Повышение эффективности строительных машин при эксплуатации в климатических условиях Севера и Сибири

Анализ состояния вопроса
Количество дней
Температура воздуха, 0С
Общее количество дней с температурой ниже -10 0С
135 дней
График кол-ва дней в году с отрицательной температурой (на примере г. Сургута)

Безгаражное
хранение техники
Плохое обеспечение
специальными зимними сортами
горюче-смазочных материалов
Отсутствие систем
тепловой подготовки
Изменение характеристик
эксплуатационных материалов
Изменение теплового
режима двигателя
Повышенный износ
движущихся частей техники
Затраты энергетических ресурсов
на предпусковую подготовку техники
Затраты времени на
предпусковую подготовку техники
УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ПОСЛЕДСТВИЯ
Удаленность
от баз механизации
Технологические условия и последствия
эксплуатации строительной техники при отрицательных температурах

Разработка методов и средств обеспечения эффективного функционирования строительной машины при низких температурах и резких перепадах температур окружающей среды.
Цель
Задачи:
- выявить качественные и количественные связи параметров и характеристик строительной машины с климатическими условиями эксплуатации;
- раскрыть состояние изучения проблемы негативного влияния климатических факторов на эффективность работы строительной машины;
- установить возможные источники тепловой энергии для поддержания температуры ДВС и гидропривода строительной машины, а также для обеспечения безопасных условий работы машиниста, в т.ч. с использованием тепла ДВС, выделяемого при его работе;
- установить пути повышения эффективности регулирования температуры ДВС и рабочей жидкости гидропривода а также для обеспечения безопасных условий работы машиниста в период работы и межсменной стоянки строительной машины;
- разработать методы проведения лабораторных и эксплуатационных, а также теоретических исследований по предпусковому разогреву и регулированию температуры ДВС и рабочей жидкости гидропривода а также для обеспечения безопасных условий работы машиниста;
- осуществить оценку экспериментальных и теоретических исследований и дать рекомендации по выбору средств адаптации строительной машины к климатическим условиям Севера и Сибири.
- на основе проведенных исследований предложить различные способы и средства, обеспечивающие эффективную работу строительной машины в рассматриваемых условиях, а также методику их подбора и компоновки.

Теплоаккумуляторы
(фазовопер-ые, теплоемк-ые)
Предпусковой
разогрев
Анализ состояния вопроса
Способы предпусковой подготовки строительной техники к работе при отрицательных температурах
Облегчение
самовоспламенения
топлива
Средства и способы облегчения
запуска двигателя
Подогрев
всасываемого
воздуха
Снижение
сопротивления
проворачивания
коленчатого
вала
Применение
пусковых
устройств
повышенной
ёмкости
Межсменный
подогрев
Свечи накаливания
Свечи подогрева воздуха
Электрофакельный подогрев
Разжижение моторных масел
Применение сгущенных масел
Разогрев масел
дросселированием
Пусковые двигатели
Пневмопуск
Внешние источники
электроэнергии
Пиропатроны
Пусковые ёмкости
Калориферный подогрев
Электронагревательные
устройства
Подогрев и разогрев паром
Горячий воздух и
воздушногазовая смесь
Индивидуальные подогреватели
(ПЖД, ПЖБ, П-100)
Газовые горелки
Каталические печи
Горячая вода

1.Сложность изготовления;
2.Изменения в конструкции машины;
3.Отсутствие универсальности;
4.Высокая стоимость изготовления.
Патентный анализ устройств предпусковой подготовки
Анализ состояния вопроса
Недостатки предлагаемых ранее конструкций тепловых аккумуляторов

Тепловой аккумулятор для поддержания пусковой температуры ДВС в период межсменной стоянки строительной машины в зимний период
Практическое применение результатов исследования
Тепловой аккумулятор для двигателя ЯМЗ - 238:
1 – ДВС (ЯМЗ-238); 2, 3, 4, 5 – секции с теплоаккумулирующим материалом;
6 – теплоаккумулирующий материал;
7 – теплоизоляционный материал;
8 – синтетическое основание.

Температура, °С
Время, час
90
0
- 10
II
I
III
8 часов
Теоретическое обоснование
Гипотеза

Теоретическое обоснование
Выбор теплоаккумулирующего материала
1. Тплавления = 90 оС;
2. Тсамокристаллизации = -9 оС;
3. QNa = 40 оС;
4. Полностью безопасен по отношению к человеку и материалам
используемых в конструкциях строительной техники;
5. Стоимость 170 р./кг.

O
Ацетат натрия
Компоненты
O
Na
Позволяет увеличить количества теплоты выделяемой в процессе самокристаллизации
Позволяет снизить температуру самокристаллизации и выпадение осадка в растворе
Позволяет снизить температуру самокристаллизации
Позволяет снизить температуру самокристаллизации и исключает возможность старта реакции от внешнего воздействия
Хлорид натрия
NaCl
Желатин
Результат
Теоретическое обоснование
Подбор состава теплоаккумулирующего материала
Гидрооксид натрия
NaOH
Глицерин

Экспериментальная установка: а – схема установки, б, в – фотографии установки.
1 –ДВС; 2 – моторное масло; 3 – оболочки с раствором ацетата натрия;
4 – теплоизоляция; 5 – датчики для измерения температуры
Экспериментальная часть
Ход проведения итогового эксперимента
а
б
в

Экспериментальная часть
Процесс работы теплового аккумулятора
в течении итогового эксперимента

Практическое применение результатов исследования
Характеристики рабочего процесса
теплового аккумулятора в течении суток
Схема работы теплового аккумулятора ДВС в течении суток

Тепловой аккумулятор для поддержания пусковой температуры ДВС в период межсменной стоянки строительной машины в зимний период
Практическое применение результатов исследования
Фотографии установленного теплового аккумулятора: а, б, в – опытный образец для экскаватора ЭО-5126
а
б
в

Патентный анализ устройств для подогрева рабочей жидкости
Предлагаемые способы прогрева рабочей жидкости:
Энергией отработанных газов двигателя внутреннего сгорания
Электрические системы прогрева гидробака
С помощью дросселирования
Теплоаккумуляторы

Схема предлагаемого устройства
Гидроцилиндр
Нагревательный элемент
Крепежный элемент
Теплоизоляционный материал
Влагогрязезащитный чехол
Застежки
Питающий кабель
1,2 – гидроцилиндры подъема стрелы 3 – гидроцилиндр подъема рукояти 4 - гидроцилиндр подъема ковша 5 – система предпусковой подготовки
Схема установки устройства на экскаватор

Выбор нагревательных элементов
Саморегулирующейся нагревательный кабель ленточного типа.
Электронагревательный прибор в виде матерчатого полотна, на который нанесены нити углеродного волокна.

Описание эксперимента
D1 - датчик температуры нагревательного элемента
D2 – датчик температуры масла
D3 - датчик напряжения нагревательного элемента
D4 – датчик силы тока нагревательного элемента