Введение к работе
Актуальность темы исследования. В лесной промышленности машины с карбгораюрными двигателями внутреннего сгорания используются в качестве лесовозного пассажирского и лесохозяйствешюго подвижного состава. Лесозаготовки производятся круглый год, вюіючая зимнее время, продолжительность которого во многих районах превышает шесть месяцев. В этих условиях одним из важнейших факторов эффекгивной эксплуатации авюмашин является возможность надежного и быстрого запуска двигателя при низких темпераіурах.
При отрицательных температурах воздуха запуск карбюраторного двигателя лесных машин затруднен, а порой и невозможен. Причинами затруднений при запуске являются:
обедненная и некачественная топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя. Обеднение смеси происходит за счет оседания капель на холодные стенки впускного коллектора, а качество топливовоздушной смеси ухудшается из-за смещения спектра размеров капель топлива в сторону увеличения (при диаметре капли более 2-10 5м ее воспламенение и горение затруднено). В свою очередь увеличение диамеїра капель топлива вызывается снижением скорости прохождения воздуха через жиклеры карбюратора;
изменение энергии искры, связанное с уменьшением емкости аккумуляторной батареи при низких температурах и с конденсацией паров бензина и воды на электродах.
Известные ученые Анисимов Г.М., Свиридов Ю.Б., Иванов Д.Н., Лесави-но Г.С. и другие проводили исследования процесса пуска двигателя при отрицательной температуре. Основной рекомендацией, направленной на уменьшение воздействия низкой температуры на пуск двигателя, является создание в двигателе или его части более высокой температуры по сравнению с температурой окружающей среды, а также использование пусковых жидкостей. Затраты тепловой энергии на предпусковой нагрев двигателя достигают нескольких десятков мегаджоулей на один пуск двигателя. Время подготовки при использовании жидкостных топливных подогревателей превышает рекомендуемые полчаса.
Для обеспечения надежного пуска двигателей применяются различные виды устройств, обладающих наряду с достоинствами и недостатками. Главным недостатком является их низкая экономичность, т. к. при подготовке к пуску нагревается весь двигатель.
В условиях непрерывного роста стоимости энергоресурсов исследования, направленные на уменьшение затрат энергии при предпусковом подогреве двигателя автомобиля, являются актуальными.
Учитывая недостатки существующих предпусковых нагревателей, выбран предмет исследований диссертационной работы, заключающийся в обоснова-
Учитывая недостатки существующих предпусковых нагревателей, выбран предмет исследований диссертационной работы, заключающийся в обосновании и разработке предпускового устройства с использованием энергии аккумуляторной батареи.
Работа выполнена в рамках государственной бюджетной темы "Предпусковой подогрев двигателя", выполняемой на кафедре "Техническая механика" Сыктывкарского лесного института per. № 01200201750.
Цель исследования состоит в усовершенствовании процесса предпускового подогрева, направленного на уменьшение затрат тепловой энергии и сокращение времени подготовки техники к работе.
Реализация поставленной цели применительно к двигателям лесоїранс-портных машин потребовала решения следующих задач:
-
проведение анализа причин затрудненного низкотемпературного пуска двигателей лесотранспортных машин, сравнения характеристик устройств, применяемых для подготовки двигателей к пуску;
-
разработка математической модели процесса предпусковой подготовки и пуска двигателя в стадии нагрева и движения топливной смеси во время запуска;
-
разработка методики стендовых и натурных испытаний моделей устройств предпускового нагрева с использованием энергии аккумуляторной батареи;
-
проведение экспериментов по измерению температуры в процессе подогрева двигателя в зависимости от времени работы подоіревателя;
-
обоснование верхнего и нижнего пределов мощности предпусковою нагревателя, работающего от аккумуляторной батареи автомобиля;
-
разработка конструкции подогревателя для модернизированного впускного коллектора.
Объектом исследования являются лесотранспортные машины в период эксплуатации.
Предметом исследования являются модели предпусковых подогревателей карбюраторных двигателей лесотранспортных машин.
Теоретические, методологические и информационные основы исследования. Информационную базу исследования составили материалы научных исследований специалистов, учебная и методическая литература, материалы периодических изданий, патентная информация, сведения из сети Интернет.
Исследования проводились с использованием принципов системного подхода, включающего методы механики сплошной среды, термодинамики, численного анализа, теории вероятности. Инструменты и приборы, выбранные для экспериментов, соответствовали по точности современным требованиям.
Основные научные и практические результаты, полученные лично автором:
разработана математическая модель процесса предпускового подогрева и пуска, позволяющая с учетом удельной тепловой мощности подогревателя определить температуру в продольном сечении коллектора при движении по нему топливной смеси;
определены верхний и нижний пределы мощности предпускового подогревателя;
проведены экспериментальные исследования моделей предпусковых подогревателей;
предложена конструкция предпускового подогревателя для использования на лесотранспортной и вспомогательной технике.
Научная новизна исследования состоит в разработке методов определения оптимальных параметров локальных подогревателей коллектора, позволяющих уменьшить затраты тепловой энергии на предпусковую подготовку и сократить время подготовки пуска для лесотранспортных машин. Результаты, обладающие научной новизной и выносимые на защиту, состоят в следующем:
разработана математическая модель, описывающая температурное поле впускного тракта двигателя при предпусковом подогреве коллектора и во время пуска;
на основании проведенных экспериментальных исследований установлено, что впускной тракт двигателя и верхняя часть головки прогреваются быстрее остальных частей двигателя, а у блока и картера температура во время нагрева изменяется незначительно;
разработана методика определения верхней и нижней границ мощности устройства предпускового подогревателя для двигателей лесотранспортных машин.
Практическая значимость проведенных исследований. Основные результаты проведенных исследований могут быть использованы:
организациями, проектирующими автотранспортную технику для лесной промышленности;
организациями, эксплуатирующими лесотранспортную технику.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференциях:
научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Сыктывкарского лесного института по итогам научно-исследовательских работ за 2002 год. Сыктывкар, СЛИ, 26-28 февраля 2003 года;
межрегиональной молодежной научной конференции "Севергеоэкотех -2003". Ухтинский государственный технический университет, 19-21 марта 2003
г-;
межрегиональной научно-практической конференции для студентов и аспирантов "Исследования молодежи - экономике, производству, образованию ". Сыктывкар, Сыктывкарский лесной институт, 19-20 мая 2004 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ (1,45 печатных листа).
Объем и структура работы. Исследовательская работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников 126 наименований, приложения Диссертация изложена на 162 страницах машинописного текста, приведено 54 рисунка, 29 таблиц.
