейшей разработки темы
Целесообразны дальнейшие всесторонние теоретические и экспериментальные
исследования процессов активации других видов топлива применительно к
энергетическим установкам сельскохозяйственного назначения.

Аграрный сектор Луганской народной республики (сельское хозяйство, пищевая и перерабатывающая промышленность) обеспечивает продовольст- венную безопасность и продовольственную независимость страны, формиру- ет 17 процентов валового внутреннего продукта и около 60 процентов фонда потребления населения. Кроме того, он является одним из основных бюдже- тообразующих секторов национальной экономики, доля которого в сводном бюджете Украины за последние годы составляет 8-9 процентов, а также за-
нимает второе место среди секторов экономики в товарной структуре экспо- рта. Большое значение он имеет и в экономике России.
Одним из путей и способов решения проблемы современного состоя- ния развития аграрного сектора является внедрение экологически безопас- ных, ресурсо- и энергосберегающих технологий.
Сельскохозяйственное производство в настоящее время без обеспече- ния повышенного уровня механизации всех технологических процессов и операций практически невозможно. При этом в повышении эффективности полеводства основная роль, в первую очередь, отводится использованию индустриальных технологий, которые базируются на применении энергосбе- регающих методов производства сельхозпродукции и современных средствах и способах экономии топлива для эергетических средств (ЭС) машинно- тракторных агрегатов (МТА). Вопрос снижения энергетических затрат сего- дня – это проблема номер один в любом цивилизованном обществе. Сбере- жению топлива посвящен целый комплекс исследований и разработок, про-
водимых во многих странах мира, направленных на улучшение его сгорания. Использование любого топлива приводит к загрязнению окружающей среды, что неизбежно – особенно при существующей схеме использования топлива. Энергоемкость всех технологических операций в сельском хозяйстве, в осно- вном, определяется эксплуатационными свойствами коплексов машин и ре- жимами их работы в составе машинно-тракторных агрегатов. Реально в сложившихся условиях использования работа МТА осущест- вляется при непрерывном изменении внешних воздействий и нагрузок. По данным ряда многочисленных исследований, проведѐнных В.Н. Болтинским [21] , Ю.К. Киртбая [82], С.А. Иофиновым [72, 73], Л.Е. Агеевым [4,5], М. Кутьковым [96, 97], В.Н. Поповым [144] и другими, показатели мощности и экономии топлива двигателя трактора МТА снижаются до 20% в сравнении с таковыми при стендовых испытаниях.
Дальнейшее развитие и совершенствование машинно-тракторного пар- ка – основы энергетической базы производства продукции сельского хозяй-
ства с целью снижения энергозатрат и уменьшения выбросов вредных ве- ществ в окружающую среду, повышения полезной работы является одним из важних вопросов современных ученых и инженеров, решаемых за счет при- менения устройств для экономии топлива на сельскохозяйственных трактор- ных дизельных двигателях. При этом технологическая потребность в дизель- ном топливе для сельскохозяйственных работ на 2021 год, по расчетам Ми- нистерства аграрной политики и продовольствия Украины, составлет для Лу- ганской области 43390 тонн, а для страны в целом 1371340 тонн.
Предположительно значительного снижения энергозатрат МТА в усло- виях эксплуатации на сельскохозработах возможно добиться устранением вредного влияния внешних нестационарных воздействий на эксплуатацион- ные показатели тракторного двигателя.
Теория машинно-тракторного агрегата в настоящее время интенсивно развивается. Выполнены частные инженерные разработки по многим направ- лениям.
Но вместе с тем, до сих пор отсутствуют публикации и разработки по обработке используемого моторного топлива непосредственно перед сгора- нием, не рассмотрены и возможные способы осуществления этого при испо- льзовании машинно-тракторного агрегата в сельском хозяйстве.
Повысить эффективность использования машинно-тракторных агрега- тов (МТА) означает увеличить их производительность и снизить затраты времени, удельный расход топлива и средств на единицу выполненной рабо- ты (продукции).
Повышению эффективности использования МТА способствуют многие факторы, среди которых:
– выбор оптимальных вариантов технологий, соответствующих реаль- ным условиям производства продукции растениеводства;
– согласование машин МТА по производительности при выполнении различных технологических операций;
– замена энергозатратных низкопродуктивных технологических опера-
ций на менее энергозатратные, которые существенно не снижают урожай- ность сельскохозяйственных культур;
– перенос выполнения части технологических операций в стаціонар, ближе к источникам электрической или других видов энергии;
– спользование альтернативных видов топлива;
– обработка топлива перед сгоранием.
Известно, что улучшить сгорание и соответственно уменьшить расход
топлива позволяют:
– ультразвуковая гомогенизация;
– кавитация;
– диспергирование;
– создание топливных эмульсий;
– обработка магнитным и электромагнитным полями.
Все чаще в хозяйствах в связи с подорожанием нефтепродуктов ферме- ры стремятся использовать альтернативные виды топлива, которые получают
из сырья растительного и животного происхождения в виде биотоплива. Применение его в машинно-тракторных агрегатах (МТА) в сельском хозяйстве обеспечивает хорошие смазывающие свойства, что продлевает срок службы двигателя и топливного насоса. Однако, как и любое другое то- пливо, биодизель имеет свои недостатки, например, в холодное время года необходимо подогревать топливо, применять смеси 20% его с 80% дизельно- го топлива. Кроме того, срок хранения биодизеля без изменения его химико- физических свойств составляет всего три месяца. Судя по последним иссле- дованиям, не сгоревшие частицы биодизеля содержат большое количество концерогенних веществ, влияющих на развитие онкологических заболеваний и других патологий у населения.
Одним из методов снижения вредных выбросов в атмосферу является предварительная обработка топлива автомобильных и тракторных двигате- лей в электромагнитных полях.
В поисках устранения недостатков в части не полного сгорания ди-
зельного топлива и загрязнения окружающей среды выхлопными продуктами предложены и внедрены различные методы обработки топлива для двигате- лей внутреннего сгорания. Однако остаются не решѐнными вопросы подго- товки и использования активированного топлива непосредственно перед впрыском его в цилиндры двигателя, влияния его на энергетические и рас- ходные показатели их, а также на показатели, характеризующие производи- тельность и качество работы различных машинно-тракторных агрегатов.
Таким образом, поиск решений по повышению эффективности исполь- зования машинно-тракторных агрегатов улучшением энергетических пара- метров двигателей при работе на активированном топливе представляет ак- туальный научный вопрос, внедрение разработок по которому может дать значительный экономический эффект.
Цель исследования – повышение показателей эффективности работы машинно-тракторных агрегатов за счет использования в двигателях тракто- ров активированного топлива.
Объект исследования – процесс работы сельскохозяйственных МТА в условиях оснащения тракторов системой активации топлива.
Предмет исследования – закономерности процесса работы двигателей МТА на активированном топливе при выполнении агрегатами сельскохозяй- стведнных операцій.
Методы исследований включали теоретико-экспериментальные исс- ледования и разработки процессов эксплуатации МТА с системой активации топлива при выполнении основних операций по обработке почвы и посеву. Теоретические исследования функционирования МТА проведены с привле- чением законов газовой динамики, классической механики, гидравлики, а та- кже приѐмов и методов математического анализа. В экспериментальных исс- ледованиях использованы стандартные и частные методики, серийные при- боры и оборудование. Обработка их результатов производилась на ПЭВМ с использованием известных статистических программ.
Научную новизну представляет обоснование процесса работы МТА на
операциях сельскохозяйственного производства при работе их тракторов на активированном электромагнитной обработкой дизельном топливе. Это поз- волило разработать:
– конструктивно-технологические параметры устройства, обеспечива- ющего электромагнитную обработку топлива перед сгоранием в цилиндрах дизельного двигателя трактора и устанавливаемого на топливопроводе пода- чи его к каждому цилиндру, что способствует активации дизельного топлива путѐм электромагнитного воздействия;
– математические модели для определения магнитной проницаемости топлива в функции его плотности, усреднѐнных магнитной молекулярной (химической) восприимчивости и молекулярной массы, объѐмного расхода топлива от его плотности, а также производительности МТА;
– экспериментальные зависимости новых физико-химических свойств дизельного топлива от величины параметров электромагнитного воздей- ствия;
– технологические аспекты работы МТА на пахоте с использованием в ЭУ тракторов активированного топлива;
– методику инженерного расчѐта показателей работы МТА при исполь- зовании омагниченного топлива.
Практическую значимость работы составляют: – усовершенствованные конструкции устройств для электромагнитной обработки дизельного топлива перед сгоранием применительно к тракторам различных МТА;
– результаты экспериментальных исследований по обоснованию пара- метров и режимов работы устройств для актавации топлива;
– показатели апробации работы экспериментальных машинно- тракторных агрегатов в хозяйственных условиях и методика их расчѐта.
Научная гипотеза – повышение эффективности работы МТА и сниже- ние негативного влияния их на окружающую среду возможно путѐм теорети-
ческого и экспериментального обоснования использования в ЭУ их тракто- ров активированного топлива.
Рабочая гипотеза – увеличения эксплуатационных показателей МТА при выполнении сельхозработ можно добиться обеспечением работы двига- телей их тракторов на омагниченном топливе.
На защиту выносятся:
– усовершенствованный процесс и устройство для подготовки дизель- ного топлива к использованию в двигателях тракторов сельскохозяйственных машино-тракторных агрегатов;
– математические модели активации топлива и изменения его физико- механических свойств;
– теоретические зависимости для определения основных параметров использования экспериментальных МТА в условиях сельхозпредприятия;
– основные рабочие параметры устройства для активации дизельного топлива и работы МТА с его использованием;
– методические основы расчѐта показателей работы МТА при исполь- зовании омагниченного топлива и показатели возможной эффективности их работы в сельхозпроизводстве.
Публикации и апробация работы.
Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на конференциях Луганской Народной Республики и научных всероссийских конференциях России в период 2016 -2021 годов.
По результатам диссертационной работы автором опубликовано 11 на- учных статей, из которых 3 размещены в изданиях, входящих в перечень
ВАК.
Достоверность результатов работы подтверждена корректной поста-
новкой и решением поставленных задач исследования с привлечением фун- даментальных основ механики, газовой динамики, гидравлики и методики математического анализа, использованием для обработки полученных опыт- ных данных общепринятых методов на базе прикладних пакетов программ
для ПЭВМ: «Microsoft Office Excel 2010», «Statistica-2010», а также достато- чно хорошей сходимостью полученных экспериментальных результатов с те- оретическими.
Сведения о реализации результатов исследования. Разработки по те- ме диссертации внедрены на нескольких фермерских предприятиях Луганской Народной Республики, а также в СЗАО «СКВО» Зерноградского района Ро- стовской области, материалы исследований переданы для использования в научно-производственной деятельности Центру инжиниринга и трансфера при АЧИИ, используются в учебном процессе ГОУ ВО Луганского государствен- ного аграрного университета и Азово-Черноморского инженерного института – филиала ФГБОУ ВО Донской ГАУ.
В работе имеется пять глав.
В первой главе представлено современное состояние исследуемого во- проса эксплуатации МТА на сельскохозяйственных работах, способах и при- ѐмах повышения качества топлива для тракторов в составе этих агрегатов,
вариантах его активации перед сгоранием. Представлена цель и задачи исс- ледования.
Во второй главе изложены материалы проведѐнных теоретических исс- ледований процесса электромагнитной обработки дизельного топлива, пара- метров устройства для его осуществления, показателей работы МТА на акти- вированном топливе и разработки расчетных математических моделей пара- метров и показателей их работы.
В третьей главе представлены программа и методики исследований
усовершенствованных установкой на тракторы устройств для активации ди- зельного топлива для машинно-тракторных агрегатов.
В четвѐртой главе изложены материалы по анализу результатов экспе- риментальных исследований по обоснованию параметров процесса актива- ции топлива для двигателей тракторов в составе МТА и эксплуатационных показателей и параметров работы этих агрегатов на операциях вспашки и вы- сева удобрений в хозяйственных условиях.
В пятой главе представлены результаты расчѐта и анализа, относящие- ся к оценке внедрения разработок и решений по усовершентвованной техно- логи использования МТА по технико-экономическим показателям.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать

    Читать «Повышение эффективности использования машинно-тракторных агрегатов улучшением энергетических параметров двигателей»

    Публикации автора в научных журналах

    Исследования возможности использования кавитационного смесителя в качестве подогревателя моторного топлива
    А.Н. Брюхо-вецкий, К.В. Коршенко, В.Ю. Чурсин // Науковий вісник Луганського націо-нального аграрного університету. Серія: Технічні науки. – Луганськ: Видав-ництво ЛНАУ, 2– № – 311 с. - 109–– (0,92/0,32).
    Метод повышения топливной эффективности работы энергосиловых установок в агробиотехноцинозах
    Брюховецкий А.Н., К.В.Коршенко // Кадастровое и эколого-ландшафтное обеспечение землеустройствав современных условиях: материалы международной научно-практическойконференции факультета землеустройства и кадастров ВГАУ. – Воронеж :ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2– 274 с. – (14,2/0,42).
    Метод повышения топливной эффективности работы энергосиловых установок МЭС
    А.Н. Брюховецкий, К.В. Коршенко, В.Н. Су-даркин // Материалы ХVI научно-практической конференции «Решение про-блем малой механизации фермерских хозяйств, 20–21 ноября 2018 г. – Луганск:ЛНАУ. – С. 61–– (0,5/0,2).
    Некоторые результаты электромагнитной обработки дизельного топлива
    К.В. Коршенко, А.Н. Брюховецкий, В.Н. Сударкин // Ма-териалы Международной научно-практической конференции Часть1 «Наука иобразование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути решения»,Россия г. Воронеж, 26-27 ноября 2– С. 361–– (0,6/0,2).
    Теоретическое обоснование параметров устройства для электромагнитной обработки дизельного топлива
    К.В. Коршенко, А.Н. Брю-ховецкий, В.Н. Сударкин // Материалы Международной научно-практическойконференции «Интеграция науки и практики как условие продовольственнойбезопасности», 16-20 сентября 2019 г. – 473–– (0,78/0,3).
    Методика определения влияния электромагнитной обработки топлива на мощностные показатели работы дизельного двигателя
    К.В.Коршенко, В.Н. Сударкин // Научный вестник ГОУ ЛНР «Луганский нацио-нальный аграрный университет». – Луганск: ГОУ ЛНР ЛНАУ. – 2– № 6(1). – С. 175-– (0,67/0,35).
    Метод повышения топливной эффективности работы дизельных двигателей
    К.В. Коршенко, А.Н. Брюховецкий, В.И. Белоусов //Сборник по результатам научно-практической конференции с международнымучастием (межотраслевая) «Проблемы и перспективы современной науки» –Луганск: ГОУ ЛНР ЛНАУ, 2– С. – (0,62/0,3).
    Некоторые результаты полевых испытаний устройства для электромагнитной обработки дизельного топлива перед сгоранием
    К.В. Коршенко, А.Н. Брюховецкий, В.Н. Сударкин // Научный вестник ГОУЛНР «Луганский национальный аграрный университет». – Луганск: ГОУ ЛНРЛНАУ. – 2– № 8 (3). – 579 с. – 33–– (0,86/0,3).

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    user1250010 Омский государственный университет, 2010, преподаватель,...
    4 (15 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы

    Последние выполненные заказы

    Другие учебные работы по предмету