Том 83, № 11 (2016)

Истощение нефтяных месторождений и ухудшение экологической обстановки требуют поиска альтернативных источников энергии. Актуальность статьи обусловлена необходимостью более широкого использования альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. В качестве альтернативных топлив для двигателей внутреннего сгорания рассматриваются как жидкие (синтетические топлива, биодизель, биоэтанол, смесевые биотоплива), так и газообразные топлива (природный газ, пропан-бутановые смеси, водород, диметиловый эфир). Одно из наиболее перспективных топлив - природный газ. В статье показаны преимущества использования природного газа в качестве моторного топлива. К проблемам, связанным с его использованием, относятся доставка топлива и заправка транспортных средств и сельскохозяйственной техники. Предложен усовершенствованный способ заправки транспортных средств и сельскохозяйственной техники газообразным топливом. Разработана технология заправки сельскохозяйственной техники, основанная на применении сменных кассетных модулей. Она позволяет сократить время заправки трактора более чем на 30% по сравнению с традиционными способами заправки газообразным топливом. Представлена разработанная система распределенной подачи газообразного топлива в камеру сгорания дизельного двигателя. Система содержит газовоздушные смесители, которые позволяют подавать газообразное топливо непосредственно под впускной клапан дизеля. Газовоздушные смесители выполнены в виде вставки между корпусом двигателя и впускным коллектором и совмещены с газовыми электромагнитными клапанами. Рассмотренные технические решения могут быть использованы при разработке концепции перспективных газовых двигателей, обладающих требуемыми экологическими, экономическими и мощностными показателями.

Снижение надежности топливных систем дизелей в значительной мере зависит от загрязненности топлива. Для решения этой проблемы предложена модернизированная схема топливной системы, включающая предварительный подогреватель и фильтр грубой очистки новой конструкции. Разработана новая конструкция фильтра грубой очистки топлива с навивным фильтроэлементом, который обладает повышенными эффективностью очистки и ресурсом до замены благодаря оптимальному распределению управляемой пористости фильтроматериала за счет целенаправленного обжатия. Это обеспечивает равномерное уменьшение пористости в направлении потока топлива и повышение ресурса до замены. Проведены эксплуатационные испытания модернизированных топливных систем на предприятиях агропромышленного комплекса Томской области. В качестве объекта исследования выбраны сельскохозяйственные тракторы МТЗ-82. Оценка работоспособности элементов топливных систем в штатном и модернизированном исполнении выполнена путем определения числовых характеристик случайного распределения наработки до отказа и параметров надежности. В результате испытаний построены функции распределения вероятности безотказной работы плунжеров топливных насосов высокого давления, нагнетательной пары форсунок, распылителей форсунок штатной и модернизированной топливных систем дизелей. Экспериментально установлено, что модернизированная топливная система снижает частоту отказов деталей в 1,7-2,2 раза по сравнению с серийной. Это свидетельствует о повышении надежности за счет снижения загрязнений, обеспечиваемого фильтром грубой очистки с подогревом. Полученные результаты показали явное повышение надежности топливной системы дизеля с новым фильтром грубой очистки топлива.

Установлена целесообразность использования аналогии взаимодействия с опорной поверхностью колесного и гусеничного движителей. Цель исследования состоит в реализации возможности моделирования силовых параметров гусеничного движителя с резиноармированными гусеницами с использованием положений, разработанных для движителей колесных машин. Продольную силу в плоскости контактной площадки гусеничного движителя предложено определять суммой произведений нормальных реакций и коэффициентов сцепления на участках буксования и покоя элементов контактной площадки. Нормальную реакцию на каждом из участков следует определять с учетом переменной эпюры удельных нормальных реакций. При отсутствии буксования элементов предполагается прямоугольная эпюра, а при полном буксовании - треугольная с прямым углом в задней части контактной площадки. При промежуточном буксовании эпюра имеет трапециевидную форму. Коэффициент сцепления элементов контактной площадки на участке буксования рекомендовано определять по убывающей эллипсовидной зависимости в функции относительной нормальной реакции на участке буксования контактной площадки. Нижнее значение равно коэффициенту трения покоя элементов при отсутствии буксования, верхнее - коэффициенту трения скольжения при полном буксовании. Коэффициент сцепления на участке покоя рекомендуется определять по возрастающей эллипсовидной зависимости в функции относительной нормальной реакции на участке буксования контактной площадки. Нижнее значение равно нулю при отсутствии буксования, верхнее - коэффициенту трения покоя при переходе к полному буксованию крайнего заднего элемента. Для гусеничного движителя трактора John Deere 8300RT с центральным углом контактной площадки 1,91 радиан расчетные значения коэффициента продольной силы достаточно хорошо согласуются с фактическими данными тяговых испытаний тракторов John Deere 8310RT, 8335RT и 8360RT, проведенных в Университете штата Небраска в Линкольне. Предложенный алгоритм моделирования силовых параметров гусеничных движителей может быть полезен при выборе рациональных тяговых режимов работы тракторов в различных условиях эксплуатации.

При проектировании, расчете и доводке двигателя до заданных показателей необходим более полный и точный учет всех величин, определяющих его ресурс. На неустановившихся режимах тракторных дизелей напряженность поршня меняется во времени, что приводит к появлению трещин на кромке его камеры сгорания. В первую очередь это относится к камерам сгорания полуоткрытого типа. Появление трещины и ее рост до критической длины часто приводят к разрушению кромки камеры сгорания. В связи с этим выбор критериев разрушения поршней в эксплуатации - актуальная задача. Оценку долговечности следует проводить по критериям термической усталостной прочности, которые можно разделить на три группы: деформационные, деформационно-кинетические и энергетические. Деформационные критерии получили наибольшее распространение. С учетом активного нагружения в условиях одноосного растяжения определяется накопление повреждений, связанных с пластической деформацией материала, или критерий максимальной деформации. Наряду с экспериментальными методиками, требующими затрат времени и денежных средств, широкое применение нашли методики оценки долговечности, базирующиеся на численных расчетах, например на методе конечных элементов. Усталостные свойства материала в области малого числа циклов определяются уравнениями Коффина-Мэнсона в форме, введенной Дж. Морроу, для амплитуд упругой и пластической деформаций в зависимости от числа циклов до разрушения. Анализ работ различных авторов показал, что процесс роста трещины не рассматривается в полном объеме. Отсутствие расчетного подхода к определению остаточного ресурса требует совершенствования методики расчета, которая должна учитывать перепад температур на поверхности поршня, давление газов, геометрические размеры поршня, влияющие на концентрацию напряжений.

Для нормализации микроклимата в кабинах мобильных энергетических средств требуется введение определенной технологии солнцезащиты. Современные кабины обладают высокой степенью светопрозрачности, что способствует интенсивному облучению оператора со всех сторон. Это становится причиной гипертермии, приводящей к негативным последствиям для здоровья оператора. Инсоляционный поток также влияет на радиоэлектронную аппаратуру, пластиковые детали и различные элементы кабины. Применяемые средства защиты, такие как затемненные стекла, пленки, чехлы, шторки, далеко не полностью решают данную проблему. Цель исследования - анализ интенсивности инсоляции, оценка ее величины в виде количественных характеристик и изыскание путей ее нейтрализации приемлемыми техническими способами. Рациональное средство, ограничивающее воздействие инсоляционного потока, - жалюзи. Сконструированные по предлагаемой схеме жалюзи способны значительно ограничить прямой поток солнечных лучей, обеспечивая при этом приемлемый обзор при движении мобильного энергетического средства. Это достигается расположением планок жалюзи в направлении визирных линий под разными углами. Главная характеристика эффективности жалюзи - ширина полосы пропускания прямых солнечных лучей. Она показывает рациональность предлагаемой конструкции и позволяет количественно оценить величину проходящего потока солнечных лучей. Для оценки предложен геометрический подход. Полученные в ходе расчетов количественные соотношения сопоставлены с экспериментальными геометрическими измерениями с достаточно близкой сходимостью численных результатов. Оценка эффективности применения жалюзи представлена через коэффициент защиты, показывающий величину снижения прямой инсоляции. Предлагаемая защита высокоэффективна и снижает прямую инсоляцию в 1,75-170 раз.