книги из ГПНТБ / Сердечный, В. Н. Тепловая подготовка лесотранспортных машин при безгаражном содержании

ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ СРЕДСТВ ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ МАШИН

Выбор метода и способа тепловой подготовки лесотранс­ портных машин, а также типа установки или агрегата в каж­ дом конкретном случае диктуется условиями и возможностями лесозаготовительного предприятия.

При выборе теплотехнических параметров установок и аг­ регатов и определении уровня тепловой подготовки лесотранс­ портных машин следует учитывать климатические условия, т. е. одновременное' воздействие температуры воздуха и скоро­ сти ветра. Для лесотранспортных машин минимальная суточ­ ная температура принимается не ниже минус 40° С и скорость ветра 12—15 м/сек. При этом необходимо иметь в виду, что условия безгаражного содержания лесовозных автомобилей в значительной степени отличаются от условий безгаражного содержания трелевочных тракторов, челюстных погрузчиков и машин ЛП-2, которые имеют значительную территориальную удаленность от энергетических и газовых систем общего пользо­ вания или местных стационарных электростанций. Временный характер лесозаготовительного производства связан с необхо­ димостью частого изменения места работы. Поэтому групповые средства предпусковой подготовки трелевочных тракторов, челюстных погрузчиков, машин ЛП-2 и других должны быть передвижными, мобильными с автономным силовым агрегатом.

При решении вопроса о выборе средств, облегчающих за­ пуск двигателей в холодный период года, необходимо в каж­ дом конкретном случае оценивать их экономическую эффектив­ ность с учетом всех материальных и трудовых затрат при пуске. Кроме экономических показателей, должны рассматриваться качественные, технические и социально-экономические требо­ вания.

При экономической оценке трудовых затрат определяются капитальные вложения, себестоимость одного пуска-разогрева с учетом окупаемости и производительности труда в данном предприятии.

Качественные показатели средств включают: надежность работы; отсутствие отрицательного влияния на эксплуатаци­ онные показатели двигателей; автономность и универсальность.

К техническим показателям относятся: металлоемкость (не более 120 кг на одну лесотранспортную машину); время под­

при минус 30° С — 30 мин) .

К социально-экономическим относятся: обеспечение механи­ зации и автоматизации процесса предпусковой подготовки; об­ легчение труда механизаторов (трактористов, операторов, во­ дителей) и устранение вредных влияний условий труда; обес­

110

печение полной безопасности условий работ обслуживающего персонала.

С учетом приведенных выше требований наиболее перспек­ тивным для условий лесосеки является применение самоходных установок (агрегатов), обеспечивающих комплексную тепловую подготовку группы лесотранспортных машин. Целесообразность таких установок предопределяется возможностью механизации процесса тепловой подготовки, включающего: разогрев двига­ теля и агрегатов трансмиссии горячей газовоздушной смесью, доставкой на лесосеку воды и масла в своих емкостях, нагре­ вом их с последующей механизированной закрытой раздачей непосредственно в машины.

Все конструкции установок (агрегатов) включают три узла: калориферный агрегат, воздуховод с воздухораздаточными па­ трубками и системы управления, контроля и сигнализации. При использовании в качестве теплоносителя пара или горячей воды конструкция дополняется системой разводки трубопрово­ дов. Если установка обеспечивает комплекс работ: доливку систем охлаждения горячей водой, подзарядку аккумуляторных батарей, то они дополнительно включают системы водораздачи

иподзарядки аккумуляторных батарей.

Вустановках с использованием стальных калориферов не­ обходимое количество их может быть определено расчетным путем (аналитически) или с использованием графиков и номо-- грамм, облегчающих эту задачу [19].

При определении поверхности нагрева паровых, водяных ка­ лориферов и требуемого количества их, можно воспользо­ ваться методикой, предложенной Челябинским политехниче­ ским институтом [7]. При этом следует учитывать, что темпе­ ратура нагретого воздуха, подаваемого к автомобилям, должна

Удельная поверхность нагрева стальных калориферов для подогрева 1 ж3 воздуха в час в зависимости от используемого теплоносителя следующая:

Поверхность нагрева калориферов, которую необходимо иметь в установке воздухоподогрева, может быть определена по формуле

5 = n Q Bg ,

где S — поверхность нагрева калориферов, ж2; п — число автомобилей;

QB— объем подаваемого воздуха к одному автомобилю, ж3/ч; g — удельная поверхность нагрева калориферов, ж3/ч ж2.

111

По известной поверхности нагрева калориферов определя­ ется площадь живого сечения их, так как от этого зависит обеспечат ли калориферы оптимальную скорость прохождения

Общий потребный расход воздуха Q0б для обслуживаемого числа автомобилей равен

Qo6== Q*n.

Тогда площадь живого сечения калориферов по воздуху

лориферы, кг/м2 ч.

По площади живого сечения подбирается номер требуемого калорифера.

При выборе калориферов необходимое живое сечение уста­ новки может быть достигнуто параллельным соединением не­ скольких калориферов.

При разработке конструкций агрегатов и установок для воздухоподогрева лесотранспортных машин (трелевочных тракто­ ров, челюстных погрузчиков, лесовозных автомобилей) СевНИИП были выполнены работы по определению рациональ­ ного подвода горячего воздуха в подкапотное пространство по маркам машин. Критерием, определяющим выбор того или иного способа, были уровень и скорость нагрева основного аг­ регата машины — двигателя.

'Для автомобилей ЗИЛ-157, ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131 принята лобовая подача воздуха как при разогреве, так и подогреве с полностью заполненной системой охлаждения. В последнем случае в теплопередаче участвует радиатор с большой пло­ щадью теплопередачи, превышающей более чем в 10 раз пло­ щадь теплопередачи двигателя. Радиатор аккумулирует тепло нагретого воздуха и термосифонно передает двигателю, интен­ сивно поддерживая его тепловое состояние. Для автомобилей МАЗ-509, трелевочных тракторов, челюстных погрузчиков, ма­ шин ЛП-2 принят нижний способ подвода горячего воздуха к двигателю. У автомобилей МАЗ-509 в струе нагретого воз­ духа, кроме двигателя, находятся коробка перемены передач и раздаточная коробка.

При рассмотрении предпускового разогрева двигателя рас­ ход тепла составит [18]:

Q == Q a в“1 Q m 4~ Ф и з л Н- Q t > ккал.

112

ровочно определяется общий расход тепла на разогрев двига­ теля и масла в картере, примет вид:

где К— коэффициент теплопроводности материала стенок дви­ гателя;

6 — толщина стенки, ж;

t'c— температура стенки агрегата, присоединенного к дви­ гателю.

113

При определении расхода тепла на нагрев, когда в теплооб­

где Gp — масса радиатора, кг\

F — поверхность охлаждения радиатора, ж2;

Тх— средняя абсолютная температура радиатора при разо­ греве;

Т2— абсолютная температура среды; сл — коэффициент излучения, ккал/м2 (°С)4;

а— коэффициент теплоотдачи, ккал/м2-ч-°С; Т0— продолжительность охлаждения, ч\

t\ — средняя температура радиатора, °С.

Постоянные величины, входящие в уравнения, принимаются равными:

а = 25 -4- 30 ккал/м 2я °С; X= 54 ккал/мя °С.

При выявлении эффективности воздухоподогрева были про­ ведены работы по определению влияния температуры нагретого* воздуха, подаваемого в подкапотное пространство, на уровень и интенсивность разогрева двигателя. Испытания проводились на установках- с пароводяными и электрическими калорифе­ рами, обеспечивающими нагрев чистого воздуха, подаваемого к автомобилям, до температуры 70—80° С, а также агрегатах и установках с огневыми теплогенераторами, обеспечивающими нагрев газовоздушной смеси до 165, 200 и 350° С.

Установлено, что с повышением температуры подаваемого воздуха, при общем снижении количества тепла на разогрев* повышается уровень тепловой подготовки двигателя. С повы­ шением температуры подаваемого воздуха температура в под­ капотном пространстве стабилизируется и в различных зонах по высоте практически одинакова. Влияние способа подачи (лобовой, снизу двигателя) при температуре газовоздушной смеси свыше 300° С сказывается незначительно.

Время предпускового разогрева двигателя с повышением температуры от 70 (пароводяной метод) до 350° С (огневой теплогенератор) снижается более чем в 3 раза.

Сравнительная оценка огневых теплогенераторов показала* что наиболее эффективно применять огневой .теплогенератор 03-1887 (Целинный филиал ГОСНИТИ), который обеспечивает

114

подачу газовоздушной смеси, нагретой до температуры 350° С. Этот теплогенератор (подогреватель) позволяет одновременно с разогревом механизмов газовоздушной смесью производить нагрев воды, т. е. комплексную тепловую подготовку трелевоч­ но-погрузочных механизмов на лесосеке.

Необходимое число механизмов, которое должно обслужи­ ваться одновременно установкой или агрегатом, определено ис­ ходя из среднегодовой производственной программы заготовки леса мастерским участком в условиях северо-запада страны. Установлено, что число механизмов, обслуживаемых установ­ кой (агрегатом), должно быть не менее восьми. Машины, как правило, следует ставить в два ряда, так как это обеспечивает минимальную длину воздуховода, уменьшает потери тепла, бо­ лее удобно для подачи газовоздушной смеси, имеет наимень­ шую металлоемкость.

Система воздухораздачи должна обеспечивать легкость и быстроту подсоединения и отсоединения теплогенератора в усло­ виях лесосеки.

Объем воды определяется исходя из емкости системы охлаждения обслуживаемых установкой (агрегатом) механиз­ мов с учетом двукратного запаса. Емкость для нагрева масла на доливку в узлы и агрегаты определяется из условий нор­ мированной работы и нормированного расхода топлива. Сум­ марное количество тепла для нагрева воды, узлов и агрегатов разогреваемых машин определяется из уравнения теплового баланса. Длина центрального воздуховода назначается конст­ руктивно с учетом габаритов обслуживаемых установкой машин и механизма передней навески у трелевочных тракторов.

Скорость газовоздушной смеси в центральном воздуховоде

подаваемого к разогреваемым машинам, центральный воздухо­ вод имеет переменное сечение, а раздаточные патрубки одина­ кового диаметра. Диаметр центрального воздуховода рассчи­ тывается по скорости известного расхода воздуха, подаваемого к машинам.

Основными параметрами, от которых зависит выбор венти­ лятора, являются его производительность по объему подавае­ мого воздуха и его возможности по давлению (Я). Давление, развиваемое вентилятором, должно быть на 10ч-15% больше полученной суммы сопротивлений.

В установках с водяными и паровыми калориферами используются вентиляторы типа Ц4-70, ЭВР и другие различ­ ных номеров и вариантов исполнения. Наиболее широкое при­ менение в предприятиях объединения Архангельсклеспром по­

115

Требуемая мощность электродвигателя определяется по ха­ рактеристике вентилятора или по формуле

где Q — производительность установки, м3/ч;

Н— давление, кгс/м2\

К— коэффициент запаса (/(=1,15); 102 — тепловой эквивалент;

т\в— к. п. д. вентилятора (по характеристике); т|п — к. п. д. подшипников (т]п=0,98); т]р — к. п. д. ременной передачи' (% = 0,9).

Подбор электрических калориферов для установок воздухоподогрева наиболее легко произвести по графикам. В нашем:

минимальных значений скоростей 'воздуха в зависимости от температуры 'входящего воздуха (рис. 34) при условии, что температура на поверхности нагревателей не выше 150° С.

116

При температуре входящего воздуха и его скорости, лежа­ щих в области I, работать нельзя, так как нагреватель может перегреться. Если температуры входящего воздуха лежат в об­ ласти II, т. е. выше прямой или на ней, то допускается работа на скоростях, лежащих в области I. Если выбраны скорости воздуха выше указанных на этом графике, то можно работать

воздуха в калорифере Atи а также перепады температур на по­ верхности нагревателя и воздуха на выходе из калорифера At2. По найденным значениям определяется температура выхо­ дящего воздуха /Вых и температура на поверхности нагревателя tCT, которая не должна превышать 150° С.

Если перепад температуры в калорифере намного ниже за­ данного, то устанавливается несколько калориферов.

Г л а в а VI.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СРЕДСТВ ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Каждый тип двигателя лесотранспортной машины в соче­ тании с его пусковой системой имеет определенную низшую тем­ пературу надежного пуска. При температуре окружающего воз­ духа ниже этой температуры требуется какое-то время на разогрев двигателя. По данным НИИАТ [21], если, количество холодных дней в году более 110, то необходим предпусковой разогрев двигателя.

117

Из сравниваемых затрат времени на подготовку, пуск и по­ следующий прогрев двигателя на холостых оборотах без пред­ варительного разогрева и с предпусковым разогревом видно, что преимущество на стороне пуска с предпусковым разогре­ вом.

Затраты времени Тх без проведения предпускового разотрева можно представить выражением

ред пуском двигателя, мин; Гн.п — время непосредственного пуска, мин;

где Гп. р — продолжительность предпускового разогрева, мин. Общее время предпускового разогрева уменьшается за счет того, что отпадает потребность в последующем прогреве дви­ гателя, являющемся наиболее продолжительной операцией пуска, при которой происходит интенсивный износ двигателя. Данные многолетних наблюдений за работой основных ва­ риантов установок и агрегатов предпусковой подготовки в ле­ созаготовительных предприятиях объединения Архангельсклес-

пром приведены в табл. 18 и 19.

Т а б л и ц а 18

Средние показатели

использования агрегата ЛВ-115 на предпусковом разогреве лесотранспортных машин

118

Т а б л и ц а 19

Средние показатели

использования установки для комплексной тепловой подготовки автомобилей (ЗИЛ, МАЗ) с паровым и водяным калориферами

Технико-экономический анализ эффективности применения средств тепловой подготовки лесотранспортных машин, выпол­ ненный СевНИИП, в соответствии с рекомендациями «Мето­ дики определения экономической эффективности внедрения но­ вой техники, механизации и автоматизации производственных: процессов в промышленности», утвержденной Госпланом

СССР и Академией наук СССР, в качестве показателей для сравнения экономической эффективности различных методов тепловой подготовки лесотранспортных машин приняты: удель­ ные капитальные вложения, текущие (эксплуатационные) рас­ ходы на содержание лесотранспортной машины в течение года* сумма приведенных затрат и суммарные (сопоставляемые) за­ траты.

Сравнительная калькуляция издержек при различных мето­ дах тепловой подготовки на одну лесотранспортную машину в год (в рублях) в условиях лесозаготовительного предприятия северо-запада страны приведена в табл. 20.

, Сравнительные испытания средств предпусковой подготовки лесотранспортных машин, кроме себестоимости тепловой под­ готовки, включали такие показатели, как надежность пуска,, возможность разогрева узлов трансмиссии, удобство запуска, загазованность, число одновременно обслуживаемых ма­ шин и т. д.

Анализ использования различных вариантов установок предпусковой подготовки машин показал, что наиболее про­ грессивными и универсальными являются агрегаты воздухоподогрева. Эффективность их обусловлена не только надежно­ стью пуска двигателя, возможностью разогрева агрегатов трансмиссии и технологического оборудования, но и их эконо­ мичностью, т. е. самой низкой себестоимостью предпусковой

119