Системы охлаждения компрессорного оборудования дорожно-строительных машин и автотракторной техники для эксплуатации в условиях Сибири и Крайнего Севера

Библиографический список

1. Алексеева Т. В. Расчет и проектирование объемного гидропривода рулевого управления / Т.В. Алексеева, В.Е. Киреев // Методические указания для курсового и дипломного проектирования. - СибАДИ, 1988г.

2. Жданов А.В. Обоснование основных конструктивных параметров гидравлических рулевых механизмов строительных и дорожных машин с шарнирно-сочлененной рамой: Дис. ... канд. техн. наук: 05.05.04. -Омск, 2007. - 207 с.

3. Щербаков В.С. Научные основы повышения точности работ, выполняемых землеройно-транспортными машинами: Дис. . д-ра техн. наук: 05.05.04. - Омск, 2000. - 416 с.

4. Жданов А.В. Математическая модель гидрораспределителя объемного гидропривода рулевого управления /А.В. Жданов, Ш.К. Мукушев // Строительные и дорожные машины. - 2007. - №10. - С. 34 - 36.

Results of the analysis of mathematical model of the hydraulic steering mechanism of building and road machines

V.S. Sherbakov, A.V. Zhdanov

In article results of researches of the hydraulic steering mechanism are resulted. The analysis of mathematical model of system in a wide range of change of values of design data is lead. The laws of working processes connecting target parameters, parameters of stability and quality of hydrosystem of steering management and analyzed design data of the hydraulic steering mechanism are revealed. On the basis of the received dependences and criterion functions of hydrosystem of steering management the problem of conditional optimization is formulated.

Рецензент: Н.С. Галдин, доктор технических наук, профессор, СибАДИ.

Статья поступила 19.03.2008 г.

УДК 621.51

СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕССОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН И АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В УСЛОВИЯХ СИБИРИ И КРАЙНЕГО СЕВЕРА

В.Л. Юша, С.В. Корнеев, С.С. Бусаров, Д.Г. Новиков Омский государственный технический университет

Аннотация. Исследования эффективности систем охлаждения компрессорного оборудования передвижных установок, показали, что бессмазочные поршневые компрессора с внутренним микрооребрением наиболее пригодны к эксплуатации в условиях Сибири и Крайнего Севера. К тому же охлаждение непосредственно ступени, в этом случае, позволит значительно снизить массу теплообменного оборудования и расход топлива приводного двигателя.

Введение

Эффективность системы охлаждения во многом определяет экономичность, безопасность и надёжность работы компрессорного оборудования различных типов дорожностроительных машин и автотракторной техники [2, 3, 4, 6,7]. Применительно к таким объектам наиболее распространёнными являются поршневые и роторные компрессоры с давлением нагнетаемого воздуха до 1,5 МПа и производительностью от 5 до 50 нм3/мин. Известны примеры передвижных компрессорных станций (ПКС) на базе автомобильных шасси с производительностью свыше 100 нм3/мин, а также специальных воздушных и азотных автомобильных ПКС среднего и высокого давления (с давлением

нагнетания до 25,0 - 30,0 МПа). Существует два основных типа систем охлаждения поршневых и роторных компрессоров: первый -внешнее охлаждение рабочей камеры (цилиндра) с использованием в качестве охлаждающей среды атмосферного воздуха или жидкости, циркулирующей в замкнутом контуре; второй - так называемое «внутреннее» охлаждение путём непосредственного впрыска охлаждающей жидкости в проточную часть компрессорной ступени.

Постановка задачи

В условиях Сибири и Крайнего Севера для системы с «внутренним» охлаждением применение в качестве охлаждающей среды жидкости связано с известными проблемами: необходимость применения нескольких типов

жидкости на различные температурные уровни их многократная замена в течение года; наличие в составе передвижного транспортного средства дополнительной системы зимнего подогрева охлаждающей жидкости; необходимость обеспечения современных требований экологии при эксплуатации жидкостных систем охлаждения. Аналогичные проблемы имеют место и при использовании компрессоров с внешним охлаждением и смазываемой рабочей камерой.

В этой связи представляется актуальным применение компрессоров с несмазываемой проточной частью [4, 5, 8]. Такие компрессоры получили распространение в различных отраслях техники главным образом благодаря высокому качеству сжатого газа, в котором отсутствуют примеси, главным образом масло. В рассматриваемом нами случае наиболее важным преимуществом бессмазочных компрессоров представляется возможность применения в проточной части компрессорной ступени элементов внутреннего микрооребрения, обеспечивающая повышение эффективности внешнего воздушного охлаждения [4, 6].

Применительно к условиям Сибири и Крайнего Севера основные требования к компрессорному оборудованию дорожно-строительных машин и автотракторной техники можно сформулировать в следующем виде [9]:

1. Высокая степень мобильности, т.е. транспортабельность (малый вес, малые габаритные размеры, возможность транспортирования с высокой скоростью, высокая проходимость по бездорожью) и малое время перевода из походного состояния в рабочее и обратно.

2. Высокая степень автономности (высокая надёжность и большие межремонтные периоды, максимальное время работы при фиксированном количестве возимого запаса топлива).

3. Высокая степень адаптированности к широкому диапазону атмосферных условий, главным образом к отрицательным температурам атмосферного воздуха, а также его повышенной влажности в летний период.

4. Высокая степень адаптированности к широкому спектру условий транспортировки (температура, давление, инерционные перегрузки, вибрация, стойкость к ударным воздействиям).

5. Простота обслуживания и эксплуатации (количество и квалификация обслуживающего персонала).

6. Соответствие санитарным и экологическим нормативам, требованиям безопасности труда и эргономики (уровень шума и вибрации, количество и вредность технологических отходов, защита персонала от механических подвижных частей, электричества и давления

рабочих газов, от воздействия высоких температур и от воздушного потока).

7. Экономичность как при транспортировке, так и на рабочих режимах.

8. Низкая себестоимость и технологичность.

Метод решения поставленной задачи

Рассмотрим выше указанные требования

во взаимосвязи с системой охлаждения компрессорной ступени при отсутствии смазывающей или охлаждающей жидкости в её проточной части.

Представляется вполне очевидным, что применение бессмазочных поршневых и роторных компрессоров в значительной степени способствует выполнению требований 3, 4, 5, 6.

Что касается требования обеспечения высокой мобильности, можно отметить следующее. Результаты расчётно-теоретических и экспериментальных исследований [4, 6] показывают, что применение внутреннего мик-рооребрения позволяет обеспечить интенсификацию охлаждения сжимаемого воздуха и, как результат, снижение величины температуры нагнетания на 15...40К [4, 6]. Таким образом обеспечивается снижение тепловой нагрузки на теплообменное оборудование, входящее в состав компрессорной установки; последнее, в свою очередь, позволяет уменьшить вес и габаритные размеры теплообменных аппаратов (Рис. 1).

Для удобства представления результатов здесь вводятся величина относительного веса теплообменного оборудования системы

охлаждения G = G/Gmax , величина относительного габаритного параметра этого оборудования Г = Г/ Гтах и относительного

расхода топлива т = т /ттах , где Gmax, Гтах и ттах - максимальный вес, габаритный

тах тах 1

параметр теплообменного оборудования и расход топлива при отсутствии охлаждения воздуха, сжимаемого в ступени компрессора (адиабатное сжатие при л=1,4), G , Г и m -

фактический вес, габаритный параметр теплообменного оборудования и расход топлива при охлаждении сжимаемого в компрессоре воздуха с различной интенсивностью (полит-ропное сжатие при п<1,4). Интенсивность внешнего охлаждения характеризуется условным коэффициентом теплоотдачи на внешней поверхности рабочей камеры - аУ.

Данный параметр учитывает интенсивность внешнего оребрения и скорость течения охлаждающей жидкости.

Таким образом выполняется требования 2: за счёт снижения возимого веса конструкции теплообменного оборудования установки

можно увеличить вес возимого запаса топлива и тем самым повысить степень автономности автотракторного транспортного средства или дорожно-строительной машины.

Влияние системы охлаждения компрессора на экономичность установки (требование 7) определяется двумя факторами. Во-первых, уменьшение величины показателя политропы сжатия позволяет снизить индикаторную мощность компрессора [3, 6, 7] и, следовательно, повысить экономичность его приводного двигателя [9]. Что позволяет снизить расход топлива на 1..7% (Рис.2).

Во-вторых, уменьшение габаритного размера теплообменного аппарата, рассмотренного выше и обусловленного главным образом сокращением длины проточной части этого аппарата, позволяет снизить гидравлические потери давления охлаждаемого в нём сжатого воздуха; последнее также обеспечивает снижение индикаторной мощности компрессора и соответствующее повышение экономичности его приводного двигателя.

Нельзя не отметить, что интенсификация охлаждения ступени компрессора позволяет снизить теплонапряжённость конструктивных элементов, исключает самовозгорание смазочных материалов и т.п. С учётом сказанного выполнение требования 8 применительно к компрессорной ступени представляется не столь обязательным, ведь снижение себестоимости теплообменного оборудования за счёт уменьшения его металлоёмкости в значительной степени превосходит возможное удорожание конструкции компрессорноё ступени за счёт совершенствования её системы охлаждения.

Вывод

Таким образом, интенсификацию охлаждения компрессорного оборудования с бессмазочной проточной частью путём использования элементов микрооребрения на её поверхностях можно рассматривать как одно из перспективных направлений совершенствования компрессорного оборудования дорожно-строительных машин и автотракторной техники, предназначенной для эксплуатации в условиях Сибири и Крайнего Севера.

а)

15

20 25 30 35 40 Р н,МПа

б)

Рис. 1. Влияние величины рабочего давления и интенсивности охлаждения сжимаемого газа на массогабаритные параметры теплообменного аппарата

0,98 0,96 0,94

5 10 15 20 30 35 кВт/н^К

Рис. 2. Влияние интенсивности внешнего охлаждения рабочей камеры на расход топлива приводного двигателя

Библиографический список

1. Автотракторные двигатели внутреннего сгорания: сб. науч. тр. / под ред. В.Н. Лукани-на; Моск. автомоб. - дор. ин-т. - М.: МАДИ, 1980. - 152 с.

2. Пластинин П.И. Передвижные компрессорные станции / Насосостроение и компрессо-ростроение. Холодильное машиностроение. (Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР).-1977 -1 - 103 с.

3. Пластинин, П.И. Поршневые компрессоры. Том 1 .Теория и расчет / П.И. Пластинин, - М.: КолосС, 2006. - 400 с.

4. Пластинин П.И., Юша В.Л., Бусаров С.С. Анализ нестационарных температурных полей в стенках цилиндра компрессорной ступени. //Омский научный вестник. - 2006. - №5. -С.96 - 101

5. Сафин Ф.Х. Тенденции в техникоэкономической структуре производства и развитии компрессорного оборудования // Компрессорная техника и пневматика. 2002. № 2. С.4 - 9.

6. Системы охлаждения компрессорных установок/ Я.А. Берман [и др.] - Л.: Машиностроение, 1984. - 228 с.

7. Френкель, М.И. Поршневые компрессоры / М.И. Френкель. - Л.: Машиностроение, 1969. - 744 с

8. Юша В.Л. Системы охлаждения и газораспределения объёмных компрессоров. -Новосибирск: Наука, 2006. - 236 с.

9. Юша В.Л. Тенденции совершенствования воздушных и специализированных технологических компрессорных установок на базе автомобильных шасси, предназначенных для эксплуатации в условиях Сибири и Крайнего Севера. // Материалы 59-й Международной научно - технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Автомобили, специальные и технологиче-

ские машины для Сибири и Крайнего Севера» - Омск, 2007. - С. 296-303.

SYSTEMS OF COOLING OF THE

COMPRESSOR EQUIPMENT OF ROAD-BUILDING MACHINES AND AUTO TRACTOR ENGINEERING FOR OPERATION IN CONDITIONS OF SIBERIA AND FAR NORTH

V.L Yusha V.L., Korneev S.V., Busarov S.S., Novikov D.G.

The researches of efficiency of systems of cooling of the compressor equipment of mobile installations, have shown, that without lubricated of the piston compressor with internal small ribs are most serviceable in conditions of Siberia and Far North. Besides the cooling is direct steps, in this case, will allow considerably to lower weight heat-exchanging of the equipment and charge of fuel drawing of the engine.

Рецензент: Г.И. Бумагин, доктор технических наук, профессор ОмГТУ.

Статья поступила 21.03.2008 г.