Результаты температурно-динамических испытаний автотракторной кабины в лаборатории с климатической камерой

Большие размеры автотракторной техники требуют значительного увеличения размеров климатической камеры, сложной системы отвода перегретого воздуха и т.д. Поэтому представляется более рациональным решение вопроса путем создания лабораторной установки по испытанию теплоизоляционных свойств кабины в различной комплектации теплоизоляционным материалом, а также различных конструкций систем кондиционирования воздуха. Это позволит получать данные, которые можно сравнивать друг с другом, а в реальных условиях проводить лишь контрольные замеры в отдельных точках, что существенно снизит затрата на исследования при получении более полной картины явлений.

В основу разрабатываемой лабораторной установки положена представленная в [1] модель теплового баланса кабины автотракторной техники. На рис. 1 показана схема лабораторной установки для исследования кабин автотракторной техники. На рис. 1 представлена непосредственно экспериментальная установка, на которой проводились исследования теплового баланса кабины трактора К-701М.

Методика исследований основывается на тех же принципах, что описаны источниках [1, 2], т.е. устанавливается заданная температура воздуха вокруг кабины, устанавливается режим: инсоляция включена или отключена, калорифер включен или отключен (имитация двигателя), если включен, то устанавливается определенный расход воздуха по скоростному напору. После чего проводится замер и запись всех измеряемых параметров, включается СКВ и с определенными интервалами (не менее 10 минут) записываются измеряемые параметры до установившегося режима. Один режим проходит в течение двух - четырех часов. Обработка данных проводится также, как описано в разделе 2, [3].

Рисунок 1 - Схема лабораторной установки для измерения тепловой нагрузки на кондиционер: 1 и 2 - датчики температуры на входе и выходе из кондиционера; 3 - датчики температуры по объему кабины; 4 - нагреватель масла гидравлической системы; 5 - калорифер, имитирующий поток подкапотного воздуха; 6 - подогреватель, имитирующий тепловой поток от трансмиссии

На рис. 2 -14 представлены процессы изменения осредненных температур ограждений, как внутренних, так и наружных, а также воздуха в кабине, в подкапотном пространстве, вокруг кабины при работе СКВ и различных условиях: включенной и отключенной имитации солнечной радиации, при работающем и неработающем двигателе, а также при закрытых теплоизоляционным материалом прозрач- ных ограждений и крыши кабины для определения составляющих теплового баланса, [5].

Рисунок 2. Характер изменения температур при воздействий прямой инсоляции и последующим ее отключением. Транспортное средство стоит на месте, двигатель не работает,               , [2]:

1 - крыша кабины; 2 - передняя наружная стенка (подкапотная часть); 3 - днище кабины (наружная часть); 4 - потолок кабины; 5 - передняя стенка кабины (внутренняя часть); 6 - воздух кабины

Рисунок 3 - Средние скорости изменения температуры : 1, 2 - соответственно потолка и воздуха кабины при включенной инсоляции; 3, 4 - соответственно потолка и воздуха при отключенной инсоляции

Рисунок 4 - Характер изменения температур при неподвижном транспортное средствое,

: 1 - наружной поверхности крыши; 2 - воздуха окружающего кабину; 3 - поверхности потолка; 4 - воздухе в кабине; 5 - пола кабины

Рисунок 5 - Зависимость средней скорости изменения температуры в кабине: 1 – воздуха в кабине; 2 – потолка; 3 – пола кабины; 4 – воздуха кабины без инсоляции

Рисунок 8 - Характер изменения средних температур при стоящем транспортном средстве и отключённой инсоляции,          :

1 – температура передней стенки наружной подкапотной части; 2 – средневзвешенная температура окружающего воздуха; 3 – внутренней поверхности передней стенки; 4 – воздуха кабины;

5 – пола кабины (внутренней части)

Рисунок 6 - Изменение температуры: на входе 1 и выходе 2 из СКВ при включённой инсоляции; на входе 3 и выходе 4 при отключённой инсоляции;

Рисунок 9 - Изменение во времени перепада температур воздуха: на входе и выходе СКВ, двигатель не работает,            , [3]

Рисунок 7 - Характер изменения средних температур при стоящем транспортном средстве, включённой инсоляции и            : 1 - наружная поверхность передней стенки; 2 – наружная поверхность задней стенки; 3 – внутренняя поверхность задней стенки; 4 – внутренняя поверхность передней стенки; 5 – воздуха кабины

Рисунок 10 - Изменение во времени перепада температур воздуха на входе и выходе из кондиционера: 1 – окна закрыты теплоизоляцией, инсоляция включена, двигатель не работает, ,           ; 2 – окна закрыты тепло изоляцией, инсоляция отключена, двигатель не работает           ,            ; 3 – окна закрыты теплоизоляцией, инсоляция отключена, двигатель не работает             ,

Рисунок 11 – Изменение во времени перепада температур на входе и выходе из СКВ при следующих условиях, [1]: 1 – инсоляция отключена, двигатель, коробка передач (КП) и гидросистема. работают на х.х., окна, крыша закрыты теплоизоляцией,             ,

; 2 – инсоляция отключена, двигатель не работает, окна, крыша закрыты теплоизоляцией, ,             .; 3 - инсоляция отключена двигатель, КП и гидр, работают на х.х., окна, крыша закрыты теплоизоляцией,           ,

Рисунок 12 – Характер изменения средних температур элементов кабины во времени при работе двигателя, инсоляция отсутствует, [1]:1 – воздух подкапотного пространства; 2 – наружная передняя стенка (подкапотная часть); 3 – наружная задняя стенка (за масляным бакoм); 4 – средневзвешенная температура воздуха вокруг кабины; 5 – передняя часть; 6 – воздух кабины; 7 – перепад температур на входе и выходе из СКВ.

По характеру кривых видно, что стабилизация температур воздуха в кабине и панелей достигается, но при заданной мощности СКВ время стабилизации достигает 60 и более минут. На рис. 3 и 5 показан характер изменения средней скорости воздуха кабины и ряда панелей по временным интервалам в 15 – 20 минут.

На рис. 2 представлен процесс изменения осредненной (по 8-ми точкам) температуры крыши кабины (кривая 1) и потолка (кривая 4) для стоящего с неработающим двигателем автотракторной техники при воздействии прямой (перпендикулярной поверхности крыши) инсоляции и с работающей в кабине системы кон- диционирования воздуха, БК-1500 и с последующим отключением инсоляции, [6]. Средневзвешенная температура окружающего воздуха Как следует из представленных данных (рис. 2 и 4) температура крыши достигает 64-68°С. В реальных условиях температура крыш кабин достигает 62-72°С [7] так, что установленная в ЛКИТА имитация солнечной

Рисунок 13 – Характер изменения температур в кабине: 1 – окружающий воздух; 2 – передняя наружная стенка (подкапотная часть); 3 – передняя внутренняя поверхность стенки; 4 – воздух в кабине

Рисунок 14 – Характер изменения средних температур элементов кабины при работе двигателя и отключении СКВ, [4]: 1 – воздух в подкапотном пространстве; 2 – передняя наружная стенка в подкапотном пространстве; 3 – наружная часть пола; 4 – передняя внутренняя стенка; 5 – задняя наружная стенка; 6 – воздух в кабине; 7 – средневзвешенная температура окружающего кабину воздуха; 8 – перепад температур на входе и выходе из СКВ

В табл. 1 представлены полученные значения температур при работе двигателя в подкапотном пространстве, на передней стенке, на задней и т.д. Принятые обозначения установившейся температуры следующие:    – сред- невзвешенная воздуха, окружающего кабину;

– воздуха в кабине;        – воздуха в подкапотном пространстве около кабины;

– передней стенки ограниченной подкапотным пространством;     – наружной части пола;         – наружной части крыши;

– наружная часть задней стенки, закрытая баком гидросистемы. Эти данные необходимы и будут использованы для имитации тепловых нагрузок при исследованиях в ЛКИТА теплозащитных качеств кабины автотракторной техники и ее теплового баланса, [8].

Таблица 1 – Температура (в °С) элементов кабины при работе транспортного средства в климатической камере ЛКИТА (температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения 85 – 90°С)

t окр °С							Условия опыта
44,5	32,5	71	67	64	47,5	68	Окна теплоизол. n=1500 мин-1
46,5	42	68,5	68	60	59	71,5	СКВ отключена
46,9	28,3	68,5	64,5	63	40,5	54,5	Окна теплоизол. n=1500 мин-1
48,5	28,7	68	64	61	34	63,5	Крыши тепло-изол.
49,3	28,35	63	-	60	40	63,5	– –
50	36,5	70	68	61	47,2	62,5	n=1500 мин-1
51,5	37,5	71	67	60	52	66	– –
51,8	36,5	78,5	75,5	68,5	56	75,5	Окна теплоизол. n e = max
55	38,5	70	68	63	54	70	n=1500 мин-1

Таблица 2 – Результаты эксперимента при закрытых теплоизоляционным материалом окнах и крыши испытуемой кабины, [2]

Номер эксперимента	Q, Вт	K, Вт/м2°С			Δt’, °С	Δt СКВ , °С
Условие	Двигатель не работает; инсоляция включена; окна закрыты теплоизоляцией
1	1355	6,0	48,5	31,6	16,95	8,37
Условие	Двигатель не работает; инсоляция отключена; окна закрыты теплоизоляцией
2	985	3,64	45	24,67	20,33	6,02
3	1043	3,83	46	25,54	20,4	6,45
4	1125	3,78	30,8	8,62	22,25	6,32
Среднее значение	-	3,75	-	-	-	-
Условие	Двигатель работает; инсоляция отключена; окна закрыты теплоизоляцией
5	1720	6,5	46,8	28,3	18,7	10,3
Условие	Двигатель работает; окна, крыша закрыты теплоизоляцией; инсоляция отключена
6	1368	4,9	49,3	28,4	21	8,2
7	1425	5,4	48,5	28,7	19,8	8,7
Среднее значение	-	5,21	-	-	-	-
Условие	Двигатель не работает; окна и крыша закрыты; инсоляция отключена
8	987	3,41	43,4	21,8	21,7	5,94

В табл. 1 – 2 представлены результаты исследования теплового баланса кабины авто- тракторной техники при различных температурах окружающего воздуха, а также влияние те- плоизоляции отдельное панелей (крыши и окон) на составляющие теплового баланса. При этом получены коэффициенты теплопередачи кабины в целом для разных условий. В источнике [9] выполнен анализ теплопритоков при условии, что в соответствии с ГОСТ 12.2.01986, температура в кабине tкаб = 28°С, а температура окружающей среды tокр= 51 – 52 °С, т.е. при температурном напоре Δt’ = 23,9°С. Из табл. следует, что при исследованиях теплового баланса кабин наибольшее влияние оказывает инсоляция, особенно проникающая через прозрачные панели кабины, а также интенсивно нагревающая крышу (потолок) кабины (см. рис. 2 и 4).

Выводы:

• 1.    Разработанная методика температурнодинамических испытаний кабины автотракторной техники в климатической камере ОНИЛТА СПбГАУ предусматривает достаточно полную имитацию воздействия на кабину окружающей среды, в частности инсоляции, высокой (до 60°С) температуры воздуха и ветра.

• 2.    Проведенная отработка методики позволила установить температурный уровень теплового воздействия отдельных элементов конструкции автотракторной техники (моторного отделения, коробки передач, баков гидросистемы и т.д.) и окружающей среды. Эти данные были положены в основу исследования теплового баланса кабины трактора К-701М.

• 3.    При предварительных исследованиях теплового баланса кабины автотракторной техники установлено, что наибольшее влияние на микроклимат в кабине оказывает инсоляция, особенно проникающая через прозрачные панели (стекла).