системы микроклимата малогабаритных

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
ФГБОУ ВПО
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени В.П. ГОРЯЧКИНА
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
СИСТЕМЫ МИКРОКЛИМАТА
МАЛОГАБАРИТНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
Учебное пособие
Москва
2013
УДК 629.3.048.3
Р е ц е н з е н т ы:
Н.Е. Евтюшенков – д-р техн. наук, профессор,
заведующий отделом транспорта и механизации
погрузочно-разгрузочных работ ГНУ «Всероссийский институт
механизации (ВИМ) Россельхозакадемии»;
Д.А. Загарин – канд. техн. наук, доцент, руководитель НИЦИАМТ
ФГУП «НАМИ», директор Дмитровского филиала Московского
государственного машиностроительного университета (МАМИ)
Дзоценидзе Т.Д. Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения:
учеб. пособие / Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская; ООО «НИИКА». – М., 2013. – 112 с.: ил.
ISBN
Рассмотрены теплофизические основы работы систем микроклимата автомобилей и тракторов, вопросы влияния системы
микроклимата на энергетический баланс транспортного средства
сельскохозяйственного назначения по показателям топливной экономичности и улучшению условий труда водителя. На примере серийно выпускаемого на ОАО «Автоспецоборудование» (г. Великий
Новгород) малогабаритного транспортного средства Silant показаны особенности конструкции, выбора агрегатной базы и подходов в
процессе проектирования. Дан анализ результатов экспериментальных исследований.
Учебное пособие предназначено для студентов факультета «Процессы и машины в агробизнесе».
УДК 629.3.048.3
ISBN
© Авторский коллектив, 2013
СОДЕРЖАНИЕ
Список сокращений ............................................................................... 4
Введение ................................................................................................ 5
1. Основы работы систем микроклимата автомобилей
и тракторов ............................................................................................ 7
2. Определение тепловой загруженности кабин
и уравнение теплового баланса ......................................................... 30
3. Математическая модель влияния системы микроклимата
на энергетический баланс ТС по показателю топливной
экономичности и проведение расчетных исследований ................. 51
4. Агрегатный состав системы микроклимата ................................. 62
5. Особенности конструкции
системы микроклимата МТС ............................................................. 72
6. Экспериментальные исследования
системы микроклимата на примере МТС Silant .............................. 87
Заключение ........................................................................................ 102
Литература ......................................................................................... 104
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АПК – агропромышленный комплекс
ВОМ – вал отбора мощности
КПД – коэффициент полезного действия
КФХ – крестьянское (фермерское) хозяйство
ЛПХ – личное подсобное хозяйство
МТС – малогабаритное транспортное средство
ТРВ – терморегулирующий вентиль
ТС – транспортное средство
ВВЕДЕНИЕ
Транспортные средства сельскохозяйственного назначения работают в условиях бездорожья, практически во всех климатических
зонах и эксплуатируются, как правило, круглогодично. Для обеспечения требуемых условий труда водителя (оператора) и эргономических требований кабины ТС должны быть оборудованы системами микроклимата, в состав которых входят устройства и агрегаты
отопления, вентиляции, охлаждения и очистки воздуха. Недостаточно обоснованное применение той или иной системы микроклимата может привести к снижению производительности ТС в целом
и росту себестоимости перевозок, из-за возрастания нагрузки на силовой агрегат и увеличению расхода топлива. При создании новых
ТС для малых форм хозяйствования необходимо реализовать такой
уровень универсальности, который позволит обеспечить загрузку
машины различными видами работ независимо от времени года и
по совокупности комплексно воздействовать на ускорение развития
социальной инфраструктуры на селе. Транспортные средства для
АПК могут быть реализованы в виде автомобилей высокой проходимости с широкими функциональными возможностями, удовлетворяющими требованиям экологической, технической и эксплуатационной безопасности.
Было создано и серийно выпускается семейство МТС сельскохозяйственного назначения для ЛПХ и КФХ.
Следовательно, проведение аналитического исследования по
обоснованию и формулированию исходной информации для разработки системы микроклимата МТС, а также конструкции с выбором
агрегатной базы и изготовление системы микроклимата для опытных образцов МТС представляет комплексную задачу, решаемую в
определенной последовательности.
1. ОСНОВЫ РАБОТЫ СИСТЕМ МИКРОКЛИМАТА
АВТОМОБИЛЕЙ И ТРАКТОРОВ
В работах [25…27, 29…30, 32, 35] на основе проведенных комплексных исследований были обоснованы технические и технологические параметры семейства МТС и предложен типаж этих машин.
Всего было создано девять образцов первой и второй серий,
в том числе образцы семейства МТС в виде:
▪ базового шасси с навесным оборудованием и задним ВОМ;
▪ самосвала с опрокидыванием грузовой платформы на три стороны и задним ВОМ;
▪ ТС для перевозки кормов в виде самосвала с надстроенными
бортами и задним ВОМ;
▪ бортового грузовика с краном-манипулятором с задней навеской и ВОМ;
▪ ТС – пикапа;
▪ ТС с опрыскивателем.
На рис. 1.1…1.3 показаны компоновочные схемы некоторых образцов, а на рис. 1.4…1.9 – внешний вид семейства МТС и Silant.
Некоторые технические параметры МТС приведены в табл. 1.1. Все
образцы оборудованы системой микроклимата.
Работа системы кондиционирования воздуха основана на циркуляции хладагента (например, фреона), подвергающегося циклу расширения и сжатия – циклу Карно. Переход фреона из жидкого состояния в газообразное вызывает охлаждение. Когда газ сжимается,
он переходит в жидкое состояние и нагревается. В результате этих
процессов происходит изменение температуры, которое используется для охлаждения рабочей зоны (салона). Изменение температуры и состояния фреона происходит в различных агрегатах системы
кондиционирования. Рабочий процесс при этом может быть разделен на шесть циклов.
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
8
Рис. 1.1. МТС НАМИ-286803 –
базовое шасси с задней навеской
и ВОМ. Компоновочная схема.
Вид спереди
Рис. 1.2. МТС НАМИ-286803 –
базовое шасси с задней навеской
и ВОМ. Компоновочная схема.
Вид сзади
Рис. 1.3. МТС НАМИ-286801 – самосвал с задней навеской и ВОМ.
Компоновочная схема. Вид сбоку
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
9
Рис. 1.4. МТС –
базовое шасси
с навесным
оборудованием
и задним ВОМ
Рис. 1.5. МТС НАМИ3333 – трехосный
грузовой автомобиль с
колесной
формулой 6 х 6
Рис. 1.6. Серийный
образец МТС Silant
коммунального
назначения
10
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Рис. 1.7. Серийный
образец МТС
Silant – модификация
для добровольных
пожарных дружин
Рис. 1.8. Серийный образец МТС
Silant – автовышка с рабочей
высотой 22 м
Рис. 1.9. МТС Silant –
вариантное исполнение
с использованием
тонкостенных шин
1150 х 620-22,5 для
сельхозтоваропроизводителей
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
11
Т а б л и ц а 1.1
Некоторые технические параметры МТС
Модель
Колесная формула
Компоновочная схема
ТС с грузовой платформой
с откидными бортами
и разгрузкой на три стороны
и гидронавесной системой
4х4
С коротким капотом
Число мест в кабине
3
Грузоподъемность, кг
800
Полная масса, кг
3950…4020
Снаряженная масса, кг
3150…3220
База, мм, не более
Колея передних/задних колес, мм, не
более
Габаритные размеры без навесного
оборудования, мм, не более:
▪ длина «b»
▪ ширина «с»
▪ высота «H»
2760
1819/1789
5309
2240 (по зеркалам)
2859 (по воздухозаборнику)
Объем грузового помещения, м3,
не менее
2,7
Погрузочная высота, мм, не более
1280…1370
Максимальный угол преодолеваемого
подъема, %, не менее
30
Дорожный просвет под балками мостов
на твердой опорной поверхности при
полной нагрузке, мм, не менее
340
Тяговый класс по ГОСТу 27021-86
0,9
12
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
О к о н ч а н и е т а б л. 1.1
Скорости движения при регламентированной частоте вращения коленчатого
вала дизеля и отсутствии буксования
колес, км/ч:
▪ наименьшая
▪ наибольшая рабочая
▪ наибольшая транспортная
Двигатель (марка)
Тип
4
12,3
50
Д-130Т
Четырехтактный дизельный,
трехцилиндровый,
воздушного охлаждения,
с турбонаддувом
Эксплуатационная мощность дизеля,
кВт (л.с.)
47,75 (65)
Частота вращения коленчатого вала,
мин–¹
2200
Максимальный крутящий момент, Н∙м
(кгс∙м)
Диапазон эксплуатационной частоты
вращения коленчатого вала, мин-1
217,6 (22,25)
900…2145
1. Компрессор сжимает газ до давления 5…18 кг/см2, в зависимости от наружной температуры и температуры в рабочей зоне. При
сжатии газа его температура и давление повышаются.
2. Сжатый газ по трубопроводу поступает в конденсатор, где
охлаждается до температуры близкой к наружной, при этом газ переходит в жидкое состояние и по трубопроводу поступает в ресивер.
3. В ресивере газ проходит через фильтр очистки, где удаляются механические примеси и происходит удаление влаги из фреона.
Ресивер также является накопителем жидкой фазы фреона, что способствует уменьшению времени работы компрессора.
4. Из ресивера очищенный газ по трубопроводу поступает в ТРВ.
После прохождения через капиллярное отверстие начинается ин-
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
13
тенсивное испарение фреона (газ кипит tкип = –5…+5ºС). Для поддержания кипения фреона необходимо подводить тепло.
5. В испарителе происходит интенсивное испарение газа за счет
тепла, подводимого из обдувающего испаритель воздуха, который
охлаждается до температуры 5…10ºС.
6. После прохождения испарителя по трубопроводу фреон возвращается в компрессор. На этом цикл работы замыкается.
Как известно, цикл Карно (рис. 1.10) – это обратимый круговой
процесс, в котором совершается превращение теплоты в работу (или
работы в теплоту). Цикл Карно состоит из последовательно чередующихся двух изотермических и двух адиабатных процессов [7, 56].
Впервые рассмотрен французским ученым Н.Л.С. Карно (1824), как
идеальный рабочий цикл теплового двигателя. Превращение теплоты в работу сопровождается переносом рабочим телом двигателя
определенного количества теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому (холодильнику).
На рис. 1.10 представлен цикл
Карно для газа в координатах Клапейрона, где переменными параметрами являются давление и объем.
Для идеального газа две изотермы
AD и CD являются дугами гиперболы, где
PV1 = RT1 и PV1 = RT2.
Цикл Карно состоит из четырех
стадий.
1. Изотермическое расширение
Рис. 1.10. Цикл Карно
(процесс A→В). В начале процесса
рабочее тело имеет температуру T1,
т.е. температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре)
передает ему количество теплоты Q1. При этом объем рабочего тела
увеличивается.
2. Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение (процесс
В→С). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает
расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его
температура уменьшается до температуры холодильника.
14
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
3. Изотермическое сжатие (процесс С→D). Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру T2, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты Q2.
4. Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (процесс D→А).
Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.
При изотермических процессах температура остается постоянной, при адиабатических – отсутствует теплообмен, а значит, сохраняется энтропия, поскольку
, при ∂Q = 0.
Количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя
при изотермическом расширении, равно:
Аналогично при изотермическом сжатии рабочее тело отдало холодильнику
.
Отсюда КПД тепловой машины Карно равен
.
Из данного выражения следует, что КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника. Кроме того, из выражения следует, что КПД может составлять 100%
только в случае, если температура холодильника равна абсолютному нулю. Это невозможно, но не по причине недостижимости
абсолютного нуля (этот вопрос решается только третьим началом
термодинамики, учитывать которое здесь нет необходимости), а так
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
15
как такой цикл или нельзя замкнуть, или он вырождается в совокупность двух совпадающих адиабат и изотерм. Поэтому максимальный КПД любой тепловой машины будет меньше или равен КПД
тепловой машины Карно, работающей при тех же температурах нагревателя и холодильника.
Процессы, происходящие в системе кондиционирования воздуха, являются обратимыми. Чтобы цикл был обратимым, из него
должна быть исключена передача тепла при наличии разности
температур. Значит, передача тепла должна осуществляться либо
в изотермическом процессе (как в цикле Карно), либо в эквидистантном процессе (обобщенный цикл Карно). Для изменения
температуры рабочего тела от температуры нагревателя до температуры холодильника и обратно, необходимо использовать либо
адиабатические процессы (они идут без теплообмена и, значит, не
влияют на энтропию), либо циклы с регенерацией тепла, при которых нет передачи тепла при разности температур. В результате анализа можно сделать вывод, что для максимальной эффективности
системы кондиционирования цикл ее работы должен стремиться к
циклу Карно.
В современной инженерной практике, при проектировании
сложных узлов и механизмов, широко используется математическое
моделирование физических процессов. Движение и теплообмен текучей среды моделируются с помощью уравнений Навье – Стокса,
описывающих в нестационарной постановке законы сохранения
массы, импульса и энергии этой среды [1]. Кроме того, используются уравнения состояния компонентов текучей среды, а также эмпирические зависимости вязкости и теплопроводности этих компонентов среды от температуры. Неньютоновские жидкости задаются
зависимостью их коэффициента вязкости от скорости сдвиговых
деформаций и температуры; сжимаемые жидкости задаются зависимостью их плотности от давления. Этими уравнениями моделируются турбулентные, ламинарные и переходные течения.
Ламинарные и турбулентные пограничные слои течения около
поверхностей твердого тела, а также переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный и, наоборот, турбулентного в ламинарный, моделируются с высокой точностью при помощи модифицированных универсальных пристеночных функций.
При моделировании физических процессов, связанных с работой
системы микроклимата, особое внимание следует уделить таким
16
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
моментам как теплопередача в твердых телах, которая моделируется с помощью следующего уравнения:
,
где ε = сТ;
с – удельная теплоемкость,
;
Т – температура, К;
Вт
λ – теплопроводность,
;
мК
QH – удельное тепловыделение источника тепла, Вт/кг.
В процессе эксплуатации автомобиля большое влияние на тепловой баланс в кабине оказывает солнечное излучение, которое тоже
может быть учтено в процессе математического моделирования.
Солнечное излучение задается зависящим, в общем случае, от времени, интенсивностью и направлением. В результате, для каждой
участвующей в радиационном теплообмене поверхности определяется (с учетом рассчитываемого фактора видимости) разность между приходящими и уходящими (т.е. отраженными и излучаемыми)
радиационными тепловыми потоками.
Следовательно, проведение численного анализа течения воздуха
в кабине ТС и расчетных исследований течения воздуха внутри системы микроклимата является важной задачей, результаты решения
которой будут использованы для организации рабочего места водителя.
Создание и применение новой системы микроклимата для МТС
связано с определенными энергетическими затратами, которые,
в конечном счете, отражаются на топливной экономичности ТС.
С этой точки зрения, представляется актуальным изучение влияния
применяемых конструктивных решений на энергетический и топливный балансы ТС.
Известно, что энергетический баланс ТС имеет следующий вид
[43]:
,
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
17
где S – путь, м;
Pi – индикаторная сила, Н (приведенная к колесам ТС, характеризующая сумму всех видов механических потерь, имеющих
место при движении ТС сельскохозяйственного назначения).
Применительно к простейшему случаю работы ТС (движение на
горизонтальном участке дороги с постоянной скоростью) приведенная выше формула принимает вид:
Wi = Pi · S.
Поскольку наиболее часто применяемым критерием оценки
энергетического совершенства работы ТС является оценка его топливной экономичности, выражающаяся в расходе топлива л/100
км, то примем путь равный 100 000 м (105 м). Таким образом, энергетический баланс ТС для данного режима движения можно выразить в виде:
Wi = Wм + Wτ + Wmp + Wf + Ww ,
или для общего случая
Wi = Wм + Wτ + Wmp + Wf + Ww + Wa + Wj ,
где Wм – энергия, затраченная на преодоление механических потерь в двигателе (трение поршней о стенки цилиндров, привод
насосов и системы газораспределения, системы микроклимата
и т.п.), Дж;
Wτ – энергия, затраченная на преодоление потерь на привод
вспомогательного оборудования (вентилятор, компрессор, генератор и т.п.), Дж;
Wтр – энергия, затраченная на преодоление потерь в трансмиссии, Дж;
Wf – энергия, затраченная на преодоление сопротивления качению шин, Дж;
Ww – энергия, затраченная на преодоление аэродинамического
сопротивления, Дж;
Wт – запас тяги, Дж;
Wa – энергия, затраченная на преодоление подъемов, Дж;
Wj – энергия, затраченная на преодоление сил инерции, Дж.
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
18
При подробном рассмотрении структуры энергии, затрачиваемой на преодоление механических потерь двигателя, получаем,
что потери энергии на привод вспомогательного оборудования – Wτ
(вентилятор, компрессор, генератор и т.п.) имеют схожую структуру. При этом величина Wмτ имеет вид:
,
где i и Vh – число цилиндров и рабочий объем одного цилиндра;
uтр – передаточное число трансмиссии;
rк – радиус качения колеса, м;
poмτ = poм + poτ – давление механических потерь двигателя и потерь на привод вспомогательного оборудования при скорости,
близкой к 0;
bмτ = bм + bτ – коэффициенты, учитывающие интенсивность роста давления механических потерь двигателя и потерь на привод вспомогательного оборудования в зависимости от скорости
вращения коленчатого вала;
S – путь равный 100 000 (105 м);
V – скорость автомобиля, км/ч.
Параметры poм , poτ , bм и bτ в отличие от pi являются условными величинами, приведенными к рабочему объему двигателя, поскольку
не представляют собой давления в прямом смысле этого слова. Однако они широко используются на практике из-за удобства расчетов
характеристик двигателей, их анализа и сопоставления с аналогами.
Потери в трансмиссии изображают следующим образом:
,
o
где Рmpo – приведенные к колесам потери в трансмиссии при скорости, близкой к нулю;
а и μ – коэффициенты, учитывающие скоростные потери
в трансмиссии и от крутящего момента;
Ga – масса автомобиля, кг;
Jk – момент инерции колес, кг·м2.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
19
При этом сопротивление качению шин:
,
o
o
где Рf = Рfo + kV2;
o
Рfo – сопротивление качению шин при скорости, близкой к
нулю в ведомом режиме;
k и μf – коэффициенты, учитывающие скоростные потери в шинах и от крутящего момента.
Как известно, аэродинамическое сопротивление
,
где K и cX – аэродинамические коэффициенты;
F – лобовая площадь автомобиля, м2;
ρв – плотность воздуха, кг/м3.
Силу инерции отображают как:
,
где
– эквивалентная масса, кг;
Jmp, Jдв – моменты инерции элементов трансмиссии и двигателя,
кг·м2.
А скатывающую силу отражают как:
Pa = Ga gα,
где g и α – ускорение свободного падения, м/с2 и угол подъема дороги (%).
Запас тяги на горизонтальной дороге имеет вид:
,
где pi вн – pi на внешней характеристике двигателя.
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
20
Максимальный преодолеваемый подъем (%) и максимальное
ускорение, соответственно:
.
.
Путевой расхода топлива
где ρ – плотность топлива, кг/м3;
gis – удельный индикаторный расход топлива, г/105Дж или
г/Н×100 км и его численное значение gis равно:
,
где gis и gismin – текущее и минимальное значения удельного индикаторного расхода топлива
или
;
μg и βg – коэффициенты, учитывающие изменение gis от pi и ω;
po и ωo – точки перегиба зависимостей gis = f (pi) и gis = f (ω);
– угловая скорость вращения выходного вала двигателя.
Численное значение gi определяет количество топлива, необходимое для получения 1 Дж механической работы, имеет размерность – г/Нм. Однако, gi, из-за малой величины, не удобен для практических расчетов, поэтому единицу работы выбрали в 100 000 раз
большую. 100 000 является коэффициентом пропорциональности
между метрами, стоящими в знаменателе размерности г/Нм, и величиной, которая используется при оценке топливной экономичности
автомобиля – 100 км. Скорректированному таким образом параметру присвоили индекс – s (по пути). В результате, gis определяет затраты топлива в граммах, необходимые для получения механической работы в 100 000 Дж.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
21
Многопараметровая характеристика gis = f (pi, n) (рис. 1.11) имеет
сравнительно простой вид, кроме того, образующие ее зависимости
gis = f(n) и gis = f(pi) располагаются на поле графика с определенной
закономерностью, что создает благоприятные условия для описания
их формулами. Здесь же для сопоставления приведены значения ge
в размерности г/л.с.× ч.
Рис. 1.11. Многопараметровая характеристика в индикаторных показателях
для дизеля 17,24 л [gis = f(рi, n)]
Индикаторный КПД двигателя
,
где
– индикаторный расход топлива gis для
идеального двигателя (без учета тепловых потерь ηi = 100%), а
ηi – низшая теплотворная способность топлива, Нм/г.
В нашем случае определение степени влияния системы микроклимата на энергетический баланс МТС можно вести в качестве локальной или частной задачи.
Сегодня обеспечению комфортных условий труда оператора технологического ТС уделяется повышенное внимание. Современные
22
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
кабины эффективно защищают оператора от шума, вибрации, повышенного солнечного излучения, обеспечивают хорошую видимость
и комфортные условия микроклимата. Обеспечению микроклимата
на рабочем месте водителя посвящено множество научных публикаций [2…3, 4…5, 8…9, 12…13, 20…24, 28, 31, 33…34, 39…40, 42,
44…48, 50, 54…55, 61…64].
Под микроклиматом понимается постоянное поддержание определенного состояния воздуха в рабочей зоне, характеризуемого его
температурой, влажностью и чистотой. Такое определение вполне
можно отнести и к понятию микроклимата салона автомобиля. Система микроклимата состоит из трех частей:
1) система вентиляции;
2) система отопления;
3) система кондиционирования.
Система вентиляции отвечает за воздухообмен в рабочей зоне.
При расчете необходимого количества вентиляционного воздуха отдельное внимание надо уделить распределению воздушных потоков,
так как простое наличие в рабочей зоне воздуха не обеспечивает необходимых параметров комфортности и санитарно-гигиенических
норм. Вопросы о том, сколько вводить свежего воздуха, как отводить отработавший, как вообще организовать воздухообмен, чтобы
решение было наиболее простым, надежным и экономичным, составляет основной предмет вентиляционной аэродинамики, опирающейся на общую аэродинамику.
На движение воздуха в замкнутом пространстве большое влияние
оказывает температура окружающих поверхностей [4]. В частности, у тел, имеющих более высокую температуру, соприкасающийся
с ними воздух нагревается и всплывает, а у холодных тел – охлаждается и ниспадает, и на его место подтекают новые порции воздуха,
которые нагреваются или охлаждаются. Таким образом возникают
тепловые струи. Движение воздуха и распространение тепла, газов
подчиняется общим законам сохранения материи, сохранения и
превращения энергии. Исходным для решения этих вопросов являются известные дифференциальные уравнения:
▪ уравнение непрерывности;
▪ уравнение движения;
▪ уравнение теплопроводности;
▪ уравнение теплообмена на границе твердого тела и жидкости.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
23
Главной задачей системы отопления является обеспечение требуемого теплового режима в кабине ТС. Основными зонами, в которых работа системы отопления регламентируется, являются: зона
ног, зона головы и зона пояса водителя. Подробное рассмотрение
различных конструкций систем отопления, а также требований,
предъявляемых к ним, можно найти в работах [40, 42].
Система отопления обеспечивает лишь тепловой режим, а система кондиционирования воздуха способна выполнять более широкие
специальные задачи по обеспечению требуемого качества воздуха
в рабочей зоне. Эта система оказывая влияние не только на его температуру, но и на влажность и чистоту, что способствует сохранению здоровья и работоспособности человека. Одновременно при
действии системы кондиционирования решается проблема защиты
рабочей зоны от скопления влаги на поверхности стен (деталях интерьера), что заметно улучшает показатели гигиены труда [5].
При проектировании системы микроклимата необходимо учитывать физиологические аспекты человеческого тела. В частности, для безупречного функционирования внутренних органов тело
всегда должно иметь температуру порядка 37ºС [2, 5]. Обмен веществ в организме сопровождается постоянным выделением тепла,
которое отводится в окружающую среду через поверхность тела.
Тепловое равновесие тела осуществляется несколькими способами:
▪ конвекцией, путем отвода тепла с поверхности тела в окружающий воздух;
▪ теплопроводностью, через одежду;
▪ тепловым излучением, с поверхности тела на окружающие поверхности;
▪ испарением воды с поверхности кожи;
▪ дыханием, при выходе водяного пара.
Теплоотдача в значительной степени зависит от активности человека [5] (табл. 1.2).
На основе анализа работ [5, 36, 60] можно сделать вывод, что
часть своего тепла в виде теплоты парообразования (скрытое тепло) люди всегда отдают в окружающую атмосферу. Но это также
означает, что находящийся в рабочей зоне воздух должен обладать
поглощающей способностью по отношению к выделяемому человеком водяному пару. Для выполнения этого условия необходимо обеспечить относительную влажность воздуха φ в диапазоне 40…60%
(рис. 1.12).
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
24
Т а б л и ц а 1.2
Зависимость теплоотдачи от активности человека
Вид деятельности
Общая теплоотдача,
Вт
Состояние покоя
80
Сидя, в расслабленном положении
100
Стоя, в расслабленном состоянии
125
Легкая работа сидя
125
Умеренная физическая нагрузка
(езда на автомобиле)
200
Тяжелая физическая нагрузка
300
Рис. 1.12. Зона
комфортности на
уровне относительной
влажности
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
25
Влаговыделение от людей Wл кг/с зависит от температуры окружающего воздуха и тяжести выполняемой ими работы, и может
быть определено по формуле [5]:
Wл = qлn 10−3,
где qл – количество влаги, выделенное одним человеком, г/с (табл.
1.3), n – число людей, находящихся в рабочей зоне, СО2 103г/с.
Т а б л и ц а 1.3
Выделения влаги и СО2 взрослыми людьми
Показатель
Температура воздуха в рабочей зоне, С
10
15
20
25
30
35
Влага, 103 г/с
8,3
8,3
11,1
13,9
20,8
32
СО2 103г/с
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
Влага, 103 г/с
11,1
15,3
20,8
32
41,7
55,6
СО2 103г/с
7,0
7,0
7,0
7,0
7,0
7,0
В состоянии покоя
При легкой работе
При работе средней тяжести
Влага, 103 г/с
19,5
30,6
39
51,5
64
78
СО2 103г/с
9,7
9,7
9,7
9,7
9,7
9,7
Влага, 103 г/с
37,5
51,5
66,8
82
98,8
115,4
СО2 103г/с
12,5
12,5
12,5
12,5
12,5
12,5
При тяжелой работе
26
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Поглощение влаги в салонах автомобилей происходит сравнительно редко [13]. Удаление влаги из рабочей зоны происходит
путем вытяжной вентиляции или же подачей воздуха, имеющего
меньшее влагосодержание, например, воздуха, осушенного в системе кондиционирования.
При более глубоком рассмотрении вопроса теплопередачи и других физиологических состояний человека можно определить зависимость температуры кожного покрова от параметров окружающего воздуха (рис. 1.13) [2].
Рис. 1.13. Изменение температуры кожного покрова
различных участков тела в условиях покоя в зависимости
от температуры окружающей среды
Анализ данных рис. 1.13 показывает различия температурных
уровней, существующих между разными зонами. Однако, традиционно, средней температурой считается температура лба, составляющая примерно 32ºС при температуре окружающей среды 20…21ºС.
Как уже отмечалось выше, человеческий организм, благодаря автоматической терморегуляции, способен приспосабливаться к изменению параметров окружающего воздуха. Однако эта терморегуляция эффективна лишь при медленных и малых отклонениях
параметров от нормальных, необходимых для хорошего самочувствия. При больших и быстрых отклонениях параметров воздушной
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
27
среды нарушаются физиологические функции организма: терморегуляция, обмен веществ, работа сердечнососудистой и нервной системы и т.п. У людей, попавших в условия «перегрева», повышается
температура тела, резко снижается работоспособность (рис. 1.14),
появляется повышенная раздражительность.
При превышении температуры окружающей среды значения 26ºС, наблюдается резкое снижение работоспособности (см.
рис. 1.14). Можно сделать вывод, что главной задачей системы кондиционирования воздуха является поддержание таких параметров
воздушной среды, при которых каждый человек, благодаря своей
индивидуальной системе автоматической терморегуляции организма, чувствовал бы себя комфортно, т.е. не замечал влияния этой
среды.
При проектировании системы микроклимата очень важно определить зону комфортности, как область внешних, поддающихся изменению параметров состояния воздуха: его температура, влажность
и скорость движения, при которых человек чувствует себя особенно
хорошо. Однако точно обозначить этот диапазон во всех подробностях на основе указанных параметров невозможно, поскольку необходимо принимать во внимание и достаточно большое число других
Рис. 1.14. Зависимость производительности труда от изменений
температуры окружающей среды
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
28
факторов. Например, качество одежды, состояние здоровья, возраст
человека, температуру ограждающих рабочую зону поверхностей,
уровень шума, наличие запахов и загрязняющих воздух примесей.
Поэтому особое внимание при определении требуемых параметров
комфортности на рабочем месте водителя следует уделить индивидуальному восприятию человеком окружающей среды. В частности
замечено [2, 5], что в микроклиматических условиях, которые принято считать «нормальными», обычно до 10% людей ощущают различную степень дискомфорта. Известно [2, 5, 42], что люди более
чувствительны к изменениям скорости воздушных потоков, чем к
силе самих потоков. Поэтому традиционное сочетание параметров
теплового комфорта рабочей зоны (температура воздуха, радиационная температура в рабочей зоне, скорость движения и влажность
воздуха) дополнено моделью оценки сквозняка, влиянием степени
турбулентности воздушных потоков и радиационной асимметрией.
В работе [2] производится анализ рекомендованных скоростей
движения воздуха, с учетом мнений различных авторов (табл. 1.4).
Т а б л и ц а 1.4
Рекомендуемые скорости движения воздуха
Температура, ºС
Скорость движения
воздуха, м/с
Raedler
18…26
0,05…0,5
Kollmar
20…26
0,1…0,4
К.К. Боголюбов
18…22
0,15…0,25
Hardy
20
0,12…0,6
Frank
19…26
0,1…0,44
Автор
Большое значение при обеспечении комфортных условий играет
распределение температуры по высоте рабочей зоны. Так, в холодный период необходимо добиваться, чтобы теплый поток воздуха
двигался от пола к верху и охлаждался за счет теплопотерь в рабочей зоне. В теплый период необходимо, чтобы холодный поток воз-
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
29
духа опускался от потолка и нагревался за счет теплопоступлений
рабочей зоны. Такое распределение потоков воздуха будет создавать
комфортные условия для человека.
Задача поддержания комфортных параметров микроклимата на
рабочем месте является весьма сложной и неоднозначной, так как, с
одной стороны, необходимо выдерживать требования нормативных
документов, а с другой стороны, надо дать возможность человеку,
находящемуся в предназначенной для него рабочей зоне, изменять
тепловые условия в соответствии с собственным теплоощущением.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЗАГРУЖЕННОСТИ КАБИН
И УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
Исходным пунктом проектирования систем отопления и вентиляции является определение требуемого расхода и параметров воздуха (температура, влажность) на выходе из системы микроклимата. Эти показатели, наряду с внешними факторами и требованиями,
характеризующими особенности эксплуатации и функционирования системы на данном автомобиле, с самого начала влияют на направление поиска приемлемого варианта системы, а после выбора
схемы определяют размеры, массу и энергетические характеристики отдельных элементов и агрегатов.
Тепловое состояние людей и оборудования, находящихся в кабине, определяется одновременно воздействием нескольких факторов
в соответствии с имеющими место формами теплообмена с окружающей средой: конвекцией, излучением, теплопроводностью.
Этими факторами в общем случае являются следующие:
▪ температура воздуха;
▪ подвижность воздуха, определяемая местными скоростями
передвижения;
▪ относительная влажность воздуха;
▪ температура поверхности окружаемых предметов.
Естественно, что полная характеристика теплового режима, отопления и вентиляции салона должна включать в себя совокупность
перечисленных показателей.
Теплонапряженность кабин в теплый период года обуславливается избытками в них явного тепла, под которым, в соответствии с
ГОСТом 10.0.002-80, подразумевают остаточное количество явного тепла, поступающего в помещение при расчетных параметрах
наружного воздуха после осуществления всех мероприятий по их
уменьшению. Они характеризуются удельной (т.е. приходящейся на
1 м3 помещения) тепловой нагрузкой.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
31
Для расчета количества теплоты, необходимого для поддержания
в кабине температурного состояния, удовлетворяющего требованиям ГОСТа Р 50993-96 [17] используют следующую формулу:
dQ = du + dl,
(2.1)
где dQ – количество тепла, подведенное к единице массы газа, Дж;
du – изменение внутренней энергии газа, Дж;
dl – совершаемая газом работа, Дж.
Для условий, существующих в кабине автомобилей, когда воздух
в результате подвода к нему тепла не изменяет своей потенциальной
и кинетической энергии, не происходит изменения энергии химических связей. Таким образом уравнение (2.1) может быть переписано
в виде:
dQ = CVdT + pdV,
(2.2)
где CV – удельная теплоемкость газа, соответствующая нагреванию
при постоянном объеме, кДж ;
кгК
dT – изменение температуры, К;
p – давление, Па;
dV – изменение удельного объема газа, м3/кг.
Первый член уравнения (2.2) отражает изменение внутренней
энергии воздуха, а второй – изменение сил давления.
Кабина автомобиля всегда должна быть вентилируемой с учетом
условий безопасности нахождения в ней людей, поэтому теплообмен происходит при постоянном давлении.
Воспользовавшись уравнением состояния [23]:
pdV = RT,
где R – газовая постоянная, можно получить
dQ = CVdT + RdT = (CV + R) dT.
(2.3)
Поскольку CV + R = Cp, то из уравнения (2.3) окончательно следует
dQ = CPdT.
(2.4)
32
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
С учетом того, что поступления тепла задаются, как правило,
в виде тепловых потоков в единицу времени, можно для всей массы
воздуха, находящейся в кабине, записать, как следствие, уравнение:
(2.5)
где ΣQ – алгебраическая сумма всех тепловых потоков в кабину
в единицу времени, Вт;
G* – масса воздуха, находящегося в кабине кг;
dT/dτ – производная температуры воздуха по времени, К/c.
Зависимость (2.5) уже выражает собой то, что обычно называют
уравнением теплового баланса, только наиболее часто используемая его форма соответствует стандартному тепловому режиму
ΣQ = 0.
(2.6)
Иногда уравнением (2.6) можно пользоваться и для переходных
процессов. Однако допустимость пренебрежения тепловым потоком, идущим на изменение теплосодержания воздуха кабины, необходимо проверять, так как требуется разогревать воздух, находящийся в кабине, и саму конструкцию кабины с находящимся в ней
оборудованием.
Вид и количество тепловых потоков, входящих под знак суммы
в уравнение теплового баланса, определяются конкретными условиями теплообмена. Применительно к кабине автомобилей наиболее характерными являются следующие тепловые потоки:
▪ тепловые потоки от стенок ± Qст (принимаются положительными, если тепло подводится к воздуху), Вт;
▪ тепло + Qл, выделяемое людьми (водитель, пассажиры), Вт;
▪ солнечное излучение + Qс, Вт;
▪ ± Qсмв – тепловые потоки, поступающие от системы микроклимата, Вт;
▪ ± Qоб – тепловые потоки от оборудования, размещенного внутри кабины, Вт.
Тогда уравнение теплового баланса (2.6) примет вид:
± Qст ± Qоб + Qл + Qс ± Qсмв = 0.
(2.7)
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
33
Балансовые соотношения (2.5) и (2.6) были получены на основе самых общих предложений и, следовательно, удовлетворяются
в любом случае. В частности, как при наличии, так и при отсутствии теплового потока от системы кондиционирования. Разница
состоит лишь в том, что баланс достигается в итоге при различных
значениях температуры воздуха в кабине. Обеспечение равновесия
при заданном температурном уровне является основной функцией
системы микроклимата.
Уравнение теплового баланса (2.7) является базовым для проведения теплового расчета кабины, который проводится для получения ответов на два вопроса:
1) определение потребной величины Qсмв, т.е. необходимой тепло- или холодопроизводительности системы для поддержания заданной температуры в определенных условиях;
2) определение, при известных характеристиках системы микроклимата, температуры воздуха в кабине при данных условиях движения.
И в том, и в другом случаях тепловой расчет сводится к решению уравнения теплового баланса, т.е. к нахождению при заданных
условиях суммы всех слагаемых уравнения (2.7).
Определение величины теплового потока
от системы отопления и вентиляции
Qсмв= СрG (Твх – Твых)
(2.8)
где Ср – удельная теплоемкость газа, соответствующая процессу теплообмена в кабине при постоянном давлении, кДж ;
кгК
G – количество подаваемого воздуха в единицу времени (массовый расход воздуха), кг/с;
Твх – температура воздуха на входе в кабину, К;
Твых – температура воздуха на выходе из кабины, К.
Если считать, что температура воздуха во всех точках пространства кабины одинакова (такого состояния стремятся добиться), то
очевидно, что в кабине: Твых = Тк. Таким образом, уравнение (2.8)
можно записать в виде, в котором оно чаще всего применяется при
тепловом расчете кабины [42, 56]:
34
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Qсмв = СрG (Твх – Тк).
(2.9)
В случае проверочного расчета параметры на выходе из системы,
т.е. величины G и Твх считаются известными. Тогда температура воздуха в кабине и тепловой поток от системы микроклимата оказываются однозначно связанными и могут быть определены друг через
друга.
При проектировочном расчете заданной является только температура воздуха в кабине, и тогда, как следует из формулы (2.9), тепловой поток из системы микроклимата зависит от двух свободных
переменных: расхода и температуры подаваемого воздуха. При этом
одна из переменных может приниматься произвольно, с учетом дополнительных соображений. Важно только, чтобы и фиксированная, и зависимая переменные лежали внутри допустимых значений.
Максимально допустимая температура подаваемого воздуха определяется теплостойкостью материалов кабины и системы
(теплоизоляция, уплотнители, пластмассовые детали), а также
физиолого-гигиеническими требования. Согласно ГОСТу Р 5099396 она составляет 80ºС [17].
Минимальная температура выбирается такой, чтобы предотвратить образование в системе инея или тумана в результате конденсации или вымораживания влаги, содержащейся в воздухе, когда
температура его становится ниже точки росы. С учетом указанных
соображений, минимальная температура редко принимается ниже
+5оС, а в случаях, когда температура воздуха ниже +5оС, в системе
предусматриваются специальные устройства для дополнительной
осушки воздуха.
По величинам указанных ограничений на температуру подаваемого воздуха можно установить, что при равной тепловой нагрузке,
потребляемый расход воздуха от системы микроклимата на режиме
охлаждения должен быть больше, чем на режиме обогрева.
При проектировании систем микроклимата часто оказывается
целесообразным принимать в качестве расчетного наибольший из
двух потребляемых расходов воздуха (на охлаждение и обогрев).
При отсутствии кондиционера определяющим является расход воздуха на вентиляцию салона в летнее время.
Допустимые значения расхода воздуха через кабину ограничиваются, с одной стороны, существующими нормами на вентиляцию,
а с другой стороны, – допустимыми максимальными скоростями
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
35
перемещения воздуха по кабине. Следует заметить, что с целью
уменьшения энергетических и весовых затрат на обеспечение требуемой температуры, расход воздуха желательно устанавливать по
возможности минимальным.
Минимальное количество воздуха, подаваемого в кабину, можно
рассчитать из условия допустимой концентрации в воздухе вредных
примесей, безопасных для здоровья человека (СО, СО2, паров топлива и др.). Следует учитывать, что с повышением температуры
усиливается токсичность этих газов. Необходимое количество воздуха для ассимиляции теплоизбытков Qсум рассчитывается по формуле (2.10) [56]:
LВ = Qсум/cВ (Тк – Тнар),
(2.10)
где cВ – удельная теплоемкость воздуха, Дж .
кгК
Определение величины теплового потока
от водителя и пассажиров
Как уже отмечалось, количество тепла, выделяемое человеческим организмом, может колебаться в широких пределах. Организм
человека способен к автоматической терморегуляции, выражающейся в увеличении теплоотдачи при испарении влаги через кожные
поры, причем, количество влаги, выделяемое человеком, зависит от
температуры окружающего воздуха и влажности. Рекомендуемая
влажность воздуха находится в пределах 40…60% [5].
Передача тепла в воздух с парами воды относится к так называемой «скрытой» форме теплообмена, поскольку температура воздуха
при этом может совсем не измениться, а удельная теплоемкость воздуха изменится не более чем на несколько процентов.
Тепло, затраченное на испарение, проявляется лишь в случае последующей конденсации влаги из воздуха. Это обстоятельство следует принимать во внимание при анализе теплопоступлений от человека, особенно, если учесть, что соотношение между различными
формами теплоотдачи (конвекция, излучение и испарение влаги)
может меняться в довольно широких пределах.
Поскольку для условий труда водителя и пассажиров теплоотдача испарением влаги играет, как правило, несущественную роль,
36
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
обычно принимают, что все выделяемое человеком тепло передается в воздух в «явной» форме. Теплоотдачу испарением следует учитывать в случае работы системы отопления в режиме рециркуляции
при низких температурах (–40ºС и ниже), так как возможно выпадение влаги на стекле и других плохо защищенных поверхностях [37].
Определение величины теплового потока от солнечного
излучения, проникающего в кабину через остекленные
участки поверхности
Поток суммарной солнечной радиации обладает весьма значительной мощностью: на поверхности Земли для широт 40º (Москва,
Россия) и 20º (Каир, Египет) она составляет 0,8…1 кВт/м2. Проникновение солнечного излучения внутрь кабины или салона может
существенно влиять на их тепловой режим, в особенности (например, у автобусов), когда застекленные участки имеют относительно
большую суммарную площадь.
Солнечное излучение нагревает внутреннее пространство кабины не только непосредственно. В ряде случаев оно может существенно повысить температуру наружной поверхности и воздействовать на тепловой режим кабины или салона соответствующей
передачей тепла через стенки, например, через стекло.
Однако, указанные тепловые потоки целесообразно рассматривать как часть общих теплопоступлений через стенки и определять
их в соответствующем разделе теплового расчета.
Зависимость, по которой рассчитывается тепловой поток от проникающего в кабину солнечного излучения [42]:
Qс = kc kH Io ΣDci Fi cosφι
(2.11)
где kc – коэффициент учитывающий состояние атмосферы (облачность, запыленность) и время суток;
kH – коэффициент, учитывающий изменение потока солнечного
излучения в зависимости от высоты (вследствие поглощения и
отражения атмосферы);
Io – солнечная постоянная (1388 Вт/м2);
Dci – коэффициент пропускания остекления, зависящий от толщины, числа слоев, материала остекления и т.п.;
Fi – площадь рассматриваемого участка остекления, м2;
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
37
φi – угол падения солнечных лучей;
i – номер участка, в пределах которого проводят измерения.
Сложность точных расчетов по формуле (2.11) связана с недостаточной определенностью коэффициентов kc и kH, а также с тем,
что коэффициент пропускания зависит не только от перечисленных
параметров, но и от угла падения, который в ряде случаев определяет характер отражения лучей – зеркальный или рассеянный.
Коэффициент kH изменяется в очень узких пределах, так как автомобиль практически всегда движется на ровной местности и только в горных условиях поднимается до высоты в 4 км. Поэтому для
большинства автомобилей коэффициент kH следует считать постоянным.
Упрощенный метод оценки теплового состояния кабин разработан В.И. Смолой [55]. В этой работе, на основании анализа соответствующих теплотехнических расчетов и экспериментальных
исследований кабин объемом 2…24 м3 различных ТС (грузовые
автомобилеи, автогрейдеры, скреперы, тракторы, экскаваторы), он
предложил эмпирические выражения зависимости их удельной тепловой нагрузки от объема кабины, проникающей в нее солнечной
радиации, наружной и внутренней температуры.
На основании проведенных исследований в цитируемой работе утверждается, что, несмотря на все многообразие современных
кабин, им присущи общие, с теплотехнической позиции, признаки – высокий процент остекления и идентичность конструктивного
исполнения непрозрачных ограждений (многослойные стенки с теплоизоляционным материалом и воздушные прослойки). Для этих
кабин не требуются предварительные вычисления коэффициентов
теплопередачи прозрачных и непрозрачных ограждений, при этом
обеспечивается достаточная для практического применения точность. Как следствие, можно оперативно определить тепловую нагрузку на систему микроклимата.
В анализируемой работе была получена зависимость для расчетов удельной тепловой нагрузки кабин как в теплое, так и в холодное время года в диапазоне наружных температур +40…–40оС. Полученное выражение имеет следующий вид:
,
(2.12)
38
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
где Vкаб – объем кабины, м3;
tНЛ и tКЛ – расчетные температуры наружного воздуха и заданной в кабине в теплый период года, оС;
– интенсивность солнечной радиации, проникающей в кабину, кДж/м3ч.
Если применить метод расчета, разработанный В.И. Смолой, к
уравнению теплового баланса (2.7), то можно получить следующее
выражение:
± Qтп ± Qсмв = 0,
где Qтп – количество теплоты, поступающее в кабину ТС через
ограждения, определяется по формуле: Qтп = qуд Vкаб, Вт;
Qсмв – количество теплоты, подаваемое через систему нормализации микроклимата в кабине ТС, Вт.
Применение подобной методики расчета значительно упрощает
процесс подбора необходимых комплектующих системы нормализации микроклимата на рабочем месте водителя и было рекомендовано к использованию докторм технических наук, профессором
В.А. Михайловым [42].
На современных системах микроклимата режим рециркуляции
воздуха является обязательным. При включении этого режим подача наружного воздух полностью или частично перекрывается, и
на вход в систему подается воздух из салона. Этот режим является
необходимым, так как при его работе значительно увеличивается
эффективность системы как в режиме отопления, так и кондиционирования воздуха.
В режиме отопления рециркуляция воздуха повышает скорость
прогрева салона, а также позволяет поддерживать необходимую
температуру при эксплуатации автомобиля при очень низких температурах.
В сельском хозяйстве широко используются дизели, прогрев которых занимает слишком длительное время, а при работе на холостых оборотах, они, практически, не способны поддерживать необходимую температуру в салоне. Дизельные двигатели не способны
поддерживать температуру в салоне на уровне выше минимальных
требований ГОСТа Р 50993-96 [17], что создает определенные проблемы, с точки зрения потребительских качеств автомобиля.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
39
Количество тепла, необходимого для поддержания теплового баланса в кабине, можно подсчитать по формуле (2.8). Теплоносителем в системах микроклимата является воздух. Чем выше
разница температур наружного и внутреннего воздуха, тем больше теплопередача через ограждающие конструкции и тем большее
количество воздуха необходимо прокачивать через теплообменник. В холодный период разность температур на теплообменнике
(Тнар= – 40ºС, Твнут= + 25ºС, Твых= + 80ºС) составляют 120ºС. Расход
воздуха через систему нормализации микроклимата составляет
250…600 м3/ч. При расходе 400м3/ч и заборе наружного воздуха теплопроизводительность составит: Q = 0,24·400·120 = 11 520 Вт.
Для получения подобной тепловой мощности от системы отопления необходимо использовать комплектующие очень больших
размеров, что, в свою очередь, приведет к увеличению габаритов самой системы. Такой подход не всегда возможен, к тому же далеко не
всякая силовая установка способна выдать такой объем тепла. При
снятии большой тепловой мощности с системы охлаждения двигателя происходит снижение температуры охлаждающей жидкости,
что приводит к переходу работы двигателя на менее экономичные
режимы. Снижение температуры охлаждающей жидкости приводит
к уменьшению мощности системы отопления, что, в свою очередь,
ведет к снижению температуры в кабине ТС. Для решения этих проблем можно использовать несколько способов:
▪ увеличивать теплоизоляцию;
▪ устанавливать дополнительные подогреватели;
▪ вводить режим рециркуляции.
Оптимальным решением является введение всех вышеперечисленных факторов, но улучшение теплоизоляции и установка дополнительных подогревателей требуют больших затрат. Введение
режима рециркуляции не приводит к большим затратам, но вызывает существенные изменения. Снижение тепловой нагрузки при введении рециркуляции происходит благодаря уменьшению перепада
температур на теплообменнике. При одинаковых параметрах системы микроклимата на выходе, при введении режима рециркуляции
выходные параметры системы могут быть существенно увеличены
за счет подачи на вход не наружного (Тнар = – 40ºС), а внутреннего
(Твнут = +25ºС) нагретого воздуха. Перепад температуры воздуха на
системе микроклимата будет составлять 65ºС вместо 120ºС.
40
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Таким образом, подставляя полученные значения в уравнение
(2.8), получаем: Q = 0,24·400·65 = 6240 Вт. Как видно из приведенного расчета, применение рециркуляции для поддержания внутри
кабины одинаковой температуры позволяет снизить затрачиваемую
мощность на 46%.
Режим кондиционирования воздуха является очень энергозатратным. Если в режиме отопления мы получаем «бесплатное» тепло
от двигателя, то в режиме кондиционирования, получая необходимую энергию, дополнительно нагружаем двигатель и увеличиваем
расход топлива. Ясно, что более эффективным способом является
перевод системы кондиционирования воздуха в режим рециркуляции. Так как кондиционер является еще и осушителем воздуха, то
эффект запотевания стекол не наблюдается. На многих автомобилях
режим кондиционирования воздуха включается одновременно с режимом рециркуляции.
Приведенную выше методику оценки эффективности использования рециркуляции можно использовать для анализа функционирования системы микроклимата в режиме кондиционирования воздуха. При работе кондиционера при одинаковых параметрах системы
микроклимата на выходе +5ºС, при введении режима рециркуляции
выходные параметры системы могут быть существенно увеличены
за счет подачи на вход не наружного (Тнар = +40ºС), а внутреннего
(Твнут = +25ºС) охлажденного воздуха. Перепад температуры воздуха
на системе микроклимата будет составлять 20ºС вместо 35ºС. Тогда
Q = 0,24·400·20 = 1920 Вт, вместо Q = 0,24·400·35 = 3360 Вт. Как
видно из приведенного расчета, применение рециркуляции для поддержания внутри кабины одинаковой температуры позволяет снизить затрачиваемую мощность на 43%.
Еще одним положительным моментом при использовании режима рециркуляции воздуха является возможность уменьшить его
загрязненность в салоне автомобиля, переведя систему в режим
рециркуляции при проезде особенно загрязненных участков. Тем
самым мы снижаем концентрацию загрязняющих веществ и значительно продлеваем срок службы салонного фильтра.
Существуют два основных способа включения режима рециркуляции воздуха.
П е р в ы й с п о с о б. Заслонка рециркуляции приводится в действие вакуумной камерой или электродвигателем, включаемым
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
41
кнопкой с панели управления. В этом случае заслонка может находиться только в одном из двух крайних положений.
В т о р о й с п о с о б. Заслонка рециркуляции приводится в действие рычагом, расположенным на блоке управления отопителя,
посредством тяги. Этот вариант является более предпочтительным,
так как позволяет устанавливать заслонку рециркуляции в любом
положении. Как показывает практика, чаще всего такой режим используется, когда не хватает мощности штатного отопителя и одновременно хочется избежать эффекта запотевания стекол.
Управление системой микроклимата, с уменьшением удельной
стоимости электронных устройств, все в большей степени обеспечивается автоматической системой слежения за параметрами микроклимата.
Так как время срабатывания системы не должно превышать
8…10 мин., для обеспечения выхода на оптимальные параметры,
необходимо использовать системы с мощностью в 3…4 раза выше,
чем в случае длительной эксплуатации. Для снижения затрат на работу системы микроклимата применяют рециркуляцию воздуха.
В этом случае достигаются следующие положительные результаты:
▪ снижение требуемой теплопроизводительности системы отопления в холодный период времени;
▪ снижение требуемой холодопроизводительности кондиционера в теплый период времени;
▪ поддержание влажности в кабине на требуемом уровне;
▪ ускорение выхода на рабочий режим системы кондиционирования воздуха;
▪ снижение запыленности воздуха в кабине.
По условиям комфортабельности в салоне автомобиля требуется поддерживать температуру в пределах 20…25°С, независимо от
температуры окружающей среды. Количество энергии, затраченное
на решение этой задачи, можно подсчитать по формуле [23]
Q = C·V·t,
где Q – количество теплоты, Вт;
С – теплоемкость воздуха, кДж ;
кгК
(2.13)
42
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
V – объем воздуха, м3;
t = t1–t2 – разность температур наружного и внутреннего воздуха.
Система кондиционирования обеспечивает такой важный эргономический показатель, как обзорность. Иными словами, система
микроклимата выполняет также роль при обеспечении безопасности управления автомобилем, обеспечивая обзорность, путем
устранения обледенения и запотевания. Поэтому расчет параметров
обдува ветрового стекла на стадии проектирования является актуальным. Обдув стекол осуществляется через сопла разной формы
и размеров. Самым распространенным видом сопел обдува ветрового стекла являются сопла прямоугольного сечения. Расположение сопел и их размеры на панели приборов часто определяются
конструкцией кузова и формой панели приборов. Наклон ветрового
стекла и его размеры определяются требованиями аэродинамики
кузова и внешним видом автомобиля. Для оценки поведения струи
воздуха при обдуве ветрового стекла и параметров в любой точке,
была разработана методика расчета обдува стекла потоком воздуха
из сопла прямоугольного сечения. Как правило, сопло располагается в панели приборов на расстоянии 50…150 мм от нижнего края
ветрового стекла, и соотношение ширины сопла к длине меняется
1 × 5…1 × 100. Струя выходит из сопел со скоростью 5…10 м/с.
Следовательно, имеет место соударение под углом к стеклу плоской струи воздуха. Схема соударения струи со стеклом показана
на рис. 2.1.
Система обдува ветровых и боковых стекол должна обеспечивать видимость через остекление автомобиля с минимальными
затратами тепла при любых условиях эксплуатации, а также осуществлять устранение обледенения и запотевания за определенный
период времени. Поэтому необходимо знать характеристики потока
воздуха в любой точке поверхности стекла, и от каких параметров
системы они зависят.
Схему течения воздуха в рассматриваемом случае можно разбить
на три области: 1) свободная струя, 2) зона разворота и 3) струя, стелящаяся по поверхности стекла.
Экспериментальные данные [38, 49] показывают, что в свободной струе статистическое давление на оси струи вплоть до зоны
разворота практически не отличается от давления на оси обычной
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
Рис. 2.1. Схема струи, соударяющейся со стеклом
под произвольным углом:
где b – ширина струи, м; W – скорость воздуха в струе, м/с;
R – средний радиус разворота струи, м;
α – угол соударения струи с плоской поверхностью, град;
l – расстояние от среза сопла до точки соударения струи с поверхностью
стекла по оси струи, м; ’1,2’ – параметры настильных струй на выходе
из зоны разворота; ’х1,х2’ – параметры настильных струй
на расстоянии Х от зоны
43
44
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
затопленной струи, т.е. вплоть до зоны разворота параметры течения в струе подчиняются обычным закономерностям.
Течение в зоне разворота является сложным пространственным
течением, которое отличается значительным изменением давления
и большой кривизной линий тока. Эта зона имеет поперечный размер порядка ширины свободной струи перед соприкосновением ее
с плоской поверхностью.
Область течения воздуха, стелящегося по поверхности стекла, характеризуется постоянным давлением, практически равным
атмосферному давлению. Течение стелящейся струи реализуется
в той форме, как если бы она распространялась из щелевого источника. Ширина струи с удалением от точки выхода из зоны разворота
нарастает по линейному закону.
Рассмотрим течения в каждой из зон и определим соответствующие параметры. Так как течение в свободной струе не отличается от
течения в обычной затопленной струе, то для расчета параметров
струи будем использовать известные формулы [58], приведенные
в табл. 2.1.
При обдуве стекол, в основном, используется начальный участок
струи. Таким образом, можем определить все параметры струи на
входе в зону разворота. Расчет зоны разворота для плоской струи
в научных публикациях не встречается, есть только расчет зоны
разворота круглой струи и экспериментальные исследования, проведенные в работах [49] и [1].
Была сформулирована следующая рабочая гипотеза: струя ведет
себя в зоне разворота аналогично движению потока воздуха в тройнике с плавными отводами с радиусами R1 и R2, соединяющими середины струй на входе и выходе из зон разворота. По результатам
визуализации потока, средний радиус разворота струи в сторону
большого угла разворота примерно равен ширине струи при выходе
из зоны, а средний радиус разворота струи в сторону меньшего угла
разворота – 1,5…2 ширины струи на выходе из зоны разворота.
В зоне разворота струя делится на две струи: первая струя изменяет направление движения на угол α, а вторая – на угол 180-α.
При этом происходит изменение проходного сечения и скоростей
в каждой из струй, но сопротивление каждой струи будет различно
и зависеть от угла разворота струи и изменения проходного сечения.
Расходы в струях будут иметь такое значение, при котором будет
реализовано равенство потерь давления в обеих струях. Если бы та-
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
45
Т а б л и ц а 2.1
Расчетные формулы для плоской струи
Значение относительной величины
Параметры
Расстояние
от отверстия, l
Полуширина
струи box
на начальном
участке
в переходном
сечении
на основном
участке
≤14,4 l
=14,4 l
> 14,4 l
3,36 b0
b0+0,22 l
b0 (1+0,151 l)
Средняя
скорость Wox
0,45W0
Объемный
расход Qox
1,425Q0
Тангенс
бокового угла
tg θ =0,151
–
tg θ = 0,22
кого равенства не было, то поток воздуха устремился по пути наименьшего сопротивления, и расходы воздуха между струями стали
перераспределяться до тех пор, пока потери давления в отводах не
уравнялись. Потери давления в основном определяются изменением геометрии течения. Зона разворота имеет малые геометрические
размеры и поэтому существенных источников потерь на трение
в ней нет.
Остановимся на расчете параметров струи в зоне разворота.
Для определения параметров воздуха на выходе из зоны разворота необходимо найти четыре параметра b1, b2, W1, W2 и две производные от этих параметров – Q1 и Q2.
Для определения четырех неизвестных параметров необходимо
составить четыре уравнения. Так как в зоне разворота нет значительных источников потерь, кинетическая энергия и расход воздуха
до входа и после выхода из зоны разворота сохраняются [1]. Следовательно, можно записать 1) уравнение сохранения расхода, 2) уравнение сохранения кинетической энергии и 3) уравнение проекции
момента импульса на поверхность стекла:
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
46
,
(2.14)
,
(2.15)
.
(2.16)
Четвертое уравнение получим из условия равенства потерь давления за счет изменения геометрии течения в зоне разворота для
каждой струи
(2.17)
(2.18)
где ΔP – потеря давления в зоне разворота струи, Па;
ξ – коэффициент местного сопротивления на разворот струи;
ρ – плотность воздуха, кг/м3;
W –скорость воздуха на выходе из зоны разворота, м/с.
Так как ΔР1 = ΔР2, то
.
(2.19)
Из уравнения (2.19) находим четвертое уравнение
W2 = AW1,
где
(2.20)
.
Так как расход воздуха определяется по формуле
Q1,2 = b1,2 W1,2,
(2.21)
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
47
а кинетическая энергия определяется по формуле
I1,2 = b1,2 W1,2,3,
(2.22)
то, подставляя формулу (2.21) в (2.14), а (2.22) в формулы (2.15) и
(2.16) получим систему четырех уравнений, при решении которой
определим параметры струй воздуха на выходе из зоны разворота:
,
(2.23)
,
(2.24)
,
W2 = AW1.
(2.25)
(2.26)
Подставим уравнение (2.26) в (2.23). Таким образом b1:
(2.27)
Подставим уравнения (2.26) и (2.27) в (2.24) и выразим из него
b2:
(2.28)
Подставим уравнения (2.26), (2.27) и (2.28) в (2.25) и выразим из
него W1:
(2.29)
Таким образом, зная параметры свободной струй при входе
в зону разворота, можем определить W1. Поставив значение W1
в уравнения (2.28) и (2.26) можем определить неизвестные параметры b2 и W2, а после подстановки в уравнение W1, b2 и W2 (2.27)
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
48
можем определить неизвестный параметр b1. Зная выходные параметры b1, b2, W1, W2, можно определить Q1 и Q2 по формуле (2.21).
В формулах присутствует параметр А, зависящий от коэффициента местного сопротивления на разворот струи, который состоит
из двух величин: 1) коэффициента сопротивления на разворот и 2)
коэффициента местного сопротивления при изменении поперечного сечения.
ξ1,2 = ξР1,2+ ξС1,2 .
(2.30)
Коэффициент сопротивления на разворот можно определить по
формуле
ξ Р1,2 = 0,124 + 3,104
ξ Р1,2 = 0,124 + 3,104
(2.31)
(2.32)
Определять параметры на входе и выходе из разворота приходится методом последовательного приближения, принимая первоначальную ширину в начале зоны разворота и на выходе из зоны разворота одинаковой. Таким образом, значение коэффициента местного
сопротивления на разворот струи совпадет со значением коэффициента местного сопротивления при изменении угла поворота.
После предварительного определения расходов Q1 и Q2 можно
определить ширину той части струи на входе в зону разворота, которая повернет в сторону большего угла разворота, а также ширину
струи, уходящую в сторону меньшего угла разворота.
Так как Q1 + Q2 = Q, то
(2.33)
(2.34)
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
49
Запишем соотношение ширины части струи на входе в зону разворота к ширине струи на выходе из нее
(2.35)
(2.36)
Если D1,2 < 1, то струя сужается, т.е. течение в струе аналогично
течению в конфузоре. Если D1,2 = 1, то ширина струи остается постоянной. Если D1,2 > 1, то струя расширяется, т.е. течение в струе
аналогично течению в диффузоре. В том случае, когда D1,2 ≠ 1, корректировку расчетов на изменение проходного сечения не производим. Если D1,2 = 1, то необходимо определить коэффициент местного сопротивления на расширение (сужение) потока ξС1,2, ввести его
в формулу (2.30) и провести повторное определение параметров по
формулам (2.23…2.29), а также параметров D1 и D2 по формулам
(2.33…2.36) и сравнить их с параметрами D11 и D21 предыдущего
вычисления.
Если разность D1' – D1 и D2' – D меньше 0,05, то результат вычисления считаем удовлетворительным, и дальнейшие вычисления
прекращаем, а в качестве параметров струи на выходе из зоны разворота принимаем параметры струи, полученные при последнем
вычислении.
Коэффициент местного сопротивления на изменение проходного
сечения можно определить с достаточной точностью по формулам,
аналогичным для конфузора или диффузора.
Если D1,2 > 1, то
.
(2.37)
.
(2.38)
Если D1,2 < 1, то
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
50
Расчет течения настильных струй хорошо исследован как теоретически, так и экспериментально [59], поэтому приведем окончательные формулы без промежуточных выводов.
Расход воздуха в произвольном сечении
(2.39)
где х – расстояние от сечения на выходе из зоны разворота до расчетного сечения струи на поверхности стекла, м;
средняя скорость
(2.40)
ширина струи
(2.41)
По формулам (2.39…2.41) можно определить скорость движения
воздуха в стелящейся по поверхности стекла струе.
Как правило, при проектировании системы обдува стекла прорабатывается несколько вариантов в зависимости от формообразования панели приборов, размеров и угла наклона стекла, условий
эксплуатации автомобиля и ряда других параметров. Для выбора
варианта системы обдува изготавливаются несколько опытных образцов, и по результатам испытаний определяют наиболее приемлемый вариант.
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЛИЯНИЯ СИСТЕМЫ
МИКРОКЛИМАТА НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ТС
ПО ПОКАЗАТЕЛЮ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ
И ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Математическая модель влияния системы микроклимата на энергетический баланс транспортного средства по показателю топливной экономичности была разработана в виде локальной (частной)
задачи в программном комплексе МВК [10…11, 43]. Ниже приведен
краткий анализ программного комплекса.
МВК позволяет всего за несколько минут «собрать» автомобиль
и провести его «испытания». Под «сборкой» подразумевается возможность выбора параметров и характеристик узлов и агрегатов и
получение десятков вариантов исполнения. Для расчетных испытаний собранного таким образом автомобиля существует несколько
видов дорог и маршрутов: динамометрическая, скоростная, горная (Памир), участок Штутгартского кольца – 225 км (система дорог в Германии, на которых проводятся сравнительные испытания
автопоездов различных фирм), спецдороги Автополигона ФГУП
«НАМИ», городские улицы, карьерная дорога, участок для испытаний моторных тормозов и т.п. Есть опция для «создания» новой дороги. При желании любую из дорог можно покрыть льдом, грунтом,
снегом, установить ограничение скорости на ее участках, преодолевать маршрут с полным или частичным использованием мощности
двигателя и тормозных свойств (рис. 3.1).
В данном программном комплексе расчетные лабораторнодорожные испытания проводят с равномерным движением и разгонами в любом заданном диапазоне скоростей на отдельных передачах или с переключением передач на горизонтальной дороге, на
уклонах и подъемах, выбеги на каждой передаче и в любом диапазоне скоростей (рис. 3.2…3.3).
Результаты исследований накапливаются в специальном файле,
который в любой момент можно распечатать. В этом файле, кроме
параметров выведенных на экран монитора, есть дополнительные
данные, позволяющие судить о работе агрегатов.
52
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Рис. 3.1. Интерфейс программного комплекса МВК.
Дорожные испытания
Рис. 3.2. Интерфейс программного комплекса МВК.
Стандартные характеристики
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
53
Рис. 3.3. Интерфейс программного комплекса МВК.
Показатели расхода топлива
Весь пакет компьютерных программ МВК построен по единой
логической схеме. В общем случае программный комплекс МВК
позволяет на стадии проектирования рассчитать новый агрегат автомобиля.
Для настоящей работы интерес представляют потери на привод
вспомогательного оборудования. Как и механические потери двигателя, для удобства анализа и сопоставления их приводят к рабочему объему двигателя. Таким образом, вместо абсолютной величины
потерь на привод вспомогательного оборудования можно использовать другой показатель – давление потерь на привод вспомогательного оборудования:
(3.1)
где poτ – давление потерь на привод вспомогательного оборудования при скорости, близкой к 0;
bτ – коэффициент, учитывающий интенсивность роста от скорости потерь на привод вспомогательного оборудования от частоты вращения коленчатого вала.
54
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
При анализе экспериментальных данных удалось выразить эти
коэффициенты через рабочий объем цилиндра.
Величины poτ и bτ определяются по формулам:
poτ ≈ 0,01 МПа;
Минимальные значения gis (при условии, что индикаторный КПД
двигателя равен 100%) определяются следующим образом. При сгорании 1 г дизельного топлива выделяется 43 000 Дж тепловой энергии, а 1 г бензина – 44 000 Дж. Если бы вся эта энергия без остатка превратилась в механическую работу, то для преодоления силы
в 1 Н на пути 100 км необходимо было затратить 2,33 г дизельного
топлива или 2,27 г бензина. Однако, из-за наличия тепловых потерь
через стенки цилиндров и с выхлопными газами, затраты топлива
для совершения единицы работы увеличиваются. Для дизеля его потребуется еще примерно столько же (2,3 г/Н×100 км), для бензинового – в полтора раза, а для газотурбинного – более чем в три раза.
Таким образом, для преодоления силы в 1 Н на пути 100 км при
наличии дизеля в среднем необходимо затратить 4,6 г/100 км, бензинового двигателя – 6,0 г/100 км, газотурбинного – 10,0 г/100 км.
Соответствующие значения для этих двигателей будет иметь gis, а
индикаторный КПД двигателя, работающего на дизельном топливе, – 2,33/gis, на бензине – 2,27/gis.
Таким образом, параметр gis определяет степень совершенства
двигателя как преобразователя заключенной в топливе энергии
в механическую работу.
На характер изменения gis от pi основное влияние оказывает состав смеси, у безнаддувного дизеля топливо впрыскивается пропорционально нагрузке в практически неизменное количество воздуха. Это приводит к постепенному обогащению топливо-воздушной
смеси (коэффициент избытка воздуха уменьшается) и по мере роста
pi – к ухудшению рабочего процесса двигателя. В результате зави-
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
55
симость gis = f(pi) возрастает. У двигателя с наддувом интенсивность
роста данной зависимости снижается из-за наличия (при одинаковых с безнаддувным двигателем pi) дополнительных порций воздуха, поступающего в цилиндры.
При малых значениях pi, близких и соответствующих режиму
работы двигателя на холостом ходу, зависимость gis = f(pi) имеет небольшой перегиб. Это связано с тем, что при малых подачах топлива, из-за снижения давления впрыска, ухудшается качество распыла
топлива. Точка перегиба данной зависимости обозначена величиной рgis min (рис. 3.4 а).
На характер протекания зависимости gis = f(w) влияют два основных фактора: 1) потери тепла через стенки цилиндров и 2) состав
топливо-воздушной смеси. Рассеивание тепла через стенки цилиндров пропорционально времени, поэтому при увеличении угловой
скорости вращения коленчатого вала время, за которое совершается
один рабочий цикл двигателя, уменьшается и, как следствие этого,
снижаются потери тепла. Одновременно увеличение скорости перемещения поршней и повышение температуры элементов двигателя,
соприкасающихся со свежим зарядом воздуха, приводит к ухудшению наполнения его цилиндров воздухом. Коэффициент наполнения уменьшается.
а)
б)
Рис. 3.4. Зависимость gis от pi (а) и w (б). Тонкие линии – дизель с наддувом,
жирная линия – дизель без наддува
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
56
Таким образом, характер протекания зависимости gis = f(w) определяется двумя факторами, действующими в противоположных направлениях: 1) снижение тепловых потерь приводит к уменьшению
gis, 2) ухудшение состава смеси – к увеличению gis. При малых и
средних частотах вращения коленчатого вала двигателя превалирующее влияние на gis оказывают тепловые потери, при больших – состав смеси. В связи с этим семейство кривых gis = f(w) при
w = wgis min имеет перегиб. Точка перегиба кривой gis = f(pi), при
рi = pgis min (в данном случае рgis min = 0,3 МПа), соответствует абсолютному минимуму функции gis = f(pi, w). Ее значение, спроектированное на ось ординат, обозначено через gisoо (рис. 3.4 б).
Снижение gis можно добиться двумя способами.
Первый способ предполагает создание оптимальных топливовоздушных смесей и их качественное сгорание: использование
новых конфигураций камер сгорания и впускных, и выпускных систем, применение повышенной энергии впрыска, увеличение числа
клапанов, непосредственный впрыск для бензиновых двигателей,
механический и резонансный наддув и т.п.
Второй способ предполагает рациональное использование полученного тепла: увеличение длинноходности двигателей, замена
жидкостной системы охлаждения на масляную, утепление элементов двигателя керамическими прокладками, создание турбокомпаундных силовых установок и т.п.
На основе выполненных исследований установлено, что изменение параметра gis в зависимости от всех перечисленных факторов
сравнительно не велико. Это дает основание при ориентировочных
проектных расчетах использовать постоянные усредненные значения gis для дизельных и бензиновых двигателей (табл. 3.1).
Т а б л и ц а 3.1
Значение gis
Тип двигателя
Дизельный
Наличие
турбонаддува
Грузовые
г
Значения gis, H ∙ 100 км
нет
4,3
есть
4,5
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
57
Для разработки математической модели проведем оценку энергетического и топливного балансов МТС. Энергия, затраченная на работу системы кондиционирования воздуха, входит в сумму энергий
Wt, затраченных на преодоление потерь в приводе вспомогательного
оборудования. Следовательно, для оценки влияния системы кондиционирования воздуха на энергетический баланс ТС необходимо
подробно рассмотреть структуру энергии, затрачиваемой на преодоление механических потерь двигателя.
Так как структуры энергии, затрачиваемой на преодоление механических потерь двигателя (Wм), и энергии, затрачиваемой на привод вспомогательного оборудования (Wt), схожи, то их суммарное
значение (Wмt) можно выразить в следующем виде [41]:
,
(3.2)
где i и Vh – число цилиндров и рабочий объем одного цилиндра;
uТР – передаточное число трансмиссии;
rк – радиус качения колеса, м;
poмτ = poм +poτ – давление механических потерь двигателя и потерь на привод вспомогательного оборудования при скорости,
близкой к 0;
bмτ = bм + bτ – коэффициенты, учитывающие интенсивность роста давления механических потерь двигателя и потерь на привод вспомогательного оборудования в зависимости от скорости
вращения коленчатого вала;
S – путь, равный 100 000 метров (105 м);
V – скорость автомобиля, км/ч.
Параметры poм , poτ , bм и bτ в отличие от pi являются условными
величинами, приведенными к рабочему объему двигателя, поскольку не представляют собой давления в прямом смысле этого слова.
Однако они широко используются на практике из-за удобства расчетов характеристик двигателей, их анализа и сопоставления с аналогами.
Определение изменения средней силы сопротивления движению
автомобиля, приведенной к его колесам, при установке кондиционера происходит по формуле:
58
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
,
где Е – энергия, затраченная при работе кондиционера на пути 100
км, определяемая по формуле:
E = Nk T, Дж,
где Nk – мощность компрессора, кВт;
T – время работы, с.
Объединяя уравнение теплового баланса кабины (2.7) и уравнение, описывающее структуру затрат энергии механических потерь
и энергии затраченной на привод вспомогательного оборудования
(3.2), получаем уравнение математической модели влияния системы
кондиционирования воздуха на энергетический баланс ТС.
,
(3.3)
где poτ1 – потери на привод вспомогательного оборудования, без
учета потерь на привод систем кондиционирования воздуха;
η – КПД системы кондиционирования воздуха.
После определения энергии, расходуемой на привод системы
кондиционирования воздуха, можно определить путевой расход топлива, необходимого при работе этой системы.
Путевой расход топлива определяется по следующей зависимости:
(3.4)
где gis – удельный индикаторный расход топлива, г/105Дж или
г/Н × 100 км;
ρ – плотность топлива, кг/м3.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
59
Численное значение gis равно:
,
(3.5)
где gis и gis min – текущее и минимальное значения удельного индиг
г
;
каторного расхода топлива 105 Дж или
H ∙ 100 км
μg и βg – коэффициенты, учитывающие изменение gis от pi и ω;
po и ωo – точки перегиба зависимостей gis = f(pi) и gis = f(ω);
– угловая скорость вращения выходного вала двигателя.
Числовое значение gi определяет количество топлива, необходимое
для получения 1 Дж механической работы, имеет размерность г/Нм.
Однако, gis, из-за малой величины, не удобен для практических расчетов, поэтому единицу работы выбрали в 100 000 раз большую. 100 000
является коэффициентом пропорциональности между метрами, стоящими в знаменателе размерности г/Нм, и величиной, которая используется при оценке топливной экономичности автомобиля – 100 км.
Скорректированному таким образом параметру присвоили индекс – s
(по пути). В результате, gis определяет затраты топлива в граммах, необходимых для получения механической работы в 100 000 Дж.
Рассмотрим описанные выше закономерности на конкретном
примере МТС Silant.
Объем кабины автомобиля Silant составляет 2,95 м3. Для расчета выберем летний период эксплуатации ТС при максимально
разрешенной температуре наружного воздуха +45оС. Как уже отмечалось, температура внутри кабины не должна подниматься
выше +25оС. Подставляя полученные значения в уравнение (2.12)
получаем, что мощность, необходимая для привода системы кондиционирования воздуха, составляет около 5 кВт. При тех же самых
параметрах, но при условии работы системы кондиционирования
воздуха в режиме рециркуляции, требуемая мощность составляет
3 кВт. В табл. 3.2 приведены результаты расчетных исследований,
которые показывают влияние системы кондиционирования воздуха
при разных режимах.
Подробный топливный баланс автомобиля Silant при движении
со скоростью 35 км/ч по асфальтовому покрытию, определенный с
помощью программы, представлен на рис. 3.5.
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
60
Т а б л и ц а 3.2
Результаты расчетных исследований
Движение
Кондиционер
Кондиционер
без конди- работает в режиме
работает
ционера
забора наружного
в режиме
воздуха
рециркуляции
Энергия, затраченная
при работе
кондиционера
Е (Дж)
Средняя сила
сопротивления
движению ∆Pi (Н)
Топливо, затраченное
на работу
кондиционера
Qks (л/ 100 км)
0
514,3 · 105
308,57 · 105
0
514,3
308,57
0
1,15
0,63
Рис. 3.5. Топливный баланс автомобиля Silant
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
61
Анализ результатов расчетных исследований показывает, что
расходы топлива на привод системы кондиционирования воздуха
сопоставимы с затратами топлива на преодоление аэродинамического сопротивления. Использование системы рециркуляции воздуха позволяет снизить расход топлива на привод системы кондиционирования на 45%.
4. АГРЕГАТНЫЙ СОСТАВ СИСТЕМЫ МИКРОКЛИМАТА
Для проектирования новых систем микроклимата необходимо
иметь четкое представление об устройстве и принципах работы
входящих в них агрегатов. Все системы микроклимата, независимо от их компоновочной схемы и вариантов исполнения, состоят
из определенного набора агрегатов, без которых их работа была бы
невозможна. Такими агрегатами являются следующие:
▪ компрессор;
▪ конденсатор;
▪ ресивер;
▪ испаритель;
▪ устройство для изменения давления работающего газа на входе
в испаритель (терморегулирующий вентиль или дюза);
▪ набор датчиков, обеспечивающих безаварийную работу кондиционера;
▪ радиатор отопителя;
▪ вентилятор салона;
▪ устройство регулировки температуры воздуха (воздушная заслонка или кран отопителя).
Все эти устройства, независимо от фирмы производителя, выполнены практически по одной и той же схеме.
Для анализа конструкции этих агрегатов целесообразно взять серийно выпускаемую продукцию ведущих производителей: фирмы
Sanden (Япония) и фирмы Formula (Объединенные Арабские Эмираты).
Компрессор является одним из самых главных и технически
сложных агрегатов, обеспечивающих работу автомобильного кондиционера. Конструкцию компрессора рассмотрим на примере
продукции одного из лидеров в этой области – японской компании
Sanden.
Компрессоры серии SD производства Sanden (рабочие параметры приведены в табл. 4.1) обладают высоким КПД, имеют простую
конструкцию с небольшим количеством компонентов, небольшой
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
63
размер и в процессе работы не вызывают значительного колебания
крутящего момента. На рис. 4.1 представлен компрессор SD-508
с пластиной клапана, которая преобразует вращение ротора вала
в возвратно-поступательные движения поршня.
Таблица 4.1
Рабочие параметры компрессоров серии SD
Показатель
Модель SD-507
Модель SD-508
Диаметр цилиндров, мм
35
35
Длина хода поршня, мм
2,5
28,6
5
5
7000
6000
R-134а
R-134а
дефлекторная
дифференциальная
Расход масла, см
150
175
Вес без муфты, кг
3,9
5,4
Число цилиндров
Максимально допустимое
число оборотов, мин–¹
Применяемая охлаждающая
жидкость
Система смазки
3
Рис. 4.1. Компрессор
SD-508 в разрезе:
1 – прокладка цилиндра;
2 – прокладка головки;
3 – головка цилиндра;
4 – поршень в сборе;
5 – масляная пробка;
6 – муфта в сборе;
7 – уплотнение;
8 – ротор вала;
9 – планетарная
пластина;
10 – передний кожух
64
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Включение и выключение компрессора осуществляется с помощью электромагнитной муфты, которая передает или отсекает движущую силу двигателя, подаваемую на компрессор.
В системе кондиционирования воздуха конденсатор представляет собой теплообменник, предназначенный не только для получения
тепла (энтальпия), выработанного компрессором, и передачи его
охладителю с высокой температурой и под высоким давлением, но
и для подачи хладагента под высоким давлением и с низкой энтальпией в расширительный клапан. Еще одной задачей теплообменника является перемешивание двух жидкостей, которое существенно
влияет на эффективность нагрева.
Передача тепла в обычном теплообменнике состоит из трех этапов (рис. 4.2):
1) передача тепла от жидкости к поверхности стенки теплообменника;
2) передача тепла по поверхности стенки трубки теплообменника;
3) передача тепла между стенкой трубки теплообменника и окружающей ее снаружи жидкостью.
На рис. 4.2 изображена зависимость показывающая скорость
передачи тепла на каждом этапе.
Такая зависимость, называется «коэффициент внутренней теплопередачи» (αi, ккал/час·м2°С), который
показывает количество калорий,
передаваемых при распространении тепла с площади в 1 м2 при разнице температур в 1°С за 1 ч. Эта
величина зависит от конструкции
поверхности стенки и скорости
Рис. 4.2. Передача тепла
движения жидкости внутри трубки,
в теплообменнике
поэтому по мере увеличения скорости потока коэффициент внутренней теплопередачи возрастает.
Способность передачи тепла по поверхности стенки трубки характеризуется коэффициентом удельной теплопроводности стенки
λ (ккал/ч·м2°С), который показывает количество калорий, передаваемых материалом толщиной 1 м при температуре 1°С за 1 ч. Эта
величина зависит от качеств материала трубок теплообменника.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
65
Способность передачи тепла между поверхностностью трубок
теплообменника и жидкостью снаружи характеризуется коэффициентом наружной теплопередачи αо (ккал/ч·м2°С). Эта величина также зависит от конструкции наружной части стенки трубки и скорости жидкости снаружи.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что параметры теплопередачи конденсатора являются его основными характеристиками. При понижении мощности конденсатора замедляется
переход хладагента в жидкообразное состояние, повышается давление и энтальпия жидкого хладагента, подаваемого в расширительный клапан. Это приводит к неисправной работе испарителя
и не обеспечивает требуемого охлаждения. Основными факторами,
оказывающими влияние на способность выделять лучистую теплоту конденсатором, являются коэффициент общей теплопередачи,
площадь радиации и разность температур.
Для определения количество тепла, уносимого из конденсатора
воздухом, необходимо рассмотреть следующую формулу [6]:
при
,
где Q – количество тепла, поглощаемого воздухом, Вт;
V – величина воздушного потока, проходящего через конденсатор, м3/ч;
v – удельный объем воздуха, проходящего через конденсатор,
м3кг;
Ср – удельная теплоемкость воздуха, Вт/кгК;
ti – температура воздуха на входе конденсатора, К;
to – температура воздуха на выходе конденсатора, К;
G – вес воздуха, проходящего через конденсатор, кг/ч.
Приведенная формула показывает, что количество тепла, забираемого из конденсатора воздухом, определяется произведением
каждой удельной теплоемкости воздуха и его количества, проходящего через конденсатор, а также разницей температур на входе и
выходе. Если температура воздуха на входе и величина теплового
излучения постоянны, а количество проходящего воздуха V уменьшается, то его температура на выходе повышается. Соответственно,
температура на выходе конденсатора возрастает (воздух поступает
66
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
в радиатор), а поток уменьшается. Это может привести к перегреву
в результате ухудшения способности радиатора излучать тепло.
Так как конденсатор располагается на небольшом пространстве
между решеткой радиатора и радиатором, он должен быть компактен и иметь небольшую толщину. Компактность позволяет сократить вихревые потери и снизить вес. Конденсатор, установленный
в передней части автомобиля и подвергающийся воздействию неблагоприятных условий, таких как дождевая вода, грязь и пыль,
должен обладать высокой устойчивостью к коррозии. Вибрация автомобиля не должна вызывать деформацию конденсатора. К тому
же прочность конструкции должна обеспечивать надежность соединительных трубок, которые были бы стойки к ударам гравия и щебня при движении по неасфальтированным дорогам.
Конструкция конденсатора
должна иметь такую конфигурацию проходов, которая позволяла бы не допускать их засорение
при движении по ним посторонних частиц. Посторонние частицы удаляются из системы с
помощью фильтра, расположенного в ресивере.
Ресивер (рис. 4.3) является важной часть конструкции
системы
кондиционирования
воздуха. Основное его назначение – накопление сжиженного
хладагента, с целью уменьшения времени работы компрессора. Ресивер состоит из приемной
емкости, смотрового окна 2, осушителя (сиккатив) 4, пробки 1,
фильтра 5 и всасывающей трубРис. 4.3. Ресивер
ки 3.
(осушитель-наполнитель):
Приемная емкость играет
1 – пробка; 2 – смотровое окно;
важную роль, так как в ней хра3 –всасывающая трубка;
нится хладагент в жидком виде,
4 – осушитель (сиккатив);
подаваемый из конденсатора.
5 – фильтр
Количество хладагента меняется
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
67
в зависимости от окружающей температуры, давления и числа оборотов компрессора, при этом приемная емкость регулирует количество хладагента и служит для его накопления.
Осушитель ресивера 4 адсорбирует воду и понижает ее плотность (предпочтительно до 30 промилле). В качестве осушителя
используется силикагель, молекулярное сито и соединения активированного алюминия. В автомобильных охладителях используются
силикагель и молекулярное сито. Силикагель представляет собой
продукт высушенного и промытого материала в виде желе, образованного раствором силиката натрия, в который добавлена минеральная кислота. Силикагель, в основном состоящий из SiO2, имеет
огромное количество капилляров размером 40·10–8 м.
Молекулярное сито – составной цеолит – имеет кристаллическую структуру в виде соединенного четырехгранника, входящего
в трехмерную структуру Al-O-Si. В отличие от других минералов,
вода, окруженная такой кристаллической структурой, не вызывает
никакого изменения кристаллической решетки, даже при тепловой
дегидрации. Молекулярное сито, используемое в автомобильных
охладителях, имеет небольшие отверстия размером 40·10–8 м и засасывает молекулы с размером меньшим 4·10–8м.
Для предотвращения попадания грязи вместе с хладагентом,
внутри ресивера имеется фильтр 5 (см. рис. 4.3). Фильтр предотвращает засорение расширительного клапана и способствует очистке
трубопровода.
В случае чрезмерного повышения давления, на корпусе ресивера
имеется растворимая пробка из сплава Sn, Bi и Cd, которая может
растворяться при точке плавления этого трехкомпонентного сплава
и испаряться в воздух.
Основной функцией испарителя является испарение хладагента
в жидком состоянии, находящегося под низким давлением и с низкой температурой в результате понижения давления в расширительном клапане.
Для охлаждения воздуха температура хладагента должна быть
ниже, чем температура внутри салона автомобиля. Температура
хладагента внутри испарителя равна температуре насыщения при
данном давлении. Таким образом, давление должно быть ниже давления, соответствующего такой температуре. В нормальных условиях давление внутри испарителя равно 3 кг/см2…1 кг/см2 и определяется мощностью компрессора и расходом хладагента.
68
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
При понижении температуры влага, содержащаяся в воздухе,
конденсируется на поверхности испарителя с низкой температурой
и удаляется из автомобиля через специальную сливную трубку. Таким образом, испаритель выполняет две функции: 1) охлаждение и
2) удаление влаги.
По конструктивному исполнению испарители можно разделить
на три типа: 1) змеевик, 2) испаритель с поперечными пластинами и
3) испаритель выдвижного типа (рис. 4.4).
Испарители выдвижного типа
сегодня являются самыми современными и широко распространенными. Особенность их конструкции
позволяет добиться высокой технологичности производства и значительно большей теплоотдачи, по
сравнению с другими типами испарителей.
Охлаждение испарителя происходит с помощью расширительного
клапана (рис. 4.5), который находится на границе разделения сторон
Рис. 4.4. Испаритель
низкого и высокого давления в невыдвижного типа
посредственной близости от испарителя. Расширительный клапан
представляет собой устройство, где в хладагенте перед испарителем
снимается внутреннее напряжение, что и приводит к охлаждению
испарителя. Также расширительный клапан выполняет функцию
регулировки количества хладагента, подаваемого к испарителю.
На линии высокого и низкого давления фреоновой магистрали
монтируется специальное реле. При получении сигнала о том, что
давление отклоняется от заданного значения, реле срабатывает и
размыкает электрическую цепь, отключая компрессор.
В состав системы микроклимата входят система отопления и
система кондиционирования. Основным агрегатом системы отопления является радиатор. Основной его функцией является передача
тепла от жидкости к воздуху, циркулирующему внутри радиатора
и обдувающему его снаружи. Сегодня по конструкции радиаторы
можно разделить на два типа: 1) пластинчатые и 2) трубчатые.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
69
Рис. 4.5. Расширительный клапан
У каждого из этих типов конструкции имеются свои достоинства
и недостатки. К основному достоинству трубчатых радиаторов следует отнести высокую технологичность производства и, следовательно, низкую себестоимость. Несмотря на эти плюсы трубчатых
радиаторов, их количество с каждым годом заметно уменьшается и
их место занимают пластинчатые. Такая замена объясняется увеличенной теплоотдачей пластинчатых радиаторов за счет применения
технологии «Купробрейз», так как они обладают лучшей теплоотдачей, меньшим аэродинамическим сопротивлением, высокой прочностью, коррозийной стойкостью. Наряду с этим, все более широкое распространение получают алюминиевые паяные радиаторы,
произведенные по технологии Novotek.
Конструкция блока системы микроклимата сильно зависит от
принципиальных решений, которые должен принять конструктор.
Первым шагом является выбор способа регулировки температуры,
что во многом определяет будущую конструкцию блока и компоновку основных агрегатов. В настоящее время широко используются
два способа регулировки: 1) по жидкости и 2) по воздуху.
70
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Для регулировки теплопроизводительности по жидкости используется кран управления отопителем, который регулирует количество жидкости, проходящей через радиатор отопителя.
Основным плюсом использования такой регулировки являются упрощение конструкции и уменьшение общих габаритов блока системы микроклимата. Кран управления отопителем является
отдельной деталью, никак не связанной с основным блоком, и его
можно расположить в любом подходящем месте. К недостаткам
данного вида регулировки можно отнести большую инерционностью, так как радиатор отопителя довольно долго сохраняет свою
температуру.
Вторым, более распространенным способом, является регулировка температуры посредством изменения количества воздуха
проходимого через радиатор отопителя. Это можно обеспечить с
помощью воздушной заслонки, расположенной перед радиатором.
Положение этой заслонки определяет, какая часть воздуха пройдет через радиатор и нагреется, а какая останется без изменения.
В данном случае отсутствуют инерционность действия и усилие на
ручке блока управления. Отсутствие усилия в приводе управления
заслонкой является существенным плюсом, с точки зрения технологичности изделия, не говоря уже об эксплуатационных удобствах.
Добиться желаемой температуры при использовании воздушной заслонки проще, чем в варианте с краном управления отопителем.
Отрицательным моментом при использовании воздушной заслонки является значительное увеличение габаритов блока системы
микроклимата. Если в варианте с краном отопителя агрегаты можно
располагать практически вплотную, то здесь перед радиатором приходится оставлять пространство для хода воздушной заслонки и добавлять байпасный канал, по которому пойдет не нагретый воздух.
Также при использовании воздушной заслонки значительно увеличивается требование к математическому моделированию потоков
воздуха внутри системы микроклимата. При неправильном расчете
и моделировании возникает ситуация, когда два потока, нагретый и
ненагретый, пройдя зону радиатора, практически не смешиваются
между собой и продолжают движение параллельно друг другу.
В большинстве случаев вентилятор отопителя располагается
исходя из компоновочных решений. Однако, здесь есть несколько принципиальных моментов, которые необходимо разобрать более подробно. Например, по отношению к теплообменнику (блок
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
71
теплообменников: радиатор-испаритель), вентилятор отопителя может располагаться как перед ним, так и после. В зависимости от
этого расположения очень сильно изменяются конечные параметры
системы микроклимата.
Если рассматривать схему, при которой вентилятор отопителя
располагается перед теплообменником (первый вариант компоновки), то здесь можно наблюдать следующий эффект. Воздух, после
прохождения вентилятора, обладает большой турбулентностью,
и его поток в различных сечениях трубопровода обладает разной
скоростью и направленностью. Далее, перед входом в теплообменник поток расширяется, и его скорость значительно падает. После
прохождения теплообменника поток выпрямляется и становится,
практически, ламинарным. Такой поток очень удобен для дальнейшего распределения по салону автомобиля. Также данная схема позволяет перенести радиатор отопителя на значительное расстояние
от испарителя, что упрощает компоновку системы микроклимата и
расположение ее в салоне автомобиля. Частным случаем является
вариант, при котором вентилятор расположен между испарителем
и радиатором. Этот вариант применяется только из соображений
удобства компоновки, и все плюсы и минусы общей схемы сохраняются.
Вторым вариантом компоновки является схема, при которой
вентилятор располагается после теплообменника. В такой схеме
усложняется общая компоновка системы микроклимата по причине, что вентилятор с теплообменником представляют собой единый
блок, имеющий значительные габариты. Единственным существенным плюсом данной компоновки является устранение эффекта расслоения воздуха. В этом варианте вентилятор находится в потоке
нагретого воздуха и не может эффективно охлаждаться, что является обязательным условием стабильной и долгосрочной работы
современных вентиляторов, мощность которых доходит до 500 Вт.
5. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ
СИСТЕМЫ МИКРОКЛИМАТА МТС
Система микроклимата, как уже было сказано, выполняет функции системы вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха.
Такое сочетание, при правильном исполнении, позволяет автомобилю удовлетворять всем требованиям ГОСТа Р 50993-96. Система
микроклимата была спроектирована по предварительным расчетам,
в результате которых были определены тепловой баланс кабины и
параметры данной системы. Также была разработана 3D модель
системы (рис. 5.1), и проведено математическое моделирование с
помощью компьютерной программы Solid Works, с целью проверки аэродинамических параметров. Далее была подготовлена и выпущена полнокомплектная рабочая чертежно-конструкторская документация.
По компоновочной схеме кабины автомобиля, система микроклимата была установлена на щите передка, внутри кабины под па-
Рис. 5.1. Система микроклимата МТС второй серии
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
73
нелью приборов, на шпильках, заложенных в конструкцию кабины.
После установки системы происходит ее закрепление с помощью
одиннадцати гаек М6. В зоне стыка различных модулей системы
микроклимата заложены конструктивные зазоры, которые позволяют устранить неточности монтажа и значительно упрощают процесс установки. Для обеспечения герметизации в зоне этих зазоров
уплотнение осуществляется с помощью пенополиуретана. Благодаря модульному принципу, монтаж всей системы осуществляется за
один раз, а при необходимости замены агрегатов или обслуживании
каждый элемент можно изъять по отдельности [50…53].
Компрессор кондиционера был установлен на двигатель на отдельном кронштейне. В штатной комплектации двигателя установка компрессора не была предусмотрена, для этого была изменена
компоновка силового агрегата. В частности, генератор был перенесен на правую сторону двигателя, и для него был разработан новый
кронштейн крепления, а его место занял компрессор кондиционера.
Крутящий момент от двигателя к компрессору передавался с помощью дополнительного шкива 3 (рис. 5.2), установленного на шкив
коленчатого вала посредством клинового ремня 4.
Рис. 5.2. Установка
компрессора
кондиционера на
дизель Д-130Т:
1 – двигатель;
2 – компрессор;
3 – дополнительный
шкив; 4 – приводной
ремень
74
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Мощность, потребляемая компрессором, меняется в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки на систему кондиционирования.
Конденсатор системы кондиционирования воздуха был смонтирован на кабине автомобиля. В стандартной компоновке конденсатор расположен в передней части МТС перед радиатором охлаждения двигателя. На дизеле ДТ-130Т такого радиатора нет. Из-за
специфики работы в тяжелых дорожных условиях с малой скоростью движения охлаждение конденсатора встречным потоком не
обеспечивается. Поэтому охлаждение производилось за счет дополнительного электровентилятора.
Ресивер был установлен в непосредственной близости от конденсатора и снабжен предохранительным датчиком, выключающим
компрессор кондиционера при высоком или низком давлении в системе.
Все агрегаты системы кондиционирования, за исключением компрессора, были расположены на кабине автомобиля. Такая компоновка позволяет полностью собрать всю систему на линии сборки
кабин. На конвейере при установке кабины останется присоединить
собранные магистрали к агрегатам, расположенным на двигателе.
Таким образом, использование модульного принципа
конструирования позволило использовать только серийно выпускаемые агрегаты, что значительно снизило целевую себестоимость
разрабатываемого МТС и обеспечило возможность внедрения образцов на заводах автомобильной и тракторной промышленности
без существенных капиталовложений.
В качестве источника тепла использовался предпусковой подогреватель (рис. 5.3).
Как показано на рис. 5.3 предпусковой подогреватель расположен на щите передка в подкапотном пространстве. С помощью
гибких шлангов подогреватель соединен с радиатором отопителя и
расширительным бачком. Во избежание попадания воздуха внутрь
радиатора отопителя, в водяной магистрали имеется пароотводная
трубка 5, соединенная с расширительным бачком. В данном случае,
из-за использования предпускового подогревателя, способ регулировки определяется автоматически, из требований по эксплуатации,
в которых запрещается ограничивать циркуляцию жидкости при
включенном подогревателе. Таким образом, единственным решением является применение воздушной заслонки (рис. 5.4).
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
75
Рис. 5.3. Схема водяной магистрали системы отопления:
1 – предпусковой подогреватель; 2 – расширительный бачок;
3 – подводящая магистраль; 4 – отводящая магистраль;
5 – пароотводная трубка
Рис. 5.4. Расположение
воздушной заслонки:
1 – радиатор отопителя;
2 – испаритель;
3 – воздушная заслонка
76
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Исходя из компоновочных соображений, воздушная заслонка
была расположена между испарителем и радиатором отопителя. Радиатор отопителя был наклонен на угол 30о относительно испарителя, что позволяет уменьшить общие габариты системы.
Система микроклимата МТС сконструирована по модульному
принципу и состоит из четырех модулей. Каждый из этих модулей
может быть установлен, а также демонтирован независимо от других. Такой подход позволяет значительно упростить обслуживание
как всей системы в целом, так и ее отдельных агрегатов.
Был выбран вариант обдува ног с боковым расположением дефлекторов. Такой вариант позволяет достичь равномерного обдува
по всей поверхности пола кабины, при условии правильной организации воздушного потока. На разработанном отопителе разделение
воздушного потока происходит в нижнем распределителе, в котором
единый поток делится на пять составляющих. Такое распределение
позволяет максимально охватить зону расположения ног водителя
и пассажиров. А благодаря тому что распределитель расположен
в самом низу, пол кабины является отапливаемым, что положительно сказывается на субъективных ощущениях водителя. Управление
распределителем осуществляется с помощью блока управления
отопителем (рис. 5.5), расположенным на панели приборов. Алгоритм работы заслонок распределителя был также определен этим
блоком. Главной задачей при проектировании этого модуля было
обеспечение правильной работы распределителя и его размещение в имеющихся габаритах. Сопла вентиляции салона, как и сопла
обдува лобового стекла, расположены на панели приборов. Поэтому
проектирование распределителя велось в тесной взаимосвязи с проектированием панели приборов.
При разработке кабины МТС Silant большое
внимание было уделено вопросу улучшения
условий труда водителя.
Например, расположение
водительского
кресла и органов управления выбиралось таким образом, чтобы
Рис. 5.5. Блок управления отопителем
обеспечить доступ во-
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
77
дителя к любому рычагу или кнопке, при условии, что его спина всегда будет прижата к спинке сиденья. Как уже отмечалось,
помимо тепловой нагрузки необходимо учесть распределение и
мощность потоков воздуха. Согласно исследованиям,
приведенным
в первой главе, комфортность пребывания человека в рабочей зоне во
многом зависит от параметров состояния воздуха, таких как его температура, влажность и
скорость движения. Для
анализа потоков воздуха внутри кабины была
разработана
расчетная
3D модель кабины МТС
Рис. 5.6. Расчетная модель кабины
Silant (рис. 5.6).
В модели кабины были
учтены все элементы, которые могут оказать существенное влияние
на движение потоков воздуха. Такими элементами являются следующие:
▪ сиденья водителя и пассажира;
▪ система микроклимата в сборе;
▪ рулевая колонка с педалями;
▪ рычаг стояночного тормоза;
▪ панель приборов в сборе.
Анализ аэродинамики потоков воздуха внутри кабины проводился с помощью приложения Flow Simulation к программе SolidWorks.
Математический анализ производился в четырех режимах работы
системы микроклимата:
1) весь поток воздуха направлен на лобовое стекло (рис. 5.7);
2) весь поток воздуха направлен на сопла вентиляции салона
(рис. 5.9);
3) весь поток воздуха направлен в ноги водителя и пассажира
(рис. 5.11);
4) поток воздуха распределен между соплом обдува ног и соплом
обдува лобового стекла в пропорции 70:30 (рис. 5.14).
78
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Рис. 5.7. Траектория
движения воздуха
(режим 1)
Зонами, в которых производится замер скорости воздуха согласно требованиям ГОСТа Р 50993-96, являются следующие:
▪ зона на выходе из системы микроклимата;
▪ зона головы водителя;
▪ зона пояса водителя;
▪ зона ног водителя.
Режим работы системы микроклимата, представленный на
рис. 5.7, чаще всего используется в зимнее время с целью устранения обледенения лобового стекла. В этом случае поток воздуха выходит из сопел обдува лобового стекла, расположенных на верхней
части панели приборов, и стелется по стеклу, двигаясь вдоль лобового стекла, обеспечивая тем самым его равномерный обогрев, а,
следовательно, и полное устранение обледенения или запотевания.
После прохождения лобового стекла практически весь поток
воздуха продолжает движение вдоль потолка кабины и, дойдя до
задней стенки, опускается вниз. На задней стенке кабины расположены стекла, обогрев которых также может осуществляться за счет
потока воздуха, направленного на лобовое стекло.
Описанный режим работы может быть использован и в летнее
время при работе системы микроклимата. В этом режиме поток холодного воздуха осуществляет охлаждение воздуха, находящегося
вверху. Охлажденный воздух движется вниз равномерным потоком,
обеспечивая плавное охлаждение всей кабины, что благоприятно
сказывается на условиях работы водителя. Диаграмма скоростей
потоков воздуха внутри кабины представлена на рис. 5.8, а результаты измерений – в табл. 5.1.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
79
Т а б л и ц а 5.1
Результаты расчетных исследований (режим а)
Зона измерения
Результаты
расчетных
исследований, м/с
Скорости воздушных потоков на выходе
из системы вентиляции (кондиционирования)
5,8
Подвижность воздуха в зоне головы водителя
0,58…1,16
Подвижность воздуха в зоне пояса водителя
0…0,58
Рис. 5.8. Диаграмма
скоростей воздуха
в плоскости
водительского сиденья
(режим 1)
Режим 2 используется исключительно в летнее время при работе
системы вентиляции или кондиционирования. Весь поток воздуха
выходит из сопел вентиляции салона и направлен в задний верхний
угол кабины, расположенный непосредственно над головами водителя и пассажира (см. рис. 5.9). Дойдя до этого угла поток разворачивается и направляется вниз. Такая организация является наилучшей, с точки зрения вопроса охлаждения кабины. В отличие от
первого варианта, при котором поток сначала охлаждает лобовое
стекло и верх кабины, в этом варианте холодный воздух направля-
80
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Рис. 5.9. Траектория
движения воздуха
(режим 2)
ется в зону расположения водителя и пассажира практически сразу,
а значит, процесс охлаждения кабины происходит намного быстрее.
К тому же, направление потока воздуха на выходе из системы микроклимата может быть отрегулировано с помощью поворотного
сопла в довольно широких пределах. Это позволит водителю установить оптимальный для него режим охлаждения, а также учесть
влияние солнечной активности.
На рис. 5.10 изображена диаграмма скоростей потоков воздуха
в кабине в плоскости сопел вентиляции салона. Результаты расчетных исследований представлены в табл. 5.2.
Рис. 5.10. Диаграмма
скоростей воздуха
в плоскости сопел
вентиляции салона
(режим 2)
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
81
Т а б л и ц а 5.2
Результаты расчетных исследований (режим б)
Зона
измерения
Требования
ГОСТа Р 50993-96, м/с
Результаты
расчетных
исследований, м/с
не более 12
7,7
Подвижность воздуха
в зоне головы водителя
0,5…1,5
0,77…1,54
Подвижность воздуха
в зоне пояса водителя
0,5…1,5
0…0,77
Скорости воздушных
потоков на выходе из
системы вентиляции
(кондиционирования)
Рис. 5.11. Траектория
движения воздуха
(режим 3)
Режим 3 используется исключительно в зимнее время при работе
системы отопления. Весь поток воздуха выходит из сопел обдува
ног. Сопло имеет пять каналов, из которых и выходит воздух. Два
канала расположены по боковым сторонам противоположно друг
другу. Они предназначены для обогрева ног водителя и крайнего
пассажира. Еще два сопла находятся по бокам сопла обдува ног под
углом 15° к передней его части. Эти сопла предназначены для обо-
82
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
грева пространства кабины, расположенного за ногами водителя и
пассажира. Температура и скорость воздуха в этой зоне не регламентируются требованиями ГОСТа, но оказывают большое влияние
на субъективные ощущения водителя и пассажиров. Как уже отмечалось выше, благодаря такой конструкции нижнего распределителя вся поверхность пола кабины является обдуваемой, а значит и
отапливаемой.
На рис. 5.12 изображена диаграмма скоростей потоков воздуха
в кабине в плоскости середины сопла обдува ног, а на рис. 5.13 представлена диаграмма распределения воздуха в зоне, регламентируе-
Рис. 5.12. Диаграмма
скоростей воздуха
в плоскости
центрального сопла
обдува ног (режим 3)
Рис. 5.13.
Диаграмма
скоростей воздуха
в поперечном
разрезе кабины
(режим 3)
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
83
мой ГОСТом в поперечном разрезе кабины. Результаты расчетных
исследований представлены в табл. 5.3.
Режим 4 используется исключительно в зимнее время при работе системы отопления и является наиболее оптимальным для нее.
В этом режиме поток воздуха распределен в пропорции 70:30. 70%
потока воздуха направлены на обдув ног, а 30% – на обогрев лобового стекла. Этот режим позволяет равномерно прогревать пространство кабины и используется при сертификационных испытания автомобиля (рис. 5.14).
Т а б л и ц а 5.3
Результаты расчетных исследований (режим в)
Зона
измерения
Требования
ГОСТа Р 50993-96,
м/с
Результаты
расчетных
исследований, м/с
Подвижность воздуха
в зоне головы водителя
не более 0,6
0…0,5
Подвижность воздуха
в зоне пояса водителя
не более 0,6
0…0,5
Рис. 5.14. Траектория
движения воздуха
(режим 4)
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
84
Диаграмма скоростей потоков воздуха в кабине в плоскости середины сопла обдува ног приведена на рис. 5.15. Результаты расчетных исследований представлены в табл. 5.4.
Рис. 5.15.
Диаграмма
скоростей воздуха
в плоскости
центрального
сопла обдува ног
(режим 4)
Т а б л и ц а 5.4
Результаты расчетных исследований (режим г)
Зона
измерения
Требования
ГОСТа Р 50993-96,
м/с
Результаты
расчетных
исследований,
м/с
Подвижность воздуха
в зоне головы водителя
не более 0,6
0…0,5
Подвижность воздуха
в зоне пояса водителя
не более 0,6
0…0,5
Проведенные исследования показывают, что согласно результатам
расчетных данных и компьютерного моделирования, осуществленные технические мероприятия улучшают условия труда водителя.
Серийное производство МТС было организованно в г. Великий
Новгород на ОАО «Автоспецоборудование» в 2009 г. В процессе
подготовки МТС к серийному производству в его конструкцию и
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
85
комплектацию были внесены некоторые изменения. В частности,
производитель принял решение комплектовать серийные образцы
МТС новым силовым агрегатом. Вместо дизеля Д-130Т с воздушным охлаждением был установлен двигатель компании Perkins с
водяным охлаждением (рис. 5.16). Замена двигателя позволила отказаться от предпускового подогревателя.
Рис. 5.16. Установка
компрессора
кондиционера
на двигатель Perkins
Рис. 5.17. Монтажный чертеж установки системы микроклимата на кабину:
1 – система микроклимата; 2 – щит передка
86
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Рис. 5.18. Монтаж системы микроклимата
на ОАО «Автоспецоборудование»
На производстве была отработана технология сборки и монтажа
систем микроклимата (рис. 5.17…5.18), а также внесены необходимые конструктивные изменения.
Сегодня ОАО «Автоспецоборудование» выпускает автомобили
Silant в трех комплектациях:
1) автомобиль-самосвал общего и сельскохозяйственного назначения с задним навесным устройством и тентом;
2) шасси повышенной проходимости, под технологическую надстройку, оснащенное валом отбора мощности, гидросистемой и задним навесным устройством;
3) шасси повышенной проходимости, под технологическую надстройку без специального дополнительного оснащения.
На каждом из этих автомобилей система кондиционирования
воздуха входит в базовую комплектацию. Применяемые технологические решения обеспечивают гибкость производства и возможность увеличения объемов выпуска различных модификаций автомобилей до 10 000 шт. в год.
6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
СИСТЕМЫ МИКРОКЛИМАТА НА ПРИМЕРЕ МТС SILANT
Для оценки реализованных конструкторских решений МТС Silant прошло испытания на Автополигоне ФГУП «НАМИ» по приведенной ниже методике испытаний.
Целью проведения дорожных испытаний являлось определение
соответствия МТС Silant, с установленной на нем вновь разработанной системой микроклимата, требованиям нормативных документов [14…19], а также оценка влияния системы микроклимата на
топливную экономичность автомобиля.
Выполнение поставленной цели осуществлялось решением следующих задач:
З а д а ч а I: оценить конструкцию системы микроклимата.
Оценка производилась при визуальном контроле. Особое внимание уделялось возможности работы системы микроклимата с притоком свежего (наружного) воздуха, наличию средств регулирования
теплопроизводительности системы изменением расхода и температуры воздуха, соотношению теплого и холодного воздуха (смешиванию). Также оценивалось наличие средств и возможности регулирования распределением воздушных потоков и расходом теплого
воздуха на обогрев рабочего места водителя и обдув стекол.
З а д а ч а II: оценить эффективность и безопасность системы
микроклимата.
Для определения этого показателя в ходе предварительных заездов по маршруту, выбранному для проведения испытаний, определяется оптимальное положение органов управления системы
микроклимата. Положение органов управления считается оптимальным, если:
▪ включены все штатные системы нормализации микроклимата;
▪ включен электрообогрев стекол и сидений;
▪ забор воздуха производится снаружи;
▪ включена максимальная угловая скорость вращения электровентилятора;
88
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
▪ обеспечивается распределение воздушных потоков, направленных в зону ног водителя, на обдув ветрового стекла и стекол
дверей, в примерном соотношении 70:20:10%.
При этом должно отсутствовать запотевание и обмерзание ветрового стекла в зоне, очищаемой стеклоочистителем, и боковых
стекол в зонах видимости зеркал заднего вида.
Для полной оценки эффективности и безопасности работы системы микроклимата были произведены следующие измерения, т.е.
определены:
1) объем свежего воздуха, подаваемого в кабину в час из расчета
на одного человека;
2) температура в зоне ног, головы и пояса водителя;
3) превышение температуры воздуха в зоне ног по отношению к
температуре воздуха в зоне головы водителя;
4) температура воздуха на выходе из отопителя;
5) разность температур на выходе из отопителя и окружающего
воздуха;
6) температура наружных поверхностей;
7) перепад между температурами в зоне ног и головы водителя;
8) температура и относительная влажность воздуха на выходе из
системы кондиционирования;
9) скорость воздушных потоков на выходе из системы, а также
в зоне головы и пояса водителя.
З а д а ч а III: оценить влияние работы системы микроклимата на
топливную экономичность автомобиля на примере МТС Silant.
Для решения этой задачи были проведены дорожные испытания
и измерен расход топлива при разных режимах работы системы
микроклимата. Испытания проводили при включенной и выключенной системе кондиционирования воздуха, а также при работе
системы в режиме рециркуляции. Перед испытаниями техническое
состояние МТС проверяли на соответствие требованиям ГОСТа
20306-90 «Автотранспортные средства. Топливная экономичность.
Методы испытаний».
Во время дорожных испытаний были выполнены следующие
условия:
1) использованы специализированные дороги;
2) температура наружного воздуха при испытании системы отопления была в пределах – 25оС … +3 оС;
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
89
3) масса МТС соответствовала массе автомобиля в снаряженном
состоянии с водителем, оператором и измерительной аппаратурой;
4) движение осуществлялось на наивысшей передаче в коробке
передач, допускаемой руководством по эксплуатации и правилами
дорожного движения для данных дорожных условий и режимов
движения;
5) на шинах МТС отсутствовали следы повреждения или износа
протектора;
6) испытательные заезды проводились в противоположных направлениях движения не менее двух раз.
Дорожные испытания МТС Silant проводились на динамометрической дороге Автополигона ФГУП «НАМИ». Эта дорога является
абсолютно горизонтальной, прямолинейной в плане, проложенной с
севера на юг (с учетом розы ветров), по обеим ее сторонам расположена естественная защита (лес) от бокового ветра. Основная полоса
покрытия шириной 7 м выполнена из монолитного железобетона
толщиной 24 см, а дополнительная – имеет асфальтное покрытие.
Ровность покрытия отвечает техническим условиям на дороги 1-го
класса. Поперечный уклон полотна дороги выполнен двухсторонним – 1% в каждую сторону от оси.
Во время проведения испытаний системы отопления температура воздуха составляла –8оС, скорость ветра – 1…2 м/с, относительная влажность – 68%. Система отопления кабины была переведена
в режим забора наружного воздуха, температура воздуха была задана максимальной, весь воздушный поток был направлен в зону ног
водителя и пассажира.
Для проведения испытаний системы отопления кабина МТС
Silant была выхоложена. Для этого МТС было оставлено на ночь
на открытом воздухе. Перед началом замеров был произведен
прогрев двигателя на средних оборотах холостого хода в течение
20…30 мин. Был произведен прогрев предпускового подогревателя,
так как от него забиралось тепло для системы отопления. Последняя в момент прогрева находилась в выключенном состоянии.
Во время проведения испытаний системы кондиционирования
температура воздуха составляла +20оС, скорость ветра – 1…2 м/с,
относительная влажность – 89%. Система кондиционирования кабины была переведена в режим забора наружного воздуха. Температура воздуха была задана минимальной. Весь воздушный поток был
направлен в зону головы водителя и пассажира.
90
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Перед началом испытаний в кабине МТС было установлено
измерительное оборудование в соответствии с требованиями РД
37.052.300 и ГОСТом 50993-96 в отношении системы микроклимата. В соответствии с требованиями этих нормативных документов
в кабине МТС было определенно несколько зон, температуру в которых необходимо было измерить в процессе испытания. Такими
зонами являются следующие:
1) зона обдува ног водителя и пассажира, где на высоте 15 см
от пола между педалями был расположен первый преобразователь
(рис. 6.1). Температура в этой зоне отслеживалась только в режиме
отопления;
2) зона головы водителя. Для измерения этого параметра на подголовнике водительского сиденья был расположен второй преобразователь (рис. 6.2). Температура в этой зоне отслеживалась как
в режиме отопления, так и в режиме кондиционирования;
Рис. 6.1. Расположение
преобразователя в зоне
обдува ног водителя
Рис. 6.2. Расположение
преобразователя в зоне
обдува головы водителя
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
91
3) зона пояса водителя. Для измерения этого параметра на водительском сиденье был расположен третий преобразователь
(рис. 6.3). Температура в этой зоне отслеживалась только в режиме
отопления;
4) зона сопел вентиляции и зона сопел обдува лобового стекла.
В режиме кондиционирования воздуха, температура воздуха на выходе из системы не должна быть ниже 0оС. Для отслеживания этого
параметра в зоне сопел вентиляции (рис. 6.4) и в зоне сопел обдува
лобового стекла (рис. 6.5) были расположены дополнительные преобразователи.
Во время испытаний масса ТС соответствовала требованиям
технического задания на образец для снаряженного состояния. Движение осуществлялось на высшей передаче в коробке передач, допускаемой руководством по эксплуатации и правилами дорожного
движения для данных дорожных условий и режима движения. Ско-
Рис. 6.3. Расположение
преобразователя в зоне
пояса водителя
Рис. 6.4. Расположение
преобразователя в зоне
обдува лобового стекла
92
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Рис. 6.5. Расположение
преобразователя
в зоне обдува сопел
вентиляции салона
рость движения ТС во время испытаний составляла 50 км/ч. Скорость движения МТС и температура масла и головки блока цилиндров определялись по штатным приборам.
Отчет контрольного времени производился после начала движения ТС с одновременным включением системы отопления. Вентиляционные люки, форточки, окна были плотно закрыты, за исключением люка для забора воздуха на отопитель.
О б о р у д о в а н и е. Применяемые при испытаниях средства
измерения были исправны и поверены в установленные для них
сроки. Для определения температуры воздуха использовался измеритель параметров воздушного потока Almemo
2890-9 – заводской номер
№ Н8110329, свидетельство
о поверке № 255/46472,
срок действия 08.02.2012
(рис. 6.6), – предназначенный для измерения скорости, расхода и температуры воздушного потока при
испытаниях ТС по ГОСТу
Рис. 6.6. Измеритель Almemo 2890-9
50993-96.
Принцип
действия
Almemo 2890-9 основан на преобразовании первичной физической
величины в электрический сигнал с последующим отображением ее
значения ни жидкокристаллическом индикаторе прибора.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
93
Измеритель состоит из блока, на передней панели которого расположены жидкокристаллический дисплей и кнопки управления.
Питание осуществляется от блока питания, входящего в комплект.
Первичные преобразователи подсоединяются к измерительному
блоку с помощью гибкого кабеля.
Прибор производит автоматическое
осреднение
результатов, индикацию минимального и максимального значений (по команде
оператора программируются
вычислительные функции измерителя) определяемой физической величины (рис. 6.7).
Для передачи данных к
внешним условиям измериРис. 6.7. Показания измерителя
тель использует стандарты RS
Almemo 2890-9
232, RS 422 или Centronics.
Для измерения скорости
и расхода воздушного потока
в качестве первичных преобразователей используются тахометрические преобразователи скорости, представляющие крыльчатку,
установленную на подшипниках, скорость вращения которой пропорциональна скорости воздушного потока (датчик-флюгер FV
A915-S120, табл. 6.1).
Т а б л и ц а 6.1
Основные технические характеристики FV A915-S120
Наименование параметра
Точность
Значение
±0,5% от окончательного значения
±1,5% от измеренной величины
Max разрешение
0,01 м/с
Номинальная температура
22±2°C
Рабочий диапазон
–20...+140°C
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
94
Для определения расхода топлива использовался расходомер
DATRON CDS-DFL1 (рис. 6.8)
(производитель – CORRSYSDATRON Sensorsystems Inc.,
Германия), который был установлен в топливную систему МТС.
По принципу работы DATRON
CDS-DFL1 можно отнести к расходомерам объемного типа. Технические данные данного расходомера представлены в табл. 6.2.
Рис. 6.8. Расходомер топлива
объемного типа
DATRON CDS-DFL1
Т а б л и ц а 6.2
Технические данные жидкостного датчика
DATRON CDS-DFL1
Наименование параметра
Показатель
измерение расхода топлива
легковых и грузовых автомобилей
Назначение
Размеры (Д х Ш х В), мм
160 х 102 х 85
Вес, кг
1,85
Диапазон температуры,°С
–20 … +80
Относительная влажность
воздуха, %
80
Топливо
дизель, бензин, биотопливо
Диапазон измерения, л/час
3
0,5 … 60
Разрешение, см
0,333
Точность измерения, %
±0,5
Повторяемость, %
±0,2
Рабочее давление, бар
max 5
Источник питания
10,8…13,2 V DC
3
Цифровой выход, имп./см
1500
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
95
Все DFL системы используют 4-поршневые счетчики, подключенные к единому коленчатому валу. Бесконтактные сенсоры преобразуют вращение коленчатого вала в импульсный сигнал, прямо
пропорциональный расходу топлива. Магнит, встроенный в коленчатый вал, и холл-датчики внутри корпуса передают электрические
импульсы. Холл-датчики установлены не в одну линию, что позволяет достичь разной последовательности магнитных импульсов
в направлении вращения.
В процессе экспериментальных исследований были получены
результаты, позволяющие судить о безопасности и эффективности
работы вновь разработанной системы микроклимата в составе МТС
Silant. Результаты испытаний приведены в табл. 6.3.
Т а б л и ц а 6.3
Оценка эффективности и безопасности системы микроклимата
№№ пунктов, подпунктов ГОСТа Р 50993-96
Наименование требований к эффективности
и безопасности
Значение
параметра,
результаты
оценки
1
2
5.2. Системы вентиляции
5.2.1. Система принудительной вентиляции,
при самостоятельной работе, или работе
в составе системы отопления
и кондиционирования, должна обеспечивать
приток свежего (наружного) воздуха в кабину
из расчета на одного человека не менее 30м3/ч.
При температурах внешней среды выше
17оС подаваемый в кабину воздух не должен
нагреваться более чем на 2оС относительно
температуры внешней среды
Факт. 35,0 –
соответствует.
Экспертная оценка
конструкции –
соответствует
5.2.2. Скорости воздушных потоков на выходе
из системы вентиляции не должны превышать
12 м/с
Факт. 7,0 –
соответствует
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
96
П р о д о л ж е н и е т а б л. 6.3
1
5.2.3. Система вентиляции должна обеспечивать
в кабине:
▪ подвижность воздуха в зоне головы водителя
0,5…1,5м/с
▪ подвижность воздуха в зоне пояса водителя
0,5…1,5м/с
▪ перепад между температурой наружного
воздуха и температурами в кабине в зоне
головы водителя (пассажира) при температуре
окружающего воздуха +25оС не должен
превышать +3оС
2
Факт. 0,9
Факт. 0,8 –
соответствует.
Экспертная оценка
конструкции –
соответствует
5.3. Система отопления
5.3.1. Система отопления должна обеспечивать
тепловые условия (микроклимат) в кабине:
▪ подвижность воздуха в зоне головы водителя
не более 0,6м/с
▪ подвижность воздуха в зоне пояса водителя
не более 0,6м/с
Через 15 минут после начала движения при
температуре окружающей среды до –25оС:
▪ температура воздуха в зоне головы водителя
не менее 10оС
▪ температура воздуха в зоне ног водителя
не менее 16оС
▪ перепад между температурами в зоне ног
и головы водителя 3–10оС
▪ температура воздуха в зоне пояса водителя
не менее 15оС
5.3.4. Температура внутренних поверхностей
кабины, нагреваемых источниками тепла,
не должна превышать:
▪ 45оС – при работающей системе отопления
▪ 35оС – при отключенной системе отопления
Факт. 0,25
Факт. 0,30 –
соответствует
Факт. 25,0
Факт. 28,0
Факт. 3,0
Факт. 24,0 –
соответствует
Конструкция
обеспечивает
защиту внутренних
поверхностей кабины
от непосредственного
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
97
П р о д о л ж е н и е т а б л. 6.3
1
2
нагрева источниками
тепла. Экспертная
оценка –
соответствует
Температура наружных поверхностей
воздуховодов нагреваемых источниками тепла,
не должна превышать 70оС
Открытые
поверхности
воздуховодов
отсутствуют.
Экспертная оценка –
соответствует
5.3.5. Температура воздуха на выходе
из отопителя не должна превышать 80оС
Факт. 61,0 –
соответствует
5.4. Система кондиционирования воздуха
5.4.1. Конструкция системы кондиционирования
должна иметь возможность предотвращения
охлаждения воздуха в зоне головы водителя
(пассажира), не более чем на 8оС относительно
температуры внешней среды
Экспертная оценка
конструкции –
соответствует
5.4.2. Скорость воздушного потока на выходе
из системы кондиционирования не должна
превышать 12 м/с.
Температура воздуха на выходе из системы
кондиционирования не должна быть ниже 0оС
Факт. 7,0 –
соответствует
5.4.3. Скорость воздуха в зоне головы
водителя (пассажиров) при работе системы
кондиционирования не должна превышать
0,5 м/с
Факт. 0,2 –
соответствует
5.4.4. Относительная влажность воздуха
в кабине, обитаемом помещении, должна
находиться в пределах от 30…60%
Факт. 39,0 –
соответствует
Факт. 5,5 –
соответствует
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
98
П рОо кд оо нл чжаеннииее ттааббл.л.6.3.
6.3
1
2
5.4.5. Температура наружных поверхностей
Открытые
воздуховодов для холодного воздуха должна быть поверхности
не менее 15оС
воздуховодов
отсутствуют.
Экспертная оценка –
соответствует
По результатам испытаний специалистами Автополигона ФГУП
«НАМИ» было сделано заключение о соответствии МТС Silant требованиям ГОСТа Р 50993-96, подтверждением чему является протокол №1478/S0/50993/NS/62-10.
Оценка влияния работы системы микроклимата на топливную
экономичность ТС производилась в два этапа на спецдорогах Автополигона ФГУП «НАМИ».
Во время первого этапа был измерен расход топлива при включенном и выключенном кондиционере. Измерения производились
шесть раз в каждом направлении движения на участке 1 км. Результаты представлены в табл. 6.4.
Т а б л и ц а 6.4
Результаты измерения расхода топлива на участке 1 км
№ измерения
1
2
3
4
5
6
Средний
расход
Расход топлива, см3
Кондиционер выключен
Кондиционер включен
движение
движение
движение
движение
по ветру против ветра по ветру против ветра
12,2
13,7
13,3
14,7
11,8
14,5
13,4
15,1
11,7
13,8
13,2
14,8
12.4
13,9
13,5
14,9
11.5
14,2
13,8
15,2
11,9
14,1
13,1
14,6
12,97
14,13
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
99
Из данных табл. 6.4 видно, что при включении кондиционера
расход топлива увеличивается на 8,9 %. Как уже отмечалось выше,
для экономии энергии, затраченной на работу системы кондиционирования, рекомендуется использовать рециркуляцию воздуха. Однако замерить влияние рециркуляции на топливную экономичность
ТС на участке длиной 1 км не представляется возможным, так как ее
влияние ощущается при более длительном режиме. Для измерения
влияния рециркуляции было принято решение: второй этап испытаний провести на участке 4 км, где произвести замеры.
Во время второго этапа испытаний был замерен расход топлива
при включенном и выключенном кондиционере, а также при работе
кондиционера в режиме рециркуляции. Дополнительно был произведен замер топлива при работе кондиционера в минимальном
режиме (была включена первая скорость вентилятора) при включенной и выключенной рециркуляции воздуха. Измерения производились шесть раз в каждом направлении движения на участке 4 км.
Результаты представлены в табл. 6.5…6.6. В табл. 6.7 приведен
средний расход топлива автомобиля Silant, составленный из анализа табл. 6.5…6.6.
Т а б л и ц а 6.5
Результаты измерения расхода топлива на участке 4 км
при движении по ветру
Режим
движения
Расход топлива, см3
1
2
3
4
5
6
Кондиционер выключен
496
480
460
504
452
484
Кондиционер включен (max)
540
528
552
524
536
532
Кондиционер включен
(1-я скорость вентилятора)
524
521
523
520
519
515
Кондиционер включен в режиме
рециркуляции (max)
523
520
524
519
522
518
Кондиционер включен в режиме
рециркуляции
(1-я скорость вентилятора)
509
515
512
511
514
513
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
100
Т а б л и ц а 6.6
Результаты измерения расхода топлива на участке 4 км
при движении против ветра
Режим
движения
Расход топлива, см3
1
2
3
4
5
6
Кондиционер выключен
544
576
556
560
572
568
Кондиционер включен (max)
592
608
596
600
580
612
Кондиционер включен
(1-я скорость вентилятора)
568
565
572
577
575
571
Кондиционер включен в режиме
рециркуляции (max)
570
568
567
572
565
564
Кондиционер включен в режиме
рециркуляции
(1-я скорость вентилятора)
555
553
551
556
554
550
Т а б л и ц а 6.7
Средний расхода топлива
Режим движения
Расход топлива,
л/100км
Кондиционер выключен
13,04
Кондиционер включен (max)
14,17
Кондиционер включен (1-я скорость)
13,63
Кондиционер включен в режиме рециркуляции (max)
13,61
Кондиционер включен в режиме рециркуляции
(1-я скорость)
13,32
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
101
Анализ результатов испытаний показывает следующее:
▪ увеличение расхода топлива при включенном кондиционере на
максимальном режиме и выключенной рециркуляции составляет 1,13 л/100км, или 8,66%;
▪ увеличение расхода топлива при включенном кондиционере на
максимальном режиме и включенной рециркуляции составляет 0,57 л/100км, или 4,37%. Таким образом установлено, что
в режиме рециркуляции воздуха затрачиваемая на привод системы микроклимата энергия, уменьшается на 49,6%, при расчетных – 43%;
▪ увеличение расхода топлива при включенном кондиционере на
минимальном режиме составляет 0,59 л/100км, или 4,52%, что
сопоставимо с расходом топлива при движении на рециркуляции с включенным на максимум кондиционере;
▪ увеличение расхода топлива при включенном кондиционере на
минимальном режиме при включенной рециркуляции составляет 0,28 л/100км, или 2,15%. Таким образом, при использовании рециркуляции энергия, затрачиваемая на привод системы
кондиционирования, уменьшается на 52,5%.
Следовательно, анализ данных изменения расхода топлива ТС
при различных режимах работы системы микроклимата подтверждает адекватность результатов расчетных и экспериментальных исследований, и расхождение расчетных данных с экспериментальными по расходу топлива находится в диапазоне 3…13%.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Организация рабочего места водителя, согласно эргономическим требованиям, и улучшение условий его труда напрямую влияют на производительность труда и экономические показатели хозяйствования. Рекомендуется оборудовать рабочее место водителя
системой микроклимата.
2. На основе теплового расчета кабины МТС Silant сформулирована следующая рабочая гипотеза: струя ведет себя в зоне разворота аналогично движению потока воздуха в тройнике с плавными
радиусами R1 и R2, соединяющими середины струй на входе и выходе из зоны разворота. По результатам визуализации потока установлено, что средний радиус разворота струи в сторону большого
угла разворота примерно равен ширине струи при выходе из зоны, а
средний радиус разворота струи в сторону меньшего угла разворота
примерно равен 1,5…2 ширины струи на выходе из зоны разворота.
Для улучшения эргономических показателей по обзорности рекомендуется схему течения воздуха в кабине разбить на три области:
1) свободная струя, 2) зона разворота и 3) струя, стелящаяся по поверхности стекла.
3. Анализ математической модели влияния системы микроклимата на энергетический баланс МТС Silant по показателю топливной экономичности свидетельствует, что расходы топлива на привод системы кондиционирования воздуха сопоставимы с затратами
топлива на преодоление аэродинамического сопротивления. Использование системы рециркуляции воздуха позволяет снизить расход топлива на привод системы кондиционирования на 45%.
4. Разработка системы микроклимата по модульному принципу проектирования упрощает технологию сборки, а также процесс
монтажа собранного узла на автомобиль.
При выборе варианта обдува ног рекомендуется использовать
боковое расположение дефлекторов. Такой вариант позволяет максимально охватить зону ног водителя и пассажиров, при этом пол
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
103
кабины также является отапливаемым, что положительно сказывается на субъективных ощущениях водителя и пассажиров.
5. Разработанная система микроклимата внедрена в серийное
производство на ОАО «Автоспецоборудование» (г. Великий Новгород). При этом организован сборочный участок и отработана технология установки узла в сборе на кабину МТС Silant. В процессе проведенных комплексных экспериментальных исследований опытных
образцов машин подтверждена безопасная и эффективная работа
системы микроклимата, а эргономические показатели по улучшению условий труда водителя удовлетворяют действующим нормам
и соответствуют требованиям ГОСТа Р 50993-96.
6. Влияние системы микроклимата на топливную экономичность
МТС Silant выражается в том, что увеличение расхода топлива при
включенном кондиционере на максимальном режиме и выключенной рециркуляции составляет 1,13 л/100 км, или – 8,66%, а при
включенной рециркуляции 0,57 л/100км, или 4,37%. Установлено,
что в режиме рециркуляции воздуха затрачиваемая на привод системы микроклимата энергия уменьшается на 49,6% (при расчетных –
43%), а расхождение результатов расчетных и экспериментальных
исследований по расходу топлива находится в диапазоне 3…13%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентной струи / Г.Н. Абрамович. – М.:
Наука, 1984. – С. 328–340.
2. Ананьев В.А. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория
и практика / В.А. Ананьев, Л.Н. Балуева, А.Д. Гальперин, А.К. Городов,
М.Ю. Еремин, С.М. Звягинцева, В.П. Мурашко, И.В. Седых. – М.: Евроклимат, 2000. – 416 с.
3. Аношин А.В. Воздействие микроклимата в кабине автомобиля на организм водителя / А.В. Аношин, А.Д. Петровский, Ю.И. Чекунов // Известия вузов. Машиностроение. – 1976. – № 10. – С. 127–130.
4. Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции / В.В. Батурин. –
М.: Профиздат, 1990. – 448 с.
5. Беккер А. Система вентиляции / А. Беккер. – М.: Техносфера; Евроклимат, 2005. – 232 с.
6. Белова Е.М. Системы кондиционирования воздуха с чиллерами и
фэлкойлами / Е.М. Белова. – М.: Евроклимат, 2003. – 400 с.
7. Быков А.В. Холодильные машины и тепловые насосы / А.В. Быков,
И.С. Калнинь, А.С. Крузе. – М.: Агропромиздат, 1988. – 287 с.
8. Вайсман А.И. Здоровье водителей и безопасность дорожного движения / А.И. Вайсман. – М.: Транспорт, 1979. – 137 с.
9. Викторов А.И. Электрическая система оценки тепло-влажностного
режима кабин сельскохозяйственных тракторов: дис. … канд. тех. наук /
А.И. Викторов. – М.: МИИСП, 1985. – 165 с.
10. Вохминов Д.Е. Испытания на экране компьютера / Д.Е. Вохминов,
В.В. Московкин // Инновационные технологии и повышение качества
в приборостроении: сб. тр. МГАПИ. – 1998. – Вып. 2. – С. 64–69.
11. Высоцкий М.С. Топливная экономичность автомобилей и автопоездов / М.С. Высоцкий, Ю.Ю. Беленький, В.В. Московкин. – Минск: Наука
и техника, 1984. – 208 с.
12. Гавриченко А.И. Прогнозирование теплового состояния кабин /
А.И. Гавриченко // Тракторы и сельхозмашины. – 1985. – № 9. – С. 27–28.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
105
13. Голубков Б.Н. Проектирование и эксплуатация установок кондиционирования воздуха и отопления / Б.Н. Голубков, Т.М. Романова, В.А. Гусев. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 190 с.
14. ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования
к воздуху рабочей зоны».
15. ГОСТ 20304-90 «Манекены посадочные трехмерный и двухмерный.
Конструкция, основные параметры и размеры».
16. ГОСТ 27435-87 «Bнутpeнний шум aвтoтpaнcпopтныx cpeдcтв.
Дoпуcтимыe уpoвни и мeтoды измepeний».
17. ГОСТ Р 50993-96 «Системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Требования к эффективности и безопасности».
18. ГОСТ Р 51206-98 «Содержание вредных веществ в воздухе салона
кабины».
19. ГОСТ Р 51266-99 «Автомобильные транспортные средства. Обзорность с места водителя».
20. Гримитлин М.И. О расчете подачи воздуха в рабочую зону /
М.И. Гримитлин, Г.М. Позин // Инженерные системы. – 2004. – № 3. –
С. 14–23.
21. Гримитлин М.И. Системы вентиляции и кондиционирования:
взгляд в будущее / М.И. Гримитлин // Инженерные системы. – 2004. –
№ 4. – С. 16–17.
22. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях / М.И. Гримитлин. – СПб.: АВОК Северо-Запад. – 2004. – 320 с.
23. Гусев В.М. Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: учеб. для вузов / В.М. Гусев, Н.И. Ковалев, В.П. Попов,
В.А. Потрошков. – Л.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние. – 1981. – 343 с.
24. Деревянко В.И. Исследование и оптимизация параметров системы
кабина – кондиционер для тракторов и сельхозмашин / В.И. Деревянко,
Е.П. Овсянников, Л.Г. Маляренко, Ю.В. Жилин // Тракторы и сельхозмашины. – 1980. – № 7. – С. 6–8.
25. Дзоценидзе Т.Д. Обоснование параметров малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения с широкими
функциональными возможностями: дис. … д-ра техн. наук / Т.Д. Дзоценидзе. – М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2009. – 407 с.
26. Дзоценидзе Т.Д. Автомобильный транспорт для малых форм
хозяйствования. Конструкция и особенности эксплуатации: моногр. /
106
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
Т.Д. Дзоценидзе, М.А. Козловская, Д.А. Загарин, А.В. Журавлев,
П.А. Кабанин. – М.: Металлургиздат, 2011. – 288 с.
27. Евтюшенков Н.Е. Перспективы транспорта для села до 2010 г. /
Н.Е. Евтюшенков // Техника и оборудование для села. – 2005. – № 1. –
С. 9–10; № 2. – С. 11–12.
28. Егиазаров А.Г. Устройство и изготовление вентиляционных систем:
учеб. для СПТУ / А.Г. Егиазаров. – М.: Высш. шк., 1987. – 304 с.
29. Журавлев А.В. Обеспечение пассивной безопасности и улучшение условий труда водителя транспортных средств сельскохозяйственного назначения: дис. … канд. техн. наук / А.В. Журавлев.– М.: МГАУ
им. В.П. Горячкина, 2012. – 154 с.
30. Загарин Д.А. Обоснование параметров и режимов работы
малогабаритного транспортного средства для малых форм хозяйствования:
дис… канд. техн. наук / Д.А. Загарин. – М.: МГАУ им. В.П. Горячкина,
2010. – 159 с.
31. Иванов О.П. Динамические системы охлаждения и отопления, комфортное жизнеобеспечение / О.П. Иванов // Инженерные системы. – СПб.:
АВОК Северо-Запад. – 2004. – № 3. – С. 37–43.
32. Кабанин П.А. Обеспечение устойчивости движения трехосного
грузового автомобиля сельскохозяйственного назначения в зависимости от
конструктивных параметров: дис. … канд. техн. наук / П.А. Кабанин. – М.:
МГАУ им. В.П. Горячкина, 2012. – 166 с.
33. Карепов В.А. Системы отопления кабин строительно-дорожных машин: дис… кан. тех. наук / В.А. Карепов. – М., НИИСФ, 1986. – 190 с.
34. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам / П.Г. Киселев. – М.: Энергоиздат, 1950. – 100 с.
35. Козловская М.А. Обоснование схемы силового привода трехосного
грузового автомобиля малой размерности сельскохозяйственного назначения: дис. … канд. техн. наук / М.А. Козловская. – М., МГАУ им. В.П. Горячкина, 2010. – 142 с.
36. Кокорин О.Я. Современные системы кондиционирования воздуха /
О.Я. Кокорин. – М.: Изд-во физ.-мат. лит., 2003. – 272 с.
37. Краснов Ю.С. Системы вентиляции и кондиционирования /
Ю.С. Краснов, А.П. Борисоглебская, А.В. Антипов. – М.: Термокул, 2004. –
369 с.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
107
38. Крашенинников С.Ю. Распространение турбулентной струи, соударяющейся с плоской поверхностью / С.Ю. Крашенинников, О.В. Яковлевский // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. – 1966. – № 4.
39. Кузина Л.Г. Влияние инфильтрации воздуха на тепловой баланс кабины машиниста и пассажирских салонов подвижного состава железных
дорог: автореф. дис… канд. тех. наук / Л.Г. Кузина. – М.: МГУПС, 1996. –
23 с.
40. Матвеев Д.В. Разработка технологии расчета системы отопления
и вентиляции легкового автомобиля: дис... канд. тех. наук / Д.В. Матвеев:–
Ижевск: ИжГТУ, 2006. – 123 c.
41. Медовщиков Ю.В. Влияние аэродинамики автомобиля на топливную экономичность // Пути улучшения автотранспортных средств: сб.
науч. тр. МАДИ. – М.: 1985. – С. 97–103.
42. Михайлов В.А. Создание системы модульных типоразмерных и унифицированных средств нормализации микроклимата и оздоровления воздушной среды в кабинах самоходных машин: дис…д-ра техн. наук / В.А.
Михайлов. – М.: МГТУ МАМИ, 1998. – 479 с.
43. Московкин В.В. Тягово-скоростные характеристики и топливная
экономичность автомобиля. Теория и практика: моногр. / В.В. Московкин,
Т.Д. Дзоценидзе, А.С. Шкель, М.А. Козловская, С.Н. Семикин. – М.: ЗАО
«Металлургиздат», 2012. – 204 с.
44. Нефелов С.В. Техника автоматического регулирования в системах
вентиляции и кондиционирования / С.В. Нефелов, Ю.С. Давыдов. – М.:
Энергоиздат, 1995. – 150 с.
45. Палутин Ю.И. Методические основы совершенствования параметров воздушной среды салонов автомобилей / Ю.И. Палутин; ГНЦ
НАМИ. – М., 1998. – 36 с.
46. Пырков В.В. Гидравлическое регулирование систем отопления и
охлаждения. Теория и практика / В.В. Пырков. – Киев: Такi справи, 2005. –
304 с.
47. Резник Л.Г. Эффективность использования автомобилей в различных климатических условиях / Л.Г. Резник, Г.М. Ромалис. – М.: Транспорт,
1989. – 127 с.
48. Русанов Г.В. Отопление и вентиляция жилых и гражданских знаний / Г.В. Русанов, М.Я. Розкин, Э.Л. Ямпольский. – Киев: Будивельник,
1983. – 272 с.
108
Т.Д. Дзоценидзе, С.Н. Семикин, М.А. Козловская
49. Секундов А.Н. Исследование взаимодействия струи с близко расположенными экранами / А.Н. Секундов, О.В. Яковлевский // Известия
АН СССР. Механика и машиностроение. – 1964. – № 1.
50. Семикин С.Н. Обоснование системы микроклимата транспортного средства сельскохозяйственного назначения по показателям топливной экономичности и условиям труда водителя: дис. … канд. техн. наук /
С.Н. Семикин. – М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2012. – 150 с.
51. Семикин С.Н. Создание новой автомобильной техники высокой
проходимости для эксплуатации в условиях малых форм хозяйствования
в свете решения задач стратегии развития отечественного автопрома /
Т.Д. Дзоценидзе, Ю.К. Есеновский-Лашков, М.А. Козловская, С.Н. Семикин, А.В. Журавлев, П.А. Кабанин, А.В. Леонов // Труды НАМИ.– 2011. –
Вып. 246. – С. 6–29.
52. Семикин С.Н. Экспериментальные исследования предсерийных
образцов МТС «Силант», оборудованных вновь разработанной системой
микроклимата / С.Н. Семикин // Международный технико-экономический
журнал. – 2012. – № 3. – С. 98–102.
53. Устройство отопления: пат. 34898 на полезную модель, Рос. Федерация: МПК B60Н 1/02 (2000.01) / Семикин Н.С., Семикин С.Н.; заявитель и
патентообладатель ФГУП «НАМИ». – № 2003127552/20; заявл. 17.09.2003;
опубл. 20.12.03.
54. Сканави А.И. Отопление: учеб. для вузов / А.И. Сканави. – М.: АСВ,
2002. – 576 с.
55. Смола В.И. Кондиционирование воздуха в кабинах транспортных
средств и кранов / В.И Смола, Г.Д. Лях. – М.: Металлургия, 1982. – 128 с.
56. Стефанов Е.В. Вентиляция и кондиционирование воздуха /
Е.В. Стефанов. – СПб.: АВОК Северо-Запад, 2005. – 399 с.
57. Стомахина Г.И. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха / Г.И. Стомахина, И.И. Бобровицкий, Е.Г. Малявина, Л.В. Плотникова. – М.: Пантори, 2003. – 308 с.
58. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции / В.Н. Талиев. – М.: Стройиздат, 1979. – 98 с.
59. Теория и расчет вентиляционных струй: сб. тр. – Л.: 1965. – 243 с.
60. Титов В.П. Курсовое и дипломное проектирование по вентиляции
гражданских и промышленных зданий: учеб. пособие для вузов / В.П. Титов, Э.В. Сазонов, В.И. Краснов. – М.: Стройиздат, 1985. – 208 с.
Системы микроклимата малогабаритных
транспортных средств сельскохозяйственного назначения
109
61. Хохряков В.П. Тепловой расчет системы кондиционер – кабина /
В.П. Хохряков, М.А. Крамаренко, В.В. Козырев // Тракторы и сельхозмашины. – 1991. – № 12. – С. 18–21.
62. Чайковский Г.П. Отопление и вентиляция: учеб. пособие / Г.П. Чайковский. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2003. – 70 с.
63. Чуканова Е.М. Выбор метода оптимизации компрессоров для систем кондиционирования автомобилей / Е.М. Чуканова, М.Ю. Елагин,
В.М. Степанов // Энергосбережение-2002: тез. докл. – Тула: ТулГУ, 2002. –
С. 92–93.
64. Шилклопер С.М. Эффективность систем кондиционирования воздуха сельскохозяйственных и строительно-дорожных машин: дис…канд.
тех. наук / С.М. Шилклопер. – М.: ЦНИИПромзданий, 1985. – 319 с.
Учебное издание
Дзоценидзе Тенгиз Джемалиевич
Семикин Сергей Николаевич
Козловская Мария Андреевна
СИСТЕМЫ МИКРОКЛИМАТА
МАЛОГАБАРИТНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Учебное пособие
Редактор Н.П. Колобова
Верстка А.Б. Дунаевой
Подписано в печать 15.05.2013. Формат 60 × 90/16
Печать офсетная. Бумага офсетная.
Печ. л. 7. Тираж 100 экз. Заказ
Цена свободная
Отпечатано в ООО «ТиРу»:
119049, г. Москва, ул. Донская, д. 4, стр. 2
.