863

словлены не углеродом, а присутствием на ней канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), в том числе наиболее токсичного среди них - бенз(α)пирена С20Н12 [2].

На рис 1. представлена зависимость содержания сажи в ОГ дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с турбонаддувом от нагрузки на номинальном режиме (рис. 1а) и режиме максимального крутящего момента (рис. 1б) при работе по дизельному и газодизельному процессам.

При работе по дизельному процессу на режиме холостого хода отмечается минимальная концентрация сажи в ОГ дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с турбонаддувом, что связано с высоким содержанием кислорода в ОГ. По мере повышения нагрузки увеличивается цикловая подача топлива, что приводит к уменьшению коэффициента избытка воздуха α и повышению максимальных температур сгорания. В результате возрастает дымность ОГ. Повышение концентрации сажи в ОГ продолжается до нагрузки, соответствующей ре ≈ 0,8 МПа, после чего отмечается стабилизация и даже некоторое снижение содержания сажи в ОГ. Такая зависимость обусловлена улучшением качества распыливания топлива и интенсификацией процесса сгорания. Максимальное содержание сажи на номинальном режиме составляет 2,5 ед. Bosch (0,111 г/м3).

а

б

Рис. 1. Влияние применения природного газа на содержание сажи в отработавших газах дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с турбонаддувом в зависимости от нагрузки: а – n=2400 мин-1; б - n=1900 мин-1;

На режиме максимального крутящего момента данные зависимости со-

храняются, при этом максимальная концентрация сажи составляет 2,1 ед. Bosch

(0,086 г/м3).

При работе по газодизельному циклу содержание сажи в ОГ практически не зависит от нагрузки и не превышает 0,2 ед. Bosch на номинальном режиме и 0,2 ед. Bosch на режиме максимального крутящего момента. Концентрация сажи в ОГ при газодизельном процессе определяется величиной запальной порции дизельного топлива.

Рис. 2. Влияние применения природного газа на содержание сажи в отработавших газах дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с турбонаддувом в зависимости от частоты вращения;

На рис. 2. представлено изменение концентрации сажи в ОГ дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с турбонаддувом от частоты вращения коленчатого вала. С увеличением n уменьшается время, отводимое на процесс сгорания. В результате теплоотдача в стенки камеры сгорания (КС) уменьшается, что приводит к повышению максимальной температуры цикла. С другой стороны, при повышении частоты вращения увеличивается турбулизация воздушного заряда и давление впрыскивания топлива, что приводит к улучшению условий смесеобразования, более равномерному распределению топлива по объему КС и ликвидации локальных зон с низкими коэффициентами избытка воздуха и высокими температурами сгорания. Эти факторы в той или иной степени взаимно компенсируют друг друга. [4]

Врезультате, с увеличением частоты вращения содержание сажи в ОГ дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с турбонаддувом монотонно возрастает до n=2400 мин-1. При этом концентрация сажи в ОГ дизеля при работе по газодизельному циклу ниже

в5 раз по сравнению с чисто дизельным процессом.

Всвязи с вышеизложенным можно сделать вывод, что применение компримированного природного газа в качестве моторного топлива для дизелей транспортных средств позволяет значительно снизить содержание в их ОГ сажи и канцерогенного бенз(α)пирена, уменьшить токсичность и негативное влияние ОГ на окружающую среду.

322

Литература

1.Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пос. для высшей школы. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Академический Проект, 2004. - 400 с.

2.Серковская Г.С. О канцерогенности нефти и нефтепродуктов // Химия и технология топлив и масел. - 1996. - №1. - С. 39-45.

3.Лиханов В.А., Сайкин А.М. Снижение токсичности автотракторных дизелей. – 2-е изд., испр. и доп. - М.: Колос, 1994. - 224 с.: ил.

4.Смайлис В.И. Современное состояние и новые проблемы экологии дизелестроения // Двигателестроение. - 1991. - №1. - С. 3-6.

5.Звонов В. А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. - 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1981. - 160 с.

6.Кутовой В.А. Впрыск топлива в дизелях. - М.: Машиностроение, 1981. - 118 с.

УДК 631.794:621.791

А.М. Кашфуллин – аспирант 3 года обучения Руководитель – Ю.В. Щербаков, к.т.н., профессор, Пермская ГСХА

ИЗНОС РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН НА ПРИМЕРЕ ЛАП КУЛЬТИВАТОРА

Качество обработки почвы в основном зависит от состояния рабочих органов почвообрабатывающих машин, работающих в условиях коррозионного и абразивного износа. При вспашке, культивации и других видах обработки почвы режущие части рабочих органов (лемеха, полки, полевые доски, лапы культиваторов, ножи фрез, диски борон, и другие) изнашиваются режущие части. Это ухудшает качество обработки почвы, увеличиваются расход топлива, снижается производительность труда.

Целью работы является анализ факторов влияющих на износ рабочих органов культиваторов стерневых тяжелых.

Установлено, что интенсивность износа рабочих органов почвообрабатывающих машин зависит от коэффициента трения, а численные значения коэффициента от: механического состава, влажности почвы, шероховатости рабочей поверхности, материала рабочего органа, а также от удельного давления на поверхность контакта и скорости скольжения почвы.

Изменение влажности почвы по-разному влияет на величину коэффициента трения песчаных и глинистых грунтов. П.У. Бахтиным и другими исследователями установлено [1], что с увеличением влажности суглинистых и глинистых почв различных генетических типов (от воздушно-сухого состояния до 60-80% относительной влажности) значение коэффициента трения грунта по шлифованной стали растет, а по достижении максимального значения – уменьшается (рис. 1, кривые 3 и 4). При этом, чем тяжелее механический состав почвы, т.е. чем больше в нем содержание глинистых частей, тем больше значение коэффициента трения этой почвы во влажном состоянии по стали.

Увеличение значения коэффициента трения на глинистых и суглинистых почвах с увеличением влажности объясняется ростом сил межмолекулярного

323

взаимодействия частиц почвы и стальной поверхности, а снижение после перехода максимума - появлением на поверхности контакта свободной воды, которая выполняет роль смазки.

Рис. 1. Изменение коэффициента трения и почвы по стали в зависимости от влажности:

1 - песчаный грунт; 2 - супесчаные почвы; 3 - средний суглинок; 4 - тяжелые суглинки и глины[2]

Границы изменения коэффициента трения песчаных грунтов по стали, обусловленные увеличением влажности почвы, исследованы еще не в полном объеме, поэтому кривые 1 и 2, изображенные на рис. 1, являются в известной мере, гипотетическими.

Увеличение влажности рыхлых (лишенных связанности) песчаных почв от гигроскопической до максимальной капиллярности вызывает рост коэффициента трения от минимального до его максимального значения. При дальнейшем увеличении влажности величина коэффициента трения уменьшается. Это возможно объяснить, следующим образом: при малой влажности почвы скольжение стали по поверхности рыхлого песка сопровождается перекатом слоя песчинок, взаимодействующих со сталью уменьшая величину коэффициента трения. Увлажнение песка и появление у него межмолекулярных связей, уменьшает подвижность слоя песчинок, появляются молекулярные силы, что приводит к увеличению коэффициента трения. Дальнейшее увлажнение песчаного грунта сопровождается появлением свободной воды, которая смачивает поверхность трения, снижая при этом значительно коэффициент трения [3].

Наибольшее значение коэффициента трения при скольжении стали по поверхности песчаного грунта, наблюдается при малой влажности (рис. 1. кривая 2). В этом случае песчинки грунта, вызывает ее интенсивный абразивный износ. Увеличение влажности такой почвы приводит к ее разрыхлению, снижая при этом прочность закрепления в почве песчинок, снижая величину коэффициента трения.

324

Противоречивы данные и о влиянии скорости скольжения почвы на величину коэффициента трения. Некоторые исследователи считают: при возрастании скорости скольжения увеличивается и коэффициент трения, вторые утверждают наоборот, что не выявлено изменение коэффициента трения при изменении скорости скольжения. Отсюда можно сделать вывод: изменение скорости скольжения почвы по стали в пределах 0,5-4,0 м/с не приводит к изменению коэффициента трения [4].

Увеличение удельного давления «р» на поверхность контакта металла с грунтом по мнению Н.В.Щучкина и А.Т.Яковенко[5,6] (которые занимались фундаментальным изучением данного вопросом в 50-60 годах прошлого века) приводит к уменьшению коэффициента трения, так как при этом в результате уплотнения грунта на поверхность трения поступает свободная вода, которая выступает в роли смазки [5]. Утверждение можно считать верным лишь для значений влажности, которая соответствует максимальному значению коэффициента трения [6].

На кафедре ремонта машин Пермской ГСХА исследован износ рабочих органов культиватора стерневого тяжелого (КСТ) производства Bellota (Испания) на почвах Пермского края, где в пахотной почве преобладает средний суглинок. Характер износа рабочих органов КСТ показал, что наибольший износ испытывает двухстороннее долото (т.е. носовая часть лапы рис. 2б). В горизонтальной плоскости лемеха наибольший износ сосредоточен по краям (рис.2а). Это объясняется тем, что среднее давление со стороны почвенной массы в зоне носка в 4,6 – 12,8 раза больше по сравнению средним давлением на зону лемеха. Ресурс составляет в зависимости от разновидности почв – на суглинистых почвах не менее 40 га на один рабочий орган, на песчаных 25-30 га.

Для равномерного износа в конструкции рабочих органов КСТ предусмотрено 2 положения установки долота с целью повышения ресурса.

Рис. 2. Рабочий орган культиватора стерневого тяжелого:

а – лемех; б – двухстороннее долото.

1 – износ по краям; 2 – износ носовой части.

325

К рабочим органам КСТ предъявляются особые требования с точки зрения его конструкции, режимов термообработки и вида упрочняющих технологий, как при изготовлении, так и при восстановлении. Применяемый материал должен быть износостойким, обладать высокой ударной вязкостью, поскольку лемех и двухстороннее долото испытывают значительные динамические нагрузки со стороны обрабатываемой почвы.

Анализ процессов изнашивания рабочих органов почвообрабатывающих машин показал, что из всего многообразия факторов, влияющих на износ, можно выделить два главных, легко поддающихся оценке:

механических состав почвы, определяющий ее абразивную агрессивность и связанность;

плотность почвы, определяющий давление на лезвие почвенной массы и интенсивность износа режущей части лезвия.

Другие факторы, характеризующие почву, например влажность, коэффициент трения, необходимо считать побочными, так как их действие может быть выражено через действия двух главных факторов. Так изменением влажности обусловлено изменение плотности почвы и давления, действующего на участок лезвия [7].

Одним из эффективных способов нанесения покрытий, получивших в настоящее время широкое применение, являются газотермическое напыление (ГТН). Применение метода активированной дуговой металлизации (АДМ) позволяет получать на изделиях (деталях) разнообразных форм и размеров покрытия с необходимыми соблюдениями ряда требований к упрочнению рабочих органов КСТ: способность наносимых материалов сопротивляться абразивному воздействию механических включений содержащихся в почве (кварц, корунд), иметь высокие прочностные свойства (адгезия, когезия), противостоять ударным нагрузкам. Одним из важных свойств является коррозионная стойкость покрытий, так как кислород и влажность воздуха, соли содержащиеся в почве при взаимодействии с поверхностью покрытия вызывает его окисление, а следовательно, и разрушение, что значительно снижает ресурс рабочих органов в целом [8].

Использование износостойких покрытий полученных данным методом позволит увеличить ресурс рабочих органов КСТ и значительно повысит качество обработки почвы [9].

Литература

1.Бахтин П.У. Исследования физико-механических и технологических свойств основных типов почв СССР. М., «Колос», 1969.-268 с.

2.Бахтин П.У. Коэффициент трения стали о почву// «Сельхозмашина». 1953-№1. с.

3.Анискович Г.И. Восстановление и упрочнение деталей почвообрабатывающих машин механизированным диффузионным намораживанием износостойкими сплавами текст.:/Г.И.Анискович//Автореферат диссертации к.т.н., МГАУ – БГАУ, 2000.-19 с.

4.Батурин А.А. Влияние механического состава почв на износ лемехов// «Почвоведение», 1938 №1.-с. 66-67.

326

5.Шучкин Н.В. Трение скольжения почвы по металлу и по почве// Сб. «Почвообрабатывающие машины». Вып.4. М.: Машгиз, 1949., Яковенко А.Т. Коэффициент трения почвы по лемешной стали//Ученые записки Саратовского госуниверситета. 1951. Т.27.

6.Синеоков Г.П., Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М.: «Машиностроение», 1977 – 328 с.

7.Упрочнение лезвий лемехов ЭМО/ В.Н.Байкалова, А.Н.Шитов// Вестник МГАУ.

2004. №1

8.Восстановление деталей методом активированной дуговой металлизацией/ Ю.С.Коробов, В.М.Изойко, А.С.Прядко, В.Л.Лукашин// Автомобильная промышленность. 2000. №1. с. 23-24

9.Использование порошковой проволоки для активированной дуговой металлизации/Ю.С.Коробов, Ю.В.Щербаков, А.М. Кашфуллин// Вестник МГАУ. 2012.№5(52). с. 43-45

УДК 631.22.018

С.В. Коньшин – студент 3 курса В.С Кошман – научный руководитель, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА

ВМЕТАНТЕНКЕ БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

ИОСОБЕННОСТИ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Отходы современных птицефабрик представляют собой существенную угрозу для окружающей среды [1]. В данной связи на птицефабриках как очистные сооружения все шире используются биогазовые установки. С одной стороны, они позволяют выработать метан, используемый как энергоноситель для производственных нужд, а с другой, получить экологически чистое органическое удобрение. По «эффекту на урожай» одна тонна данного удобрения равноценна 70…80 тоннам естественных отходов животноводства и птицеводства [2].

При производстве биогаза широкое распространение получили три способа перемешивания: механическое перемешивание, гидравлическое перемешивание и пневматическое перемешивание [3].

Наиболее распространено механическое перемешивание с помощью мешалок, рабочими органами которых являются шнеки, лопасти и планки. Для видоизменения структуры потоков и исключения образования воронок устанавливаются отражательные перегородки. Поскольку биогаз пожаро- и взрывоопасен к герметизации валов предъявляются особые требования. Для данного способа характерны следующие недостатки:

-наличие движущихся механических частей, снижающих надежность системы перемешивания;

-повышенная взрывоопасность системы из-за наличия нагревающихся трущихся пар;

-высокиеэнергозатраты из-за больших объемов перемешиваемого суб-

страта.

327

Сбраживаемый субстрат, находящийся в биореакторе (метантенке), способен расслаиваться со временем. С тем, чтобы этого не происходило, субстрат перемешивают. Необходимо достижение такого состояния системы, когда в малых объемах проб, отобранных из различных точек пространства, концентрация взвешенных частиц будет соответствовать концентрации последних в системе в целом.

Главными целями перемешивания являются:

-перемешивание свежей дозы субстрата с основной популяцией метанобразующих бактерий;

-предотвращение формирования корки на свободной поверхности и осадка у основания биореактора;

-обеспечение равномерного распределения популяций бактерий по объему;

-предотвращение формирования пустот и скоплений, уменьшающих эффективный объем биореактора.

Пневматический способ перемешивания реализуется путем пропускания биогаза через толщу сырья. Поэтому в составе конструкции биогазовой установки необходимо иметь компрессор. Однако при этом субстрат не должен обладать слишком большой вязкостью и быть склонным к образованию плавающей корки. В противном случае необходимо непрерывно удалять всплывающие частицы, что усложняет конструкцию биогазовой установки. В случае больших рабочих объемов биореактора данный способ требует существенных энергозатрат.

При гидравлическом перемешивании с помощью сопл создают затопленные или падающие струи. В качестве рабочего тела используют сам субстрат. Его подача к соплам осуществляется с помощью насосов, которые забирают жидкость из нижней части биореактора и по напорному трубопроводу подводят поток под давлением к соплу (соплам). Струя взаимодействует с жидкостью, которая интенсивно турбулизуется и вращается как целое и, как результат, перемешивается. При этом жидкость забирается в нижней части реактора насосом и поднимается по трубопроводу вверх, то есть возникает замкнутый контур циркуляции.

Для биореакторов с рабочим объемом более 500 требуется механическая мешалка с диаметром лопастей от 7 метров. Технически это сложно реализовать и затратно. Поэтому для перемешивания сбраживаемого субстрата в биореакторе используют гидравлический способ.

Для реализации этого способа подберем циркуляционный насос. По данным работы [4] при величине осевой скорости V=1м/с [5] в затопленной струе на удалении 4,2 м от сопла радиусом 0,005м находим величину скорости на истечение V0=7,85м/с. Объемный расход на истечение из одного сопла Q0= 0,015 . Имеем сопло в виде конического сходящегося насадка, для которого находим величину напора истечения Нист=8,02м. Принимаем число сопл N=3. Объемный

где – коэффициент, учитывающий наличие местных сопротивлений;

–гидравлический коэффициент трения;

-длина трубопровода, м;

-его внутренний диаметр, м;

–средняя скорость, м/с;

При величинах

= 1.3; =0.033; =10 м; d=0.125 м; V=3.66 м/с; =9.81 м/

имеем величину потребного напора

= 2.38 м.

Находим напор насоса

Нн=Нп+Нист= 2.38+8.02=10.4 м.

Выбираем погружной фекальный электронасосный агрегат НФ2-125/135, имеющий при объемной подаче Qн=162 напор Нн=11,0м. Мощность встроенного электродвигателя 11кВт.

Насос работает 4 часа в сутки до 7 часов. Кратность обмена определяем по формуле

При величинах

W=500 м3 и Qн=162 м3/с

получаем величину кратности

то есть 0,32 раза за один час. Это отвечает случаю осторожного перемешивания [5].

Полученные в работе результаты, на наш взгляд, представляют практический интерес, но требуют экспериментального подтверждения.

Литература

1.Ковалев Н.К., Глазков И.К. Проектирование систем утилизации навоза на комплексах. – М.: Агропромиздат, 1999. – 160 с.

2.ООО «МВ БЮРО ГЕНЕЗИС» [электронный ресурс] // Технология переработки отходов птицеводства – Режим доступа: http://tehnoasu.ru/files/birzha/Pererabotka_ othodov_pticevodstva.pdf, - Загл. с экрана

3.Биогаз: теория и практика/В. Баадер, Е. Дона, М.Брендерфер. – М.: Колос,

1982. – 148 с.

4.Альтшуль А.Д., Живостовский А.С. Гидравлика и аэродинамика. – М.: Стройиз-

дат, 2007. – 414 с.

5.Биоэнергетика: мировой опыт и прогноз развития. Научное издание. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008. – 404 с.

329

УДК 631.374.

Е.А. Лялин – аспирант М.А. Трутнев – научный руководитель, кандидат технических наук, доцент

ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА

ЗАВИСИМОСТЬ ПОДАЧИ СПИРАЛЬНО-ВИНТОВОГО ТРАНСПОРТЕРА ОТ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ СПИРАЛИ

Для транспортирования сухих кормов в хозяйствах применяются спираль- но-винтовые транспортеры (СВТ), которые представляют собой вращающуюся винтовую пружину, помещенную в цилиндрическом кожухе. Для выхода корма в кормушки кожух имеет выпускные отверстия. Такой способ раздачи кормов имеет большое распространение на птицеводческих и свиноводческих фермах.

Спирально-винтовые транспортеры могут быть двух- и одно-пружинные. Двухпружинные спирально-винтовые транспортеры применяются для транспортирования зерна, молотых кормов, а также жидкости.Для увеличения производительности транспортера и уменьшения трения между наружной и

внутренней пружинами они имеют противоположные навивки.

В основном используют однопружинные транспортеры, в которых сыпучий материал двигается равномерным слоем по всему внутреннему сечению кожуха [1].

На подачу СВТ влияет множество факторов, взаимосвязь которых представлена на рис.1[2].

Рис. 1. Факторы, влияющие на подачу СВТ

330