Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Бородин Д.М. 1 Конев В.В. 1 Райшев Д.В. 2

---

1 ФГБОУ ВО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

2 ФГВКОУ ВПО «Тюменское высшее военно-инженерное командное училище имени маршала инженерных войск А.И. Прошлякова»

В условиях низких отрицательных температур на территориях Севера России возникают трудности с эксплуатацией коммунальной техники, особенно вакуумных ассенизационных машин. При отсутствии центральной канализации, а также возникшего роста обустройства загородных районов количество машин для очистки выгребных ям имеет тенденцию постоянного увеличения. В связи с тем, что при эксплуатации ассенизационных машин возникает перепад температур между жидкими отходами в цистернах (положительные температуры) и окружающим воздухом (отрицательные температуры), в результате происходит образование конденсата. При отрицательных температурах (ниже минус 20?°С) конденсат замерзает. Это приводит к отказу клапанов сигнально-предохранительного устройства и способствует возникновению разреженности воздуха внутри цистерны при ее охлаждении и последующему раздавливанию атмосферным давлением. На примере ассенизационной машины КО-505А создана и испытывается система прогрева клапанов. Определена стоимость ее изготовления и эффект от использования системы прогрева клапанов.

Статья в формате PDF

0 KB

низкие отрицательные температуры

коммунальная машина

ассенизационная машина

тепловая подготовка

система прогрева клапанов

утилизация тепла

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: в 3-х т. Т. 1. – 9-е изд., перераб. и доп. под ред. И.Н. Жестковой. – Машиностроение, 2006. – 928 с.

2. Захаров Н.С. Влияние сезонных условий на процессы изменения качества автомобилей: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. – Тюмень, 2000. – 40 с.

3. Карнаухов Н.Н. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири. – М.: Недра, 1994. – 351 с.

4. Конев В.В., Бородин Д.М., Проботюк В.В. Разработка системы утилизации тепла для вакуумной машины // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 2, часть 1. – С. 65–69. http://www.fundamental-research.ru/pdf/2016/2016_2_1.pdf.

5. Коммунальные машины и оборудование: учебное пособие для вузов / А.И. Доценко. – М.: Архитектура-С, 2005. – 343 с.

6. КО-505А.00.00.000 РЭ и автомобиля КамАЗ. Руководством по эксплуатации машины. г. Арзамас, Арзамасский завод коммунального машиностроения, – 2013.

7. Петров Ю. Операция «Ассенизация» // Основные Средства № 7/2005. – URL: os1.ru/article/communal/2005_07_A_2005_10_03-11_02_19.

8. Петров А.И. Эффективное использование автомобилей в погодно-транспортных условиях // Автотранспортное предприятие. – 2011. – № 5. – С. 41–44.

9. Чмиль В.П., Чмиль Ю.В. Устройство предпускового подогрева гидравлического привода машины и способ его очистки от твердых продуктов неполного сгорания топлива Патент № 2432434 Рос. Федерация, заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», заявл. 28.10.2009.

10. Чайников Д.А. Оценка эксплуатации: суровость и норма // Мир транспорта. – 2009. – № 3. – С. 66–70.

11. Щемелев А.М. Машины для коммунального хозяйства: учеб. пособие / А.М. Щемелев, А.В. Вавилов; под ред. А.М. Щемелева. – Минск: Технопринт, 2003. – 400 с.

12. Merdanov Sh., Konev V., Sozonov S. Experimental research planning heat training hydraulic motors: Scientific enquiry in the contemporary, world: theoretical basiсs and innovative approach, Vol. 5. – Technical Sciences. Research articles, B&M Publishing (San Francisco, California, USA) 2014. – Р. 113–117.

В северных условиях России [3, 10] эксплуатируется большой парк коммунальных машин, основными из которых являются вакуумные ассенизационные машины [7]. Использование большинства таких машин при температурах ниже –20 °C затруднено, так как происходит замерзание конденсата в предохранительном клапане. Этот клапан входит в состав сигнально-предохранительного устройства, располагающегося на верхнем люке цистерны. Предохранительный клапан служит для ограничения давления и разрежения в цистерне. При замерзании клапан не способен ограничить давление в цистерне, вследствие этого атмосферный столб может «раздавить» цистерну. После этого цистерну необходимо выправлять, и эксплуатация машины в таком случае невозможна. При этом коммунальная служба не выполняет свои обязанности и несет материальные потери в связи с ремонтом техники. На участках жилых массивов, где отсутствует центральная канализация, все нечистоты попадают в выгребные ямы. Для таких случаев и существует специальная техника для сбора и очистки канализационных отходов – ассенизационные машины [5, 11].

Чтобы использовать вакуумные ассенизационные машины при низких отрицательных температурах, поставлена задача разработки системы утилизации тепла от двигателя внутреннего сгорания на вакуумные ассенизаторские машины, в частности на КО-505А-1. Система утилизации тепла от ДВС направляет горячие отработавшие газы по сварной трубной конструкции к предохранительным клапанам, обеспечивая оптимальную температуру для работоспособности клапанов [4].

В 2014 году в г. Тюмени температура окружающего воздуха достигала –20 °C и ниже суммарно на протяжении 28 дней. В эти дни большинство вакуумных ассенизационных машин простаивали. Поэтому проблема замерзания конденсата в предохранительных клапанах на вакуумных ассенизаторских машинах является актуальной и требует решения. Возникает необходимость повышения эффективности использования автомобилей в погодно-транспортных условиях [2, 8].

Данная система утилизации тепла от ДВС позволит эксплуатировать машину КО-505А-1 при температурах ниже –20 °C. КО-505А-1 является распространенной машиной, предназначенной для механизированного заполнения, транспортирования и выгрузки жидких отходов, не содержащих горючих, агрессивных и взрывоопасных веществ. Машина рассчитана на эксплуатацию по разным видам дорог, в том числе по грунтовым дорогам в полевых условиях. Машина климатического исполнения «У» по ГОСТ 15150-69 эксплуатируется при температуре окружающего воздуха от минус 20 °С до плюс 40 °С. Технические характеристики КО-505А-1 представлены в табл. 1 [6].

Таблица 1

Технические характеристики КО-505А-1

Машина представляет собой автомобильное шасси КАМАЗ-65111, на которое монтируется специальное оборудование. Специальное оборудование состоит из двух цистерн, привода вакуумного насоса, механизма выдачи и укладки рукава, коробки отбора мощности, брызгоотражателей, вакуум-нагнетательной системы, пневмосистемы, дополнительного электрооборудования. Привод рабочих органов спецоборудования осуществляется от двигателя шасси через коробку отбора мощности, установленной на КПП шасси. Привод вакуумного насоса – механический от коробки отбора мощности через клиноременную передачу. Привод механизма выдачи и укладки рукава – пневматический, со специальным движителем.

Цистерны установлены с наклоном в сторону слива. Цистерны сварные, цилиндрической формы, днища сферические. Внутри каждой цистерны, для гашения гидравлических ударов, установлены три волнореза. В задней части каждой цистерны имеются сливные лючки. Цистерны соединяются между собой патрубками и рукавом диаметром 65 мм. На крышке левой цистерны установлен датчик уровня, сигнально-предохранительное устройство и клапан предохранительный, для ограничения давления в цистернах при сливе отходов. На внутренней поверхности каждой цистерны имеются три ребра жесткости из уголка 32×32×3. Вакуумный насос установлен впереди цистерн на специальной раме, который приводится во вращение от коробки отбора мощности через клиноременную передачу. Включение и выключение вакуумного насоса осуществляется дистанционно из кабины водителя с пульта управления. Транспортирование жидкости производится при закрытой приемной камере и выключенном дополнительном электрооборудовании. Во избежание раскрытия стыка приемной камеры пневмоцилиндр постоянно находится под давлением и держит клапан приемной камеры в закрытом положении. Слив жидкости из цистерн может осуществляться как самотеком, так и под давлением. Для ограничения давления 0,03 + 0,01 МПа и разрежения 0,08 МПа в цистерне на крышке сигнально-предохранительного устройства имеется предохранительный клапан. Для прогрева клапанов разработана система, в которой отработавшие горячие газы от двигателя внутреннего сгорания поступают по выхлопной системе автомобиля до выхлопной трубы, в которой установлена специальная заслонка, имеющая 2 положения. Первое положение, при котором заслонка закрыта, – отработавшие горячие газы меняют своё направление и проходят по специальной системе, направленной на обогрев предохранительных клапанов. Во втором положении заслонка открыта, происходит беспрепятственный выхлоп отработавших газов через стандартную выхлопную трубу машины [4]. Системы утилизации тепла ДВС ранее предлагались для прогрева гидропривода, ДВС [3, 12]. Чертеж системы прогрева клапанов представлен на рис. 1.

В процессе выхлопа в данной системе утилизации тепла возможно образование конденсата. Образование конденсата происходит из-за разницы температур горячих выхлопных газов и элементов системы отвода тепла, которые имеют большую протяженность. Для сбора конденсата из системы предусмотрен сборник конденсата 5. Сборник конденсата представляет собой цилиндрическую емкость с двойной стенкой. Образовавшийся конденсат накапливается во внутренней емкости. Часть горячих выхлопных газов, проходящих между стенками сборника, обогревают внутреннюю емкость и предотвращают замерзание конденсата, затем они выходят в атмосферу через специальное отверстие. Слив накопленного конденсата осуществляется самотеком через сливной кран 6. Опытный образец КО-505А-1 представлен на рис. 2.

Рис. 1. Чертеж системы прогрева клапанов: 1 – выхлопная труба штатной системы; 2 – труба системы прогрева клапанов; 3 – распределительная труба; 4 – полукружия; 5 – сборник конденсата; 7 – цистерна ассенизационной машины

а б

Рис. 2. Опытный образец КО-505А-1: а – до модернизации; б – после модернизации системой прогрева клапанов; 1 – цистерна ассенизационной машины; 2 – полукружие клапана

При тепловой подготовке клапанов отработавшими газами ДВС на поверхности стенок трубопроводов и полукружий направителей газов образуются осевшие на них твердые частицы (рис. 2). Это снижает интенсивность прогрева клапанов. Для периодической очистки внутренней поверхности стенок от частиц несгоревшего топлива используются нейтрализаторы [9].

Стоимость изготовления предлагаемой системы прогрева клапанов от двигателя внутреннего сгорания вакуумной ассенизаторской машины КО-505А-1 определяется из общих затрат по формуле

Sобщ = Sраб + Sмат.

где Sраб – затраты на оплату работы по изготовлению, руб.; Sмат – затраты на материалы для изготовления и монтажа, руб.

Стоимость работ по изготовлению системы прогрева клапанов приведена в табл. 2.

Материалы для изготовления системы прогрева клапанов [1] приведены в табл. 3.

Общие затраты на изготовление системы прогрева клапанов ассенизационной машины составят

Sобщ = 11390 + 7658,9 = 19048,9 руб.

В результате проведенной научной работы следует, что эксплуатация ассенизационных машин при низких отрицательных температурах (ниже минус 20 °С) затруднительна – перемерзают клапаны. Поэтому разработана система утилизации тепла ДВС для прогрева клапанов ассенизационной машины. Разработан и изготовлен опытный образец, который проходит дальнейшее исследование. Внедрение предложенной системы позволит получить экологический и экономический эффект за счет увеличения количества сбора, транспортировки и отгрузки жидких отходов при низких отрицательных температурах.

Таблица 2

Стоимость работ по изготовлению системы прогрева клапанов

Таблица 3

Материалы для изготовления системы прогрева клапанов

Библиографическая ссылка