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.
Выводы. В решении проблемы энергетической независимости Украины перспективным
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.
Список литературы
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.
УДК 631.436
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАДЁЖНОСТИ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ МАШИННО-
ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА (МТА)
Вороновский И.Б, к.т.н., доцент, член-корреспондент МААО
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.
Актуальность. Мобильный машинно-тракторный агрегат (МТА) представляет собой систему,
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.
Цель и задачи. Целью статьи является обоснование влияния надежности топливной системы
дизельного двигателя на функциональные характеристики работы МТА в зависимости от износа
плунжерных пар и загрязненности дизельного топлива механическими примесями и водой.
Материалы и методы. В топливных системах дизельных двигателей предусмотрена
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.
Результаты. В зависимости от условий эксплуатации МТА концентрация пыли в воздухе
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:
П
П
р
р
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
31
01
13
10
21
01
12
10
01
0
1
1
ПР
р
,
(8)
вероятность отказа фильтра грубой очистки:
ПР
ПР
р
р
0
10
01
1
,
(9)
вероятность отказа фильтров тонкой очистки:
ПР
ПР
р
р
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
К
р
,
(12)
вероятность отказа фильтра грубой очистки:
К
K
р
р
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:
К
K
р
р
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
53
01
13
35
10
21
42
01
12
24
10
31
01
13
10
21
01
12
10
01
0
1
1
Р
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
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.
λ=1/6, при этом интенсивность воздействия на фильтры распределяется неравномерно. Например, для
топливной системы на рис. 1.а, фильтр грубой очистки подвергается максимальному воздействию
загрязнения, т.е. λ
01
=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.
Таблица 1-Результаты расчета вероятностей исправного состояния р
0
и вероятностей отказов
фильтров р
1…5
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
0
и вероятности выхода
из строя фильтров р
1…5
. 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
р
0
=0,835 и вероятность отказа р
1
=0,175).
Достарыңызбен бөлісу: |