Оценка эффективности средств теплозащиты кабин операторов

Для создания необходимого микроклимата в кабинах машин используется целый ряд устройств, уменьшающих их перегрев в тёплый период года и переохлаждение в холодное время года. К ним относятся как пассивные средства (козырьки, шторки, жалюзи, экраны, дополнительная теплоизоляция, двойное остекление и др.), так и активные средства (обогреватели и охладители различных конструкций и принципов действия). Понятно, что как стоимость, так и эффективность этих средств находятся в очень широких пределах и для рационального их использования необходимо уметь оценивать их техническую (физическую) эффективность.

В настоящее время существует целый ряд показателей, которые предполагают косвенное определение эффективности с помощью абсолютного значения температуры или величиной различных коэффициентов (эффективности, экранирования, энергетической защиты и др.) [1-3]. Все они основаны на аналитическом решении системы уравнений теплового баланса с учетом технологических тепловыделений, работы обогревательных, охладительных и вентиляционных систем, наружных условий и теплофизических свойств ограждений. Это кропотливая работа, требующая специальной подготовки, порой дополнительных исследований, а поэтому не всегда решаемая в производственных условиях. К тому же, множество коэффициентов, используемых при такой оценке, обусловливают неудовлетворительную точность существующих методов. В связи с этим, была поставлена задача разработать методику инструментального определения эффективности отдельных устройств для нормализации микроклимата в кабинах тракторов, в их совокупности или в любом сочетании.

Отличительная особенность предлагаемого метода состоит в том, что он осуществляется экспериментальным способом с использованием серийных приборов и оборудования. Сущность метода состоит в искусственной компенсации теплопоступлений (теплопотерь) кабины средствами создания теплового комфорта. Осуществляется это следующим образом.

При определении эффективности средств теплозащиты в тёплый период года в исследуемую кабину устанавливают (и подготавливают к включению) нагреватель регулируемой мощности. После чего кабину закрывают. В установившемся тепловом состоянии и при выключенном положении средства тепловой защиты фиксируют уровень терморадиационной обстановки в кабине с помощью шарового термометра. Затем включают средство тепловой защиты (например, охладитель) При положительном эффекте испытываемого средства температура воздуха и внутренних поверхностей кабины понизятся, что отразит показание шарового термометра. Затем плавным регулированием мощности нагревателя температуру шарового термометра в кабине доводят до уровня, зафиксированного в начале эксперимента. Значение мощности нагревателя в этот момент и определяет эффект данного теплозащитного средства, т.е. то количество теплопоступлений, которое удалось отвести или нейтрализовать в кабине с помощью испытываемого средства.

На рис.1 приведена схема установки, с помощью которой реализуют предлагаемый способ оценки эффективности теплозащитных средств.

Рисунок 1 - Рекомендуемая схема соединения электроприборов при испытаниях эффективности теплозащитных средств: 1- регулятор напряжения; 2- нагреватель (тепловентилятор); 3- кабина; 4-шаровой термометр с термопарой; 5-регистрирующий прибор; 6-ваттметр.

Для определения эффективности теплозащитных устройств необходимо иметь шаровой термометр с погрешностью ± 0,1ºС, электронагреватель воздуха, регулятор напряжения и ваттметр. При этом мощность электронагревателя должна быть выше предполагаемого защитного эффекта, регулятор напряжения должен обеспечивать плавное регулирование напряжения во всем диапазоне, а ваттметр должен иметь погрешность не более ± 5Вт.

На рис.2 представлен график, по которому можно судить о последовательности проведения эксперимента и о его результатах для уменьшения перегрева кабин. Поясним это на примере определения эффективности экрана из листа асбоцемента, установленного над кровлей кабины трактора ДТ-75С.

Рисунок 2 - График изменения температуры шарового термометра при оценке эффективности теплозащитного экрана

Как видно из графика, установка экрана на кабину в 13 час.40 мин. вызвала снижение температуры шарового термометра на 1,8 ºС. В 14 час. 05 мин. был включен нагреватель на 200 Вт. Температура шарового термометра при этом повысилась на 1,1 ºС. В 14 час 05 мин. было дополнительно повышено напряжение на нагревателе 2 (см. рис. 1) при помощи регулятора напряжения 1 до уровня, определяющего суммарную мощность затрачиваемой электроэнергии в 350 Вт. При этом температура воздуха в кабине достигла первоначального значения.

Таким образом, эффективность теплозащиты при использовании экрана, отводящего прямую солнечную радиацию от кровли кабины, составляет 350 Вт.

При определении эффективности средств теплозащиты в холодный период года вначале фиксируют температуру шарового термометра при включенных средствах теплозащиты. Затем выключают их. При этом температура воздуха в кабине понижается. После этого доводят температуру шарового термометра до первоначального значения с помощью тепловентилятора. Мощность, потребляемая тепловентилятором, определяет эффективность испытуемого средства.

Работу по определению эффективности средств защиты можно проводить в двух кабинах, установленных рядом. Одну из них (экспериментальную) оборудуют средством защиты, другую 128

(контрольную) испытывают без средства защиты. В этом случае время проведения эксперимента значительно сокращается.

Наличие или отсутствие оператора в кабине не влияет на эффективность испытываемых средств, лишь бы он или постоянно находился в кабине, или постоянно отсутствовал.

Таким образом, предложенный инструментальный метод оценки эффективности теплозащиты кабин позволяет эффективно использовать    методику    инструментального определения эффективности отдельных устройств для нормализации микроклимата в кабинах тракторов, в их совокупности или в любом сочетании

ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». Россия, 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, д. 69.

THE ESTIMATION OF THE EFFECTIVENESS OF THERMAL PROTECTION OPERATOR CABIN

AI Gavrichenko , doctor of technical sciences , professor,

AN Shapovalov , a graduate student.

Orel State Agrarian University.