Международная академия аграрного образования костанайский филиал маао
жүктеу/скачать 5,95 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Обсуждение.
- Список литературы
- УДК 631.436 МОДЕЛИРОВАНИЕ НАДЁЖНОСТИ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ МАШИННО- ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА (МТА)
- Цель и задачи
- Рисунок 1. Схема соединения элементов топливных систем и графы их состояния
Результаты. Однако в условиях рынка это может произойти только лишь при условии создания перерабатывающего комплекса, способного производить топливосмазывающие материалы необходимого качества и в нужной номенклатуре. Причем идеология создания указанного перерабатывающего комплекса, по нашему мнению, должна предусматривать два независимых модуля. Модуль I должен представлять собой сеть предприятий, обеспечивающих глубокую переработку растительного сырья в растительное масло. Модуль II – сеть предприятий перерабатывающих растительные масла в биотопливо и смазывающие материалы. При этом следует иметь ввиду, что решение проблемы переработки растительного сырья в биодизель упрощается тем, что, во-первых; в настоящее время весь комплекс вопросов, начиная от селекции и заканчивая 100 % й механизацией производства рапса, в Украине решается успешно; и во-вторых, для получения рапсового масла можно, без особых трудностей, использовать существующие мощности Укрмасложирпрома. Продуктом переработки клещевины является касторовое масло и жмых. Эти продукты сами по себе являются высоко ликвидными даже без учета использования касторового масла для производства синтетических моторных масел и технических смазок. Однако, из-за отсутствия перерабатывающих клещевину предприятий, удовлетворение в потребности касторового масла осуществляется исключительно за счет импорта, а дефицит валютных запасов в стране привел к сокращению объемов его потребления. Например, из 21 наименований технических смазок, производимых ОАО "Азмол‖ (г. Бердянск), в настоящее время производится не более 5, и завод находится на грани банкротства. В стране прекратилась селекция клещевины. Не решена проблема механизации ее производства. Все это сдерживается отсутствием условий переработки. Из-за отсутствия в стране специализированных предприятий трижды делались попытки организовать переработку клещевины на маслоэкстракционных заводах Укрмасложирпрома. Однако, в виду больших отличий физико-механических, химических свойств этой культуры (зерновая и незерновая части клещевины содержат высокие концентрации токсичных веществ) без существенной реконструкции этих маслоэкстракционных заводов и их санитарной зоны, переработку клещевины организовать не представляется возможным. Не зависимо от мощности перерабатывающего предприятия, существующие операционные схемы технологического процесса переработки клещевины можно разделить на две группы: с предварительным отделением лузги и без отделения лузги, т.е. без обрушивания семян. Существенным недостатком переработки клещевины по схеме форпрессование – экстракция без обрушивания семян является высокая лужистость перерабатываемого материала [6, 7]. Ценные группы веществ, такие как липиды и протеины, локализуются в ядре; оболочка же вмещает много веществ, переход которых в масло и жмых являются нежелательными. Специалистами института масличных культур (г. Запорожье) совместно с Ростовгипропищепромом (РФ), специалистами итальянской фирмы «Alimenta» и немецким концерном «F. Krupp» были проработаны варианты строительств завода по переработке клещевины: по схеме с отечественным оборудованием
40
подготовительного и прессового отделения и германским экстракционным оборудованием, по схеме, предложенной итальянской фирмой «Alimenta» и германским концерном «F. Krupp». Технология всех трех вариантов предусматривала схему «форпрессование-экстракция», а кроме механической очистки масла его полную рафинацию: гидратацию - для удаления лецитинов, нейтрализацию - для удаления свободных жирных кислот, адсорбиционную очистку (отбелку) - для удаления красящих веществ и дезодорацию - для удаления ароматических и вкусовых веществ. Учитывая, что выращивание клещевины в Украине почти полностью приостановлено и в ближайшие 3...5 лет загрузить завод большей производительности будет невозможно, то по нашему мнению, целесообразно ориентироваться на создание сети малотоннажных предприятий, мощностью 1000…2000 т. касторового масла в год, что сказывается на себестоимости продукции, легче обеспечить финансирование строительства предприятия. Эколого-экономический аспект использования биотоплива заключается в уменьшенных выбросов в атмосферу окисла углерода на 15,98%, углеводов – на 38,92%, а сажи – на 31.68 %, практически отсутствуют выбросы двуокиси серы. При сгорании биотоплива в дизельном двигателе внутреннего сгорания общие удельные выбросы в атмосферу СН и NО 2 сравнительно с топливом нефтяного происхождения уменьшились соответственно на 22,5 и 14,6 %. Во время сгорания биотоплива выделяется столько же углекислых газов, сколько растение вбирает его из атмосферы. Биотопливо характеризуется достаточно высокими смазочными свойствами. Способствует этому особенный химический состав и высокое содержание кислорода. В результате смазывания подвижных деталей двигателя, который работает на биотопливе, межремонтный срок его эксплуатации увеличивается почти на 50 %. Вместе с тем, это топливо из воспроизводительных источников и имеет высокое биологическое расщепление. В случае попадания в почву или воду биотопливо в течение 25-30 дней практически полностью распадается и не наносит экологический вред, тогда как один килограмм минеральных нефтепродуктов может загрязнить почти миллион литров питьевой воды, уничтожая в ней всю флору и фауну. Вместе с тем, против внедрения биотоплива выступают некоторые скептики, которые считают, что для его выработки, во-первых, нужно много средств, во-вторых, нужно иметь площади, на которых выращивали бы сырье, в-третьих - это угрожает продовольственной безопасности. Обсуждение. Человечество в своем развитии неуклонно движется к завершению эры углеводов – нефти, газа, угля. Ряд ученых и специалистов воспринимают это как катастрофу, другая часть, как спасение. Мы разделяем точку зрения ученых, которые считают, что исключение потребления нефти, газа и угля, в том числе и в технологических процессах различных отраслей, есть спасение для всего живого на земле. В качестве способа решения многочисленных проблем, наличие которых нарушает цивилизованное течение жизни на земле, рассматривается биоэнергетика [3, 5, 6, 8]. В частности, принято директивное решение об увеличении производства на государственных спиртовых заводах высокооктановой добавки для светлых нефтепродуктов. Это позволит сократить потребление высокооктановых бензинов до 20% за счет развития свеклосахарной отрасли. Мобильная энергетика АПК в качестве двигателей внутреннего сгорания преимущественно использует дизельные двигатели. Для удовлетворения спроса на топливо дизельными двигателями Минагрополитики Украины ставит вопрос о создании сети заводов по производству биодизеля мощностью 100 тыс. т. в год каждый. В качестве сырья для производства биодизеля, как правило, используют рапсовое масло [5, 6, 7]. Таким образом, сахарная свекла, рапс и клещевина это те сельскохозяйственные культуры, эффективное производство и переработка которых может решить проблему дефицита нефтепродуктов используемых для мобильной энергетики АПК путѐм их замены топливосмазочными материалами растительного происхождения.
направлением является замена нефтепродуктов используемых для мобильной энергетики АПК топливосмазывающими материалами, полученными из растительного сырья. При этом первоочередными задачами являются: создание сети перерабатывающих предприятий по переработке клещевины на касторовое масло и по переработке рапсового масла на биодизель; адаптацию современной сельскохозяйственной техники к использованию биотопливосмазочных материалов; обеспечение технико- экономических показателей производства биотопливосмазочных материалов на уровне показателей аналогов из нефтяного сырья. Самый главный фактор, который вызывает повышенный интерес к биотопливу, есть его экологичность, то есть уменьшение выбросов вредных соединений в окружающую среду сравнительно с нефтяным топливом.
1. Трегобчук В.М., Пасхавер Б.Й., ін. Про довгострокову стратегію сталого розвитку агропромислового комплексу. // Економіка АПК.– 2007.- №7.– с.3-11
41
2.
Масло І.Н., Вірьовка М.І., ін.. Еколого-економічне обгрунтування виробництва та використання моторного палива на основі ріпакової олії для виробництва сільськогосподарської продукції // Економіка АПК.- 2009.- №11.-с.30-33 3.
Кузминський Е., Кухар В. Биоэнергетика — выбор будущего // Зеркало недели. – 2010. - № 27- 28. – С. 20. 4. www.minagro.kiev.ua 5. Дідур В.А., Надикто В.Т. Використання рослинної сировини для виробництва біопалива. // Механізація та електрифікація сільського господарства. Вип. 92.– 2008. – 32-41с. 6. Дидур В.А., Надыкто В.Т. Особенности эксплуатации мобильной сельскохозяйственной техники при использовании биодизеля // Тракторы и сельхозмашины. – Москва, №3, 2009. – с. 3-6. 7. http://economics.unian.net/rus/detail/ 8. Вороновський І.Б. Підвищення ефективності використання сільськогосподарської техніки / І.Б. Вороновський // Науковий вісник Національного аграрного університету. - К., 2009. – Вип. 51. – с. 67-70.
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАДЁЖНОСТИ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ МАШИННО- ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА (МТА)
Таврический государственный агротехнологический университет (г. Мелитополь, Украина)
В работе обосновано влияние надежности топливной системы дизельного двигателя на функциональные характеристики работы машинно-тракторного агрегата в зависимости от износа плунжерных пар топливного насоса высокого давления и загрязненности дизельного топлива механическими примесями и водой. We justify the reliability of the impact of the fuel system of the diesel engine on the functional characteristics of the work machine-tractor unit, depending on the wear of plunger injection pump and diesel fuel contamination by mechanical impurities and water.
состоящую из ряда подсистем. К таким подсистемам, выполняющим самостоятельные функции, относится топливная система дизельного двигателя, которая в свою очередь также может быть представлена, как система, состоящая из более мелких подсистем. Надежность машинно-тракторного агрегата зависит от надежности каждой из подсистем, а также от способа их соединения в общую систему.
дизельного двигателя на функциональные характеристики работы МТА в зависимости от износа плунжерных пар и загрязненности дизельного топлива механическими примесями и водой.
многоступенчатая очистка топлива: предварительная – при заправке топливного бака; грубая – в фильтрах грубой очистки на двигателе; окончательная (тонкая) – в фильтрах тонкой очистки на двигателе. Иногда применяется дополнительная очистка в предохранительных фильтрах форсунок. По количеству и расположению средств очистки топливные системы дизелей с/х техники можно разделить на три группы: с последовательным расположением фильтрующих элементов, с параллельным расположением и комбинированным их расположением.
колеблется в широких пределах и в некоторых районах юга Украины достигает 5 г/м 3 . Это отрицательно влияет на работоспособность систем двигателя, в том числе на работоспособность топливной аппаратуры. При работе МТА при запыленности воздуха 1,1…2,5 г/м З содержание загрязняющих примесей в топливе к моменту его выработки в 2-3 раза больше, чем при заправке. Топливные фильтры тракторных дизелей не обеспечивают достаточной степени очистки топлива от механических примесей, которые затем проникают к прецизионным деталям топливной аппаратуры [1, 3, 4]. Для моделирования надежности топливных систем различных типов с помощью графов их состояния (рисунок 1, а-в), использована математическая модель марковского случайного процесса с дискретными состояниями и непрерывным временем, согласно которой: S 0 – исправное состояние топливной системы; S 1 – выход из строя фильтра грубой очистки; S 2 , S
3 – выход из строя фильтров тонкой очистки. Примем, что поток отказов фильтров простейший и время между отказами в этом потоке распределяется по показательному закону и определяется параметрами интенсивности отказов: = 1/t б
(1) где t б – среднее время безотказной работы фильтра. По стрелкам вправо систему из состояния в состояние переводят отказы, а по стрелкам влево – ремонты с интенсивностью восстановления: 42
р t 1
(2) где t р – среднее время восстановления исправного состояния заменой фильтра.
а)
б)
в)
Рисунок 1. Схема соединения элементов топливных систем и графы их состояния: а – последовательным соединением фильтров тонкой очистки; б - с параллельным соединением фильтров тонкой очистки; в – с комбинированным соединением фильтров тонкой очистки ФГО – фильтр грубой очистки; ФТО – фильтр тонкой очистки. Применяя правило Колмогорова [5], запишем систему дифференциальных уравнений вероятностей состояний для рис. 1 а-в.
1 10 0 01 0 р р dt dp 1 10 2 12 1 12 0 01 1 р р р р dt dp
(3)
3 32 2 23 2 21 1 12 2 р р р р dt dp 3 32 2 23 3 р р dt dp
Полагая левые части равными нулю, получим систему алгебраических уравнений предельных состояний. Используя нормировочное условие: 1 3 2 1 0 р р р р , а также условие, что при t = 0, р 0 = 1, получим выражения для определения вероятности нахождения топливных систем в исправном состоянии: 10 21 32 10 12 23 10 21 01 12 10 01 0 1 1 П р
(4) Вероятность отказа фильтра грубой очистки:
0 10 01 1 ,
(5)
вероятность отказа фильтра тонкой очистки, фильтр №2: П П р р 0 10 21 01 12 2 ,
(6) 43
вероятность отказа фильтра тонкой очистки, фильтр №3: П П р р 0 10 21 32 10 12 23 3 ,
(7) Применяя аналогичный математический аппарат, получим формулы для определения вероятностей состояний топливной системы с параллельным и комбинированным соединением фильтрующих элементов (рис. 1 б и 1 в). Опустив математические преобразования, запишем окончательные формулы для определения вероятности нахождения системы в исправном состоянии рис. 1 б:
10
01 13 10 21 01 12 10 01 0 1 1 ПР р ,
(8)
вероятность отказа фильтра грубой очистки:
0 10 01 1 ,
(9)
вероятность отказа фильтров тонкой очистки:
0 10 21 01 12 2 ,
(10)
ПР ПР р р 0 10 31 01 13 3 ,
(11)
Окончательные формулы для определения вероятностей имеют вид для схемы расположения рис. 1 в. Вероятность нахождения в исправном состоянии: 10 21 42 01 12 24 10 31 01 13 10 21 01 12 10 01 0 1 1
р ,
(12)
вероятность отказа фильтра грубой очистки:
0 10 01 1 ,
(13)
вероятность отказа фильтров тонкой очистки соединенных параллельно: К K р р 0 10 21 01 12 2 ,
(14)
К K р р 0 10 31 01 13 3 ,
(15)
вероятность отказа фильтра тонкой очистки соединенного последовательно:
0 10 21 42 01 12 24 4 .
(16) 44
В качестве альтернативы рассмотрим разветвленную схему соединения дополнительных фильтров тонкой очистки включенных параллельно, которая представлена на рисисунке 2.
Рисунок 2. Граф состояний разветвленной топливной системы с дополнительными фильтрами соединенными параллельно. Согласно приведенного графа состояний топливной системы на рис. 2 получим следующие формулы. Вероятность нахождения системы в исправном состоянии: 10 31
01 13 35 10 21 42 01 12 24 10 31 01 13 10 21 01 12 10 01 0 1 1
р
(17) вероятность отказа фильтра грубой очистки: Р Р р р 0 10 01 1 ,
(18) вероятность отказа фильтров тонкой очистки №2 и №3: Р Р р р 0 10 21 01 12 2 ,
(19)
Р Р р р 0 10 31 01 13 3 ,
(20)
вероятность отказа фильтра тонкой очистки №4 и №5:
Р р р 0 10 21 42 01 12 24 4 ,
(22) Р Р р р 0 10 31 53 01 13 35 5 ,
(23) Выполним теоретический расчет вероятностей различных схем топливных систем по формулам (1…23) при единых начальных условиях: - сроки замены фильтров один раз в сезон (шесть месяцев), т.е.
топливной системы на рис. 1.а, фильтр грубой очистки подвергается максимальному воздействию загрязнения, т.е. λ
=3/6, а последующие два фильтра тонкой очистки с интенсивностью λ 12 =2/6, λ 23 =1/6.
Интенсивность восстановления распределяется аналогично: μ 32 =1/1=1; μ 21 =2/1=2; μ 10 =3/1=3, из расчета, что время на замену одного фильтра составляет один час.
0 и вероятностей отказов фильтров р
Схема соеди-нения фильт- ров в топлив-ной системе Вероятность исправного состояния системы р 0
Вероятно сть отказа
ФГО, р 1
Вероятно сть отказа ФТО №1, р 2
Вероятност ь отказа
ФТО №2, р 3
Вероятно сть отказа ФТО №3, р 4
Вероятнос ть отказа ФТО №4, р 5
Последовательное соедине-ние фильтров 0,835
0,139 0,023
0,0038 - - Параллельное соединение фильтров 0,7 0,175
0,058 0,058
- - Комбинированное соедине-ние фильтров 0,816
0,136 0,022
0,022 0,0036
- Разветвленное соединение с дополнительными ФТО 0,813
0,135 0,022
0,022 0,0036
0,0036 45
Подставляя приведенные интенсивности λ и μ в формулы (1…23), получим вероятности нахождения топливных систем различных схем соединения фильтров, в исправном состоянии р
и вероятности выхода из строя фильтров р
. Результаты расчета представим таблично (табл. 1). Выводы. Исходя из полученных теоретических данных следует, что наиболее эффективной системой соединения фильтров следует считать последовательное соединение, состоящее из фильтра грубой очистки и двух фильтров тонкой очистки (вероятность нахождения фильтров в исправном состоянии
=0,835 и вероятность отказа р 1 =0,175). жүктеу/скачать 5,95 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|