Повышение сохраняемости сельскохозяйственной техники при хранении в закрытом помещении

Сельскохозяйственное производство отличается от других отраслей: большинство техники используется непродолжительное время в течение года. Время использования – 10–15% от годового цикла. В оставшееся время необходимо обеспечить сохраняемость машин, так как у них достаточно высокая стоимость. Надежность и работоспособность сельскохозяйственной техники во многом зависят от правильного хранения [1]. Если внешний вид трактора или комбайна остается таким же, каким он был до постановки на хранение, это еще не свидетельство хорошего состояния внутренних агрегатов, это невозможно оценить визуально. Нередко влага просачивается во внутренние полости различных устройств, ухудшая их надежность и машины в целом [2]. Кроме того, влага способствует началу коррозионных процессов внутри подшипников и деталей, работающих в сложных условиях с малыми зазорами. Продукты коррозионных процессов затрудняют вращение деталей, вызывая повышение температуры и затруднительное вращение, в итоге сокращается ресурс узла.

Таким образом, повышение сохраняемости сельскохозяйственной техники в период ее хранения для увеличения срока ее службы, работоспособности и надежности – актуальный вопрос, варианты его решения предлагаются в статье, это цель данной работы.

Для достижения цели необходимо выполнить задачи:

– проанализировать факторы, влияющие на состояние техники в нерабочий период, и выявить наиболее агрессивные;

– разработать мероприятия, способствующие улучшению условий ее хранения;

– обосновать предложенные решения.

На качественное хранение и сервисное обслуживание сельскохозяйственных машин влияет достаточно много факторов, основные представлены на рис. 1.

Капиталовложения

Зана обслуживания

Энергозатраты

Трудозатраты

Сельскохозяйственные машины

Обеспеченность сервисной базой

Наличие трудовых ресурсов

Производительность работ

Затраты на обслуживание

Качество сервисного обслуживания

Квалификация ослужиВающего

Технологический уробень

Ресурсосбережение

Экологичность

персонала

Рис. 1. Влияние факторов на качественное хранение и сервисное обслуживание сельскохозяйственных машин

Комплексные эксплуатационные показатели хранящейся машины и затраты, связанные с процессом хранения техники, зависят от четырех групповых значений: от организационных и технико-экономических показателей, а также от критериев качества хранения и сервисного обслуживания. На первый взгляд, организационные и техникоэкономические показатели, не связанные с качеством сохраняемости машины, играют немаловажную роль как при формировании затрат, так и при надежной консервации техники. Организационные показатели влияют на специфические особенности зоны обслуживания – климат, загрязненность воздуха разными примесями, воздействующими на технику, контакт агрегатов при работе с агрессивными материалами и т.п. Для устранения этих особенностей необходимо использовать квалифицированный персонал, способный оценить влияние того или иного негативного фактора и устранить его последствия при хранении [3]. Возможна экономия денежных средств за счет умень- шения затрат на техническое обслуживание техники в период хранения без вреда для ее сохраняемости при использовании современного оборудования и материалов при консервации.

При учете технико-экономических показателей уменьшаются трудозатраты и увеличивается производительности труда за счет грамотного капиталовложения, покупки современного оборудования и используемых материалов, внедрения новых технологических процессов и своевременного повышения квалификации персонала. Прогрессивные технологии также способствуют созданию более благоприятных условий для техники, а следовательно, и надежному сохранению работоспособности машинно-тракторного парка в период хранения [4].

Не последняя роль у способа хранения, если мы говорим о качестве сохранности объекта. Известно, что наиболее оптимальный – комбинированный, так как сочетает оптимальные условия хранения и относительно небольшие затраты. Закрытый способ хранения также может иметь место, если в наличии достаточно площадей удовлетворительного качества и 100%-ная заполняемость их машинно-тракторным парком на период хранения. На открытых площадках, как правило, хранят простые сельскохозяйственные машины, не имеющие материалов, подверженных износу в условиях открытой среды [5].

Высокая приспособленность машин к хранению способствует более надежной защите от коррозии при постановке и легкости обслуживания в период хранения, а также значительному сокращению процессов коррозии в труднодоступных местах хранящегося объекта. Методы оценки качества хранения помогают выявлению слабых мест в организации производственных процессов и своевременному устранению негативных факторов, влияющих на него.

Для качества сервисного обслуживания характерны ресурсосбережение и экологическая безопасность, также зависит оно от применяемого оборудования и квалификации персонала.

В работах многих ученых приведены основные причины снижения работоспособности сельскохозяйственной техники в период хранения. В основном это неблагоприятные воздействия окружающей среды [6].

Хранящийся объект можно защитить от негативных факторов окружающей среды. Такие факторы, как солнечную радиацию, дождь или снег, можно исключить, разместив объект в помещении или под навес. Но от коррозионных разрушений это не всегда помогает, так как коррозионные процессы могут происходить из-за конденсации влаги на металлических поверхностях хранящейся техники [7].

Наиболее часто конденсат образуется в вечерние и утренние часы, когда прекращается или только начинает поступать тепло от солнца. В это время возникает температурный дисбаланс между хранящимся объектом и окружающим воздушным пространством. Это явление возникает по причине разной скорости изменения температур воздуха и более плотного материала хранящегося объекта. Когда температурный дисбаланс объекта хранения и воздуха становится критическим, начинает формироваться конденсат, скапливающийся на поверхности хранящейся техники [8].

Материалы и методы

При хранении техники закрытым способом скорость охлаждения поверхности машины значительно снижается. Это способствует сохранению температурного баланса и практически исключает образование конденсата. Данное условие возможно только в помещении, где хранящаяся техника надежно законсервирована, исключен ее контакт с окружающей средой либо он минимален [9]. Помещение должно надежно защищать технику от попадания атмосферных осадков, солнечной радиации и других отрицательных факторов, которые могут пагубно отразиться на ее сохранности. Температура внутри помещения не должна резко изменяться. Для этого предлагается обустроить его системой вентиляции, которая поможет контролировать среду внутреннего пространства.

Так как помещения, где хранится техника, как правило, не отапливаются, а резкие перепады температуры могут оказывать влияние на микроклимат, здание необходимо оборудовать вентиляционной системой. Этот вариант будет способствовать более плавному изменению температуры внутри помещения путем частичной замены воздуха с одновременным его осушением. Для реализации проекта необходимо разработать вентиляционную систему, которая поможет избавиться от резких перепадов температуры и высокой влажности воздуха (рис. 2).

Рис. 2. Схема рециркуляционной вентиляционной системы: 1 – воздухоприемник для забора воздуха с улицы; 2 – воздуховоды; 3 – фильтр для очистки воздуха; 4 – калорифер; 5 – приточный вентилятор;

6 – приточные распределители; 7 – воздуховод для выброса удаляемого воздуха в атмосферу;

8 – вентилятор; 9 – воздухозаборные отверстия для удаляемого воздуха

Предлагаемая система вентиляции поможет эффективно бороться с выпадением конденсата путем частичной замены воздуха и удалением лишней влаги. Для подобного типа системы характерна рециркуляционная (разомкнутая) схема.

Ее работа позволяет проводить рециркуляцию воздуха с частичным добавлением свежего воздуха, не более 10–15% от общего подаваемого объема.

Вентиляционная система состоит из двух подсистем. Первая подсистема забирает чистый воздух из атмосферы и подает в воздухоприемник 1 , далее он по воздуховоду 2 поступает в фильтр для очистки воздуха 3 , после очищенный воздух поступает в калорифер 4 , где происходит процесс его нагревания (если это необходимо), далее при помощи вентилятора 5 подготовленный воздух поступает в помещение через приточные распределители 6 .

Вторая подсистема отсасывает увлажненный воздух, который образуется в помещении через воздухозаборные отверстия 9 с помощью вентилятора 8 и частично удаля- ется из помещения в атмосферу через вытяжную трубу 7, а оставшийся воздух поступает в подсистему 1 для дальнейшего использования.

Предложенная вентиляционная система будет включаться автоматически, как только будет происходить изменение температуры в заданных параметрах, при помощи датчиков TST06 и астатического регулятора. Включается регулятор при отклонении параметра от заданного и выключается, когда показатель снова принимает нужные значения. Направления хода регулирующего органа могут изменяться в зависимости от показателей.

В таких регуляторах возможно создание зоны нечувствительности, в пределах которой изменение параметра не вызывает перемещений регулирующего органа, при этом скорость регулировки прямо пропорциональна величине отклонения контролируемого показателя.

Процесс регулирования температуры при изменении расхода или увеличении тепла отображен на графике (рис. 3).

Рис. 3. График временных характеристик интегрального регулирования

На рис. 3 регулируемый параметр медленно возвращается к заданному значению. Как только приходит в норму, отключается питание вентиляционной системы.

Воздухозаборные отверстия для удаляемого воздуха будут располагаться в верхней части помещения, подаваемый воздух – в нижней. Такое расположение способствует естественной циркуляции воздушных масс внутри помещения, сводя к минимуму возникновения застойных зон воздуха.

Тепловой баланс помещения для хранения техники показан на схеме (рис. 4): представлены все поступления и потери теплоты при положительной и отрицательной температуре воздуха.

Рассмотрим тепловой баланс объектов, находящихся на хранении в закрытом помещении с вентиляционным оборудованием, который поможет избежать возникновения неблагоприятных условий хранения из-за резкого изменения погодных условий.

Для изменения температуры в холодное время года количество теплоты Q к , поглощающееся объектом хранения и изменяющее его тепловое состояние, суммируется из тепловых потерь через ворота – Q от– ; тепловых потерь через стены – Q с– ; тепловых потерь через крышу – Q кр– ; тепловых поступлений через вентиляцию – Q вен+ , тепловых потерь через пол – Q п– , а также от тепловых потерь через вентиляцию – Q вен– и может быть определено выражением [4]

Q к = Q от– + Q кр– + Q вен+ + Q с– + Q п– + Q обн– . (1)

Рис. 4. Структура теплового баланса здания для хранения техники:

1 – тепловые потери через пол, Q п– ; 2 – теплопоступление через вентиляцию Q вен+ ;

3 – тепловые потери через ворота, Q_от–; 4 – тепловые потери через стены, Q_с–; 5 – тепловые потери через крышу, Q_кр–; 6 – тепловые потери за счет обновления воздуха Q_обн–; 7 – тепловые поступления через крышу, Q кр+ ; 8 – тепловые поступления через стены, Q с+ ; 9 – тепловые поступления от солнечной радиации через ворота, Q от+ ; 10 – обновление воздуха, Q обн± ; 11 – забор воздуха через вентиляцию Q вен–

Образование влаги на поверхности хранящегося объекта наблюдается при значительной разнице температур воздушного пространства внутри помещения и теплоты поверхности хранящейся машины Q к .

Q от– + Q кр– + Q с– + Q вен+ + Q п– + Q обн– < Q к .                    (2)

При закрытом способе хранения конденсация влаги на поверхности машины возможна при резком изменении температуры воздуха внутри помещения. Для поддержания стабильной температуры, когда скорость изменения температуры не превышает допустимые значения, будет использоваться вентиляционная система.

Количеством теплоты от пола можно пренебречь, так как это значение не может резко повышаться или понижаться.

Q от– + Q кр– + Q с– + Q вен+ + Q обн– < Q к .                       (3)

Тепловой баланс будет зависеть от количества теплоты, поглощаемого машиной и идущего на изменение ее теплового состояния для отрезка времени dt, в этом случае определяются условия теплового баланса

γ Gd Δ T – (q от– dt + q кр– dt + q с– dt + q вен– dt) ≈ 0.                       (4)

где q от– – количество теплоты, поступившей к машине от ворот за единицу времени, Дж/с;

q с– – количество теплоты, поступившей к машине от стен за единицу времени, Дж/с;

q кр– – количество теплоты, поступившей к машине от крыши за единицу времени, Дж/с;

q вен– – количество теплоты, поступившей к машине от вентиляции за единицу времени, Дж/с;

γ – коэффициент теплоемкости машины, Дж/(кг·град);

G – масса машины, кг;

dJT - изменение теплового состояния машины за единицу времени dt, град.

Математическое выражение (4) описывает температурный режим хранения сельскохозяйственных машин в помещении в холодное время года [4]. Данное выражение показывает изменения температуры под действием внешних факторов за определенный промежуток времени dt , оказывающей влияние на тепловой баланс внутри помещения для хранения техники с самим хранящимся объектом [10].

В случае если результат выражения (4) будет отклоняться от нулевого значения, произойдет автоматическое включение вентиляции для устранения дисбаланса.

В теплое время года тепловой баланс внутри помещений значительно отличается от температурных изменений в холодное время. Для изменения температуры в теплое время количество теплоты Q к , поглощающееся объектом хранения и изменяющее его тепловое состояния, суммируется от тепла, поступающего через стены – Q с+ ; тепловых поступлений от солнечной радиации через ворота – Q от+ ; тепловые поступления через крышу – Q кр+ и обновление воздуха – Q обн± , оно может быть определено выражением

Q к = Q с+ + Q от+ + Q кр+ + Q обн± . (5)

Все эти факторы, хоть и влияют на изменение температуры внутри помещения для хранения техники, но это происходит достаточно плавно, без резких перепадов температуры. По этой причине в теплое время года тепловой баланс в закрытом помещении, где хранится техника, не зависит от перепадов температуры внешней среды.

Как правило, в теплое время выпадение конденсата наблюдается в период, когда происходит расконсервация помещения. При открытии ворот происходит резкий перепад температур внутри помещения, приводя к выпадению конденсата на хранящуюся технику.

Q с+ + Q от+ + Q кр+ + Q обн± > Q к . (6)

Технику, снимаемую с хранения, перемещают на машинный двор. Там она высыхает, не получая никаких отрицательных воздействий от конденсата, выпавшего на ней в момент расконсервации. Как правило, в помещениях хранится не один тип техники, поэтому оставшиеся объекты подвергаются коррозионным процессам. Для избежания подобных явлений необходимо перед расконсервацией помещения включить вентиляцию, плавно уравновесить температуры внутри помещения и снаружи. При включении вентиляции параметр обновления воздуха меняет свое значение, так как в момент включения происходит изменение направления воздушного потока (на рис. 3 пунктирными линиями обозначены изменения теплового баланса после включения вентиляции). До включения воздух был направлен наружу, тем самым выводил часть охлажденного воздуха из помещения. После начала работы вентиляционной системы из-за принудительного забора воздуха из помещения воздух начинает поступает снаружи, но достаточно малыми порциями, чтобы избежать резкого перепада температуры.

Так как теплопоступления через стены и крышу изменяют температуру медленно и не влияют на тепловой баланс в момент работы вентиляции, ими можно пренебречь. С учетом вышесказанного выражение принимает вид

Q вен– + Q от+ + Q обн± ≈ Q к . (7)

Количество теплоты за определенный промежуток теплого времени года, поглощаемое машиной в закрытом помещении и идущее на изменение ее температурного состояния, для отрезка времени dt принимает вид:

q от– dt + q обн± dt + q вен– dt – γ Gd Δ T ≈ 0. (8)

Так как вентиляция постепенно выравнивает температурный баланс окружающей среды и помещения, выпадения конденсации не будет.

Данная математическая модель позволяет доказать эффективность работы вентиляционной системы в теплое и холодное время года в закрытом помещении.

Результаты исследований

Проведенные испытания на практике подтверждают теоретические изыскания. Для составления аналитической информации проводились замеры изменения температуры и влажности воздуха в течение года в неотапливаемом гараже, построенном из кирпича. Также проводился мониторинг за состоянием техники, находившейся в этом помещении, на предмет выпадения конденсата на металлических поверхностях. Измерения температуры и влажности воздуха осуществлялись с помощью комбинированного преобразователя влажности и температуры KLU 100-N, который измерял влажность воздуха при помощи емкостного датчика, а температуру воздуха при помощи датчика NTC10.

Наиболее часто выпадения осадка наблюдались в осенний и весенний периоды. По нашему мнению, это происходило по причине резких перепадов температур в это время года. В основном конденсат отмечен ранним утром, после рассвета и поздним вечером, после заката.

Как показали наблюдения, для выпадения конденсата при влажности воздуха 65% достаточно изменения температуры воздуха на 8ºС в течение 10 мин. Если влажность воздуха еще больше, появление росы наблюдается при значительно меньшем перепаде температуры – 4–6ºС.

Заключение

Использование рециркуляционной вентиляционной системы при закрытом способе хранения минимизирует коррозионные процессы на хранящейся технике. Так как вероятность выпадения конденсата зависит от влажности воздуха, необходимо понижать этот параметр с помощью калорифера, входящего в предлагаемую систему вентилирования.

M.S. MedvedevKrasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk

Increasing the preservation ability of agricultural machinery when storing indoors