Оценка эффективности работы топливоподающей системы сельскохозяйственных тракторов в зимний период эксплуатации

            Применение многих машин в хозяйствах круглый год обусловлено непрерывностью производственного процесса некоторых сельскохозяйственных работ. К ним следует отнести работы по доставке кормов на животноводческие фермы, по вывозу органических удобрений,  снегозадержанию, по перевозке животноводческой продукции и других сельскохозяйственных грузов. Объем работ, выполняемых в зимнее время, достигает до 40% годового [1].

            Известно, что эксплуатация тракторной техники зимой значительно сложнее, чем летом, что в основном обуславливается суровыми климатическими условиями.

            Эффективность работы  и экономичность сельскохозяйственных тракторов, в период зимней эксплуатации,  зависит от многих систем и агрегатов машины,  в том числе и от работоспособности  системы питания,   зависящая от эксплуатационных свойств  топлива, температуры окружающей среды, условий и режимов эксплуатации.

            Схема топливоподачи у всех сельскохозяйственных тракторов практически идентична и работает по схеме, представленной на рисунке 1.

Из анализа схемы топливоподачи (рис. 1) можно сделать вывод, что отечественные автотракторные двигатели оснащены системой питания, тепловой режим которой практически не регулируется. Подогрев (разогрев) топлива в системе питания происходит путем теплопередачи от нагретых деталей двигателя и обдувом ряда узлов и деталей (топливный насос высокого и низкого давления, форсунки, фильтра тонкой и грубой очистки) теплым воздухом, прошедшим через охлаждающие радиаторы.

Поэтому надежность системы питания, в условиях отрицательных температур,  во многом определяется надежностью ее составляющих частей (топливного бака, питающего топливопровода, фильтра грубой очистки). Именно в этих элементах системы питания происходит наибольшее количество отказов (прекращение подачи топлива) при отрицательных температурах.

При исследовании динамики температуры топлива в топливоподающей системе трактора ДТ-75М было установлено, что влияние температуры наружного воздуха, собственно двигателя и топлива в баке, а также цикловой подачи неодинаково [3].  На температурное состояние топлива в фильтре грубой очистки влияет температура окружающей среды и топлива в баке, а также скорость и направление потока холодного воздуха к продольной оси трактора, а для топлива в фильтре тонкой очистки и головке топливного насоса,  основными факторами влияющие на температуру топлива, оказывает

тепловой режим работы двигателя и температура окружающей среды.

 

Рисунок 1 - Схема системы топливоподачи энергонасыщенных тракторов

 

При эксплуатации трактора ДТ-75М в зимний период на дизельном топливе марки «З-0,5-35»  при температуре окружающей среды ниже -25 ⁰С, аккумулирующего тепла топлива  в баке (при условии стоянки трактора в отапливаемом боксе) недостаточно для безотказной работы топливоподающей системы в течении смены. Основной причиной закономерных отказов являются выпадающие из топлива мелкие кристаллы льда и парафины, что в итоге при забивании топливных фильтров и сетки заборного штуцера, приводит к снижению производительности топливного насоса низкого давления и тем самым не обеспечивает необходимую подачу топлива к головке топливного насоса при номинальных нагрузках двигателя.

Для повышения работоспособности системы питания тракторов при работе в суровых климатических условиях, существуют множество способов и приспособлений для повышения жидкотекучести топлива и улучшения его прокачиваемости через элементы системы питания (рис. 2), которые можно разделить на три направления: подогрев топлива с использованием электроподогревателей запитанных от бортовой сети трактора, применение топлив с улучшенными эксплуатационными свойствами и конструктивное исполнение топливоподающей системы.

Подогрев топлива в элементах системы топливопадачи с применением  электроподогревателей (магистральные, бандажные и погружные) запитанных от бортовой сети трактора,  на наш взгляд является одним из перспективных направлений в повышении эффективности прокачиваемости топлива через элементы топливопадачи. Но для применения данных устройств (мощность электроподогревателей 0,2 … 0,3 кВт), эффективность генераторной установки трактора иногда недостаточна, особенно при работе в темное время суток, когда задействованы основные потребители (приборы освещения и  сигнализации, электропривод вентилятора отопителя и др.).

Рисунок 2 - Способы повышения эффективности работы топливоподающей системы  дизельных тракторов в условиях низких температур

Добавление в топливо специальных присадок (депрессоры, антигели) позволяет снизить температуру замерзания топлива на 10 … 20 ⁰С, что также является одним из эффективных способов в повышения надежности топливоподачи. Но применение депрессорных присадок приводит к увеличению стоимости топлива, и разбавление топлива специальными присадками необходимо выполнять при положительных температурах топлива  или выше температуры помутнения топлива.

            Конструктивное исполнение узлов топливоподающей системы в основном реализовано в моделях тракторов предназначенных для эксплуатации в северных районах (эффективное расположение элементов топливоподающей системы низкого давления вблизи нагреваемых областей моторной установки).

Нами предлагается, в качестве альтернативы рассмотренным способам, для повышения эффективности прокачиваемости топлива через линию низкого давления  системы питания, обеспечить  его разогрев, путем рационального использования теплоты излишков топлива  от форсунок 6 (рис. 3), топливного насоса высокого давления 5 и фильтра тонкой очистки 4.

Рисунок 3 – Схема топливоподающей системы трактора ДТ-75М с частичным подогревом дизельного топлива [2]:

1 - топливный бак; 2 - фильтр грубой очистки; 3 - топливный насос низкого давления; 4 - фильтр тонкой очистки; 5 - топливный насос высокого давления; 6 -форсунка; 7 - топливозаборник; 8, 9, 10, 11 и 13 -топливопроводы низкого давления; 12 -топливопровод высокого давления; А - направление основной подачи топлива; Б - направление излишков топлива; Т1,Т2 и ТЗ - температура топлива в топливном баке, излишков топлива и в питающем топливопроводе.

Излишки подогретого топлива из линии низкого и высокого давления (направление Б) по топливопроводу 13 направляются на вход питающего топливопровода 8 (к топливозаборнику 7) и смешиваясь с основным топливом поступающим из топливного бака обеспечивает частичный  разогрев. Такое  конструктивное исполнение  позволит также увеличить скорость потока топлива по питающему топливопроводу и тем самым снизить негативное воздействие окружающей среды на эффективность прокачиваемости топлива.

Переоборудование топливоподающей системы по предлагаемой схеме позволит повысить работоспособность системы питания дизельных двигателей в условиях низких температур и снизить простои машинно-тракторных агрегатов при эксплуатации в зимний период  на 5-10%.

Эффективность разогрева дизельного топлива в питающем топливопроводе за счет использования теплоты перепускаемых излишков топлива из линии низкого и высокого давления подтверждено экспериментальными исследованиями (рис. 3).

 

Рисунок 4 - Динамика разогрева дизельного топлива в питающем топливопроводе теплотой излишков перепускаемые из линии низкого и высокого давления системы питания

 

 

Литература

1.      Бережнов Н.Г. Оценка природных факторов и их воздействие на технику /  Н.Г. Бережнов. - Кемерово, 1996. – 140 с.

2.      Система питания дизельного двигателя. Свидетельство на полезную модель (РФ). - №2004102457 /  Опубл. 29.01.2004 г. П.И Федюнин, Д.М. Воронин, Г.М. Крохта, Н.Г. Бережнов, А.П. Сырбаков.

3. Сырбаков А.П. Обеспечение работоспособности системы питания дизельных тракторов в условиях отрицательных температур: автореф. дисс. к-та техн. наук: 05.20.03/ НГАУ. – Новосибирск, 2004. – 20 с.