сотрудник
Россия
сотрудник
Россия
Ульяновск, Ульяновская область, Россия
сотрудник
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
. Статья посвящена решению проблемы, связанной с частичным замещением товарного минерального дизельного топлива (ДТ) смесевым растительно-минеральным (ДСТ) моторным топливом. Биокомпонентом ДСТ является растительное масло, например, рыжиковое масло. Предложены конструктивный вариант двухтопливной системы питания дизеля, основным элементом которой является смеситель-дозатор растительного масла и минерального дизельного топлива, позволяющий за счет электродозаторов, управляемых электронным блоком управления (ЭБУ), по сигналам датчиков нагрузочно-скоростного режима дизеля (частоты вращения коленчатого вала, положения рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД)) и датчика температуры рыжикового масла, обеспечивать подачу дизельного смесевого топлива с различным содержанием компонентов. Под наблюдением были тракторы одного года выпуска, с примерно одинаковой наработкой и осуществляющие одинаковые производственные работы на животноводческом комплексе предприятия. За оценочные показатели износа плунжерных пар насосных секций ТНВД были приняты: геометрические размеры деталей плунжерных пар (овальность и конусность плунжера, диаметры плунжера и втулки, кольцевой зазор между плунжером и втулкой); масса деталей плунжерных пар (плунжер, втулка); объемная цикловая подача топлива, гидроплотность плунжерных пар. Использование дизельного смесевого топлива на основе растительного масла, содержащего на пример 50% минерального товарного топлива и 50% рыжикового масла, позволяет при незначительном снижении эффективной мощности (не более 6%) и некотором увеличении удельного эффективного расхода смесевого топлива (до 14%) сэкономить 50% топлива нефтяного происхождения, а также уменьшить дымность отработавших газов на 17-20% и снизить содержание оксида углерода на 35-40% по сравнению с работой дизеля на товарном минеральном дизельном топливе.
дизель, растительное масло, рыжиковое масло, смеситель, двухтопливная система питания, электронный блок управления
Повышение энергоэффективности мировой экономики и развитие возобновляемых источников энергии – одна из главных задач современности.
Перспективным направлением решения данной задачи (без существенных конструктивных изменений серийно выпускаемых автотракторных дизелей) является частичное замещение ДТ смесевым растительно-минеральным топливом [1]. Наибольшее распространение в РФ и странах ЕС в качестве биологического компонента ДСТ получило рапсовое масло, которое широко используется в пищевой промышленности. Возделывание рапса требует плодородных земель, тепла, влаги и тщательного соблюдения технологии выращивания. Все это ограничивает возделывание рапса только в благоприятных природно-климатических условиях [2,3]. Поэтому одним из перспективных биокомпонентов ДСТ является рыжиковое масло (РыжМ), которое получают из семян рыжика. Рыжик может возделываться как однолетней, так и зимующей культурой. Рыжик относится к морозо - засухоустойчивым, малотребовательным к теплу, влаге и удобрениям культурам и может возделываться в различных природно-климатических зонах [4,5,6].
Условия, материалы и методы исследований. Эксплуатационные исследования проводились в условиях КФХ «Возрождение» Ульяновской области. В исследованиях участвовало два трактора марки МТЗ-82. Один трактор контрольный – работал на товарном минеральном дизельном топливе (100% ДТ), другой экспериментальный – на смесевом рыжико-минеральном топливе 50% РыжМ+50% ДТ (данный состав ДСТ выбран на основании проведенных трибологических исследований смесевого рыжико-минерального топлива и ускоренных испытаний насосных секций ТНВД на износ плунжерных пар).
Под наблюдением были тракторы одного года выпуска, с примерно одинаковой наработкой и осуществляющие одинаковые производственные работы на животноводческом комплексе предприятия.
За оценочные показатели износа плунжерных пар насосных секций ТНВД были приняты: геометрические размеры деталей плунжерных пар (овальность и конусность плунжера, диаметры плунжера и втулки, кольцевой зазор между плунжером и втулкой); масса деталей плунжерных пар (плунжер, втулка); объемная цикловая подача топлива, гидроплотность плунжерных пар.
Перед эксплуатационными исследованиями для ТНВД, устанавливаемых на исследуемые тракторы, были подобраны новые плунжерные пары марки У16с15 (4УТНМ 1111410-01) из одной партии производства Алтайского завода топливной аппаратуры. Перед установкой детали каждой плунжерной пары были промаркированы, взвешены и определены их первоначальные геометрические размеры, а плунжерные пары испытаны на гидроплотность.
Каждый ТНВД с контрольными плунжерными парами был отрегулирован на стенде для регулировки и испытания топливных насосов высокого давления по показателям дизеля Д-243 (4Ч 11/12,5). На экспериментальный трактор установили двухтопливную систему для работы на смесевом рыжико-минеральном топливе.
Анализ и обсуждения результатов. Для конструктивной адаптации автотракторного дизеля к работе на двух типах топлива (товарном минеральном дизельном и смесевом растительно-минеральном топливах) была разработана и изготовлена двухтопливная система питания дизеля (патент РФ на изобретение № 2582535 [7,8].
Предлагаемая двухтопливная система питания обеспечивает приготовление ДСТ в зависимости от нагрузочно-скоростного режима дизеля непосредственно при работе трактора (рисунок 1).
Согласно полученному патенту: «Двухтопливная система питания содержит (рисунок 1) бак минерального топлива 1, бак растительного масла 2, фильтры грубой очистки минерального топлива 3 и растительного масла 4, фильтр тонкой очистки топлива 5, топливоподкачивающий насос 6, электрический насос подачи растительного масла 7 с обратным клапаном 8, топливный насос высокого давления в комплекте с центробежным регулятором частоты вращения 9, форсунки 10, топливопроводы 11 и смеситель - дозатор растительного масла и минерального дизельного топлива 12, имеющий два входных 13, 14 и один выходной 15 каналы, во входных каналах 13, 14 установлены электродозаторы 16, 17, электрически соединенные через электронный блок управления 18 с датчиком температуры растительного масла 19 и индуктивным датчиком нагрузочно-скоростного режима 20, причем во входных каналах 13, 14 смесителя - дозатора растительного масла и минерального дизельного топлива 12 перед электродозаторами 16, 17 установлены перепускные 21, 22 и нагнетательные 23, 24 клапаны минерального топлива и растительного масла, а между фильтром грубой очистки минерального топлива 3 и нагнетательным клапаном минерального топлива 23 размещен электрический насос подачи минерального топлива 25 с обратным клапаном 26».
Пуск дизеля, прогрев и останов осуществляются на минеральном топливе. При этом электродозатор минерального топлива 16 полностью открыт, а электродозатор растительного масла 17 полностью закрыт. Минеральное топливо из бака минерального топлива 1, пройдя фильтр грубой очистки минерального топлива 3, поступает в работающий электрический насос подачи минерального топлива 25, который создаваемым давлением топлива, превышающим давление срабатывания нагнетательного клапана минерального топлива 23, открывает его и подает минеральное топливо через электродозатор 16, смеситель - дозатор растительного масла и минерального дизельного топлива 12, топливоподкачивающий насос 6, фильтр тонкой очистки топлива 5 в ТНВД 9, и далее форсунками 10 впрыскивается в цилиндры дизеля. Давление топлива, создаваемого электрическим насосом 25, поддерживается регулируемым перепускным клапаном минерального топлива 21.
1. Хохлов, А.Л. Необходимость замены минерального моторного топлива на дизельное смесевое топливо / А.Л. Хохлов, А.А. Гузяев, А.А. Хохлов // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: материалы VII Международной научно-практической конференции. - Ульяновск: Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина, 2016. - С. 252-258.
2. Уханов, А.П. Применение редечного масла в качестве биокомпонента дизельного смесевого топлива: монография / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, Л.И. Сидорова. - Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2018. - 182 с.
3. Уханов Д.А. Топливоподача дизеля при работе на смесевом рапсово-минеральном топливе: монография / Д.А. Уханов, А.П. Уханов. - Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2018. - 182 с.
4. Физические свойства рыжиково-минерального топлива / А.П. Уханов, А.А. Хохлов, А.Л. Хохлов, В.А. Голубев, Е.А.Хохлова // Международный научно-исследовательский журнал International research journal. - 2017. - №05 (59). - Екатеренбург: ООО "Компания ПОЛИГРАФИСТ. - C. 124-128.
5. Ротанов Е.Г. Влияние поверхностно-активных веществ смесевого топлива на износ плунжерных пар / Е.Г. Ротанов, А.Л. Хохлов, А.А. Хохлов // Сельский механизатор. - 2018. - № 6. - С. 36-37.
6. Уханов А.П. Теоретическая оценка ресурса плунжерных пар ТНВД при работе на смесевом рыжико-минеральном топливе / А.П. Уханов, Е.Г. Ротанов, А.А. Хохлов // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2018. - №2 (42). - С. 18-22.
7. Патент № 2582535 РФ МПК F02M 43/00, F02D 19/06. Двухтопливная система питания дизеля / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, А.А. Хохлов, Е.Г. Ротанов, А.Л. Хохлов - 2014152644/06; заявл. 24.12.2014; опубл. 27.04.2016, Бюл. № 12.
8. Устройства для конструктивной адаптации дизелей автотракторной техники к работе на биоминеральном топливе / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, Е.А. Хохлова, А.А. Хохлов // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2016. - Вып. 2. - С. 34-40.
9. Патент № 2582700 РФ МПК B01F 5/06. Смеситель-дозатор растительного масла и минерального дизельного топлива / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, А.А. Хохлов, Е.Г. Ротанов, А.Л. Хохлов - 2014152680/05; заявл. 24.12.2014; опубл. 27.04.2016, Бюл. № 12.
10. Уханов А.П. Автоматическая система подачи смесевого дизельного топлива / А.П. Уханов, Е.А. Хохлова, А.А. Хохлов // Научная мысль. - 2017. - № 3. - С. 108-112.
11. Разработка автоматической системы подачи смесевого дизельного топлива / А.П. Уханов, А.Л. Хохлов, А.А. Хохлов, С.А. Долгов // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: материалы VIII Международной научно-практической конференции. - Ульяновск: Ульяновский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, 2017. - С. 273-278.
12. Дидманидзе О.Н. Исследования показателей тепловыведения газовых двигателей / О.Н. Дидманидзе, А.С. Афанасьев, Р.Т. Хакимов // Записки Горного института. - 2018. - Т.229. - С. 50-55.
