Устройство для приготовления защитных составов при консервации сельскохозяйственной техники

Проблема сохранности сельскохозяйственной техники в период эксплуатации и хранения заключается в постоянном воздействии на нее различных факторов: атмосферных осадков, повышенной влажности воздуха, перепадов температуры, примесей коррозионно-активных газов, солнечной радиации и технологических загрязнений, в результате чего металлические поверхности машин интенсивно корродируют [1 – 2].

Коррозионные разрушения интенсифицируют износ сопряжений и узлов трения, снижают усталостную прочность, что приводит к появлению многочисленных трещин и разрывов металла, особенно в тонколистовых металлоконструкциях и сварных соединениях [3–5].

Одним из наиболее распространенных путей решения указанной проблемы является нанесение на поверхности деталей сельскохозяйственной техники различных противокоррозионных защитных составов [6–7]. Оценка деятельности технической службы сельскохозяйственных организаций Нижегородской области показала, что противокоррозионные мероприятия часто проводятся не в полном объеме или не проводятся совсем [8]. Основными причинами сложившейся ситу- ации являются смещение агротехнических сроков выполнения полевых работ из-за погодных условий (например, поздняя уборка зерновых культур, картофеля и т. д.) и низкий уровень механизации процесса нанесения составов, поскольку большинство операций производится вручную с помощью шпателя или кисти. Таким образом, разработка механизированных способов приготовления и нанесения защитных составов является актуальной задачей.

Целью данной работы является ознакомление с предлагаемым оригинальным устройством для приготовления и нанесения защитных составов, а также определение теоретической зависимости его мощности от конструкционных параметров.

Обзор литературы

С целью качественной и своевременной защиты сельскохозяйственной техники авторами [4; 9–10] разработаны установки для приготовления и нанесения различных защитных противокоррозионных составов и смазок [6–7]. Основными недостатками данных устройств являются сложность конструкции, заключающаяся в наличии различных подвижных соединений внутри бака, преимущественный нагрев смазочного материала снизу установок, что не может обеспечить равномерный нагрев всего объема смазочного материала, и может привести к образованию технологических пауз (простоев) в ожидании необходимой температуры материала для нанесения и т. д.

Материалы и методы

Частично устранить указанные недостатки способно предлагаемое устройство (рис. 1), включающее систему косвенного нагрева смазочного материала модернизированным индукционным нагревателем [11] через теплоноситель, которая упростит его конструкцию и существенно повысит его надежность и ремонтопригодность.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является использование в качестве источника нагрева модернизированного индукционного водонагревателя и циркуляционного насоса, которые способствуют образованию турбулентного режима течения теплоносителя, благоприятствуют интенсификации теплообмена между нагреваемым материалом и теплоносителем за счет быстрого подвода теплоты к стенкам емкости, и, следовательно, увеличивают скорость нагрева защитного состава. Это обстоятельство ведет также к снижению удельных энергозатрат при приготовлении защитных смазок.

При проведении работ по консервации сельхозмашин устройство транспортируют на пост вручную и подключают к однофазной электрической сети. При достижении температуры, например, 55–60°С посредством температурного контролера индукционный нагреватель отключается, что не допускает перегрева смазки. После понижения температуры например до 45-50°С индукционный нагреватель снова включается и происходит нагрев воды и, как следствие, смазки.

Наличие в устройстве датчиков и температурного контроллера, регистрирующие элементы которых смонтированы в блоке управления, позволяет в автоматическом режиме поддерживать необходимую постоянную температуру нагреваемого материала для получения качественной защитной смазки необходимой консистенции.

Р и с. 1. Схема устройства для приготовления и нанесения защитных смазок: 1 – цилиндрический теплоизолированный корпус, 2 – теплоизолированная крышка, 3 – емкость, 4 – водяные патрубки, 5 – краны, 6 – циркуляционный насос, 7 – модернизированный индукционный водонагреватель, 8 – блок управления, 9 – мешалка, 10 – лопасти, 11 – датчик температуры, 12 – кран сливной, 13 – клапан спуска воздуха, 14 – патрубок отвода защитного состава, 15 – запорный кран, 16 – шланг

F i g. 1. Diagram of the device for the preparation and application of protective greases: 1 – cylindrical insulated body, 2 insulated cover, 3 – capacity, 4 water connection, 5 – valves, 6 – pump, 7 – upgraded induction heater, 8 – control unit, 9 – stirrer, 10 – blade, 11 – temperature sensor, 12 – drain tap, 13 – valve of air, 14 – water outlet of the protective composition, the 15 – stop tap, 16 – hose

Благодаря быстрому и равномерному распределению теплоты по всем поверхностям исключается тепловая деструкция компонентов защитной смазки и снижение ее антикоррозионных свойств.

В пистолет-распылитель подогретая смазка подается по шлангу за счет создаваемого разряжения. Сжатый воздух в пистолет-распылитель подается от компрессора под давлением, которое регулируют посредством пневморедуктора. Производится распыление горячей смазки воздухом, и нанесение ее на обрабатываемую поверхность машины.

Для приготовления битумных мастик в устройство закладывают битум, растворитель (например, бензин), выдерживают определенное время до образования вязкой консистентной массы и перемешивают мешалкой для получения однородной структуры, после чего битумную мастику можно наносить вручную на поверхности деталей машин кистью или шпателем.

Результаты исследования

В работе [12] при обосновании конструкционных параметров установки была определена система уравнений:

т. - т.                                           d 2

m • c cm • —'-нач- = k 2 • ( T - T 2 ) • 2 • n • L + k з ( T 2 - T 3 ) • n • т                                        4

- ²

P = k1 • (T1 - T3) • 2 • n • L + k3(T1 — T3) •n • "^p, где mсм – масса приготавливаемого защитного состава, кг; ссм – теплоемкость приготавливаемого защитного состава, Дж ; Т – конечная темпе-kg⋅K    2

Technical sciences ратура защитной смазки, K; Т2нач – начальная температура защитной смазки, К; τ – время нагрева, ч; k1, k2, k3 – коэффициенты теплопередачи, Bt ;

m ⋅ K

Т1 – температура теплоносителя; L – длина емкости для приготовления защитной смазки, м; d3 – внутренний диаметр емкости для приготовления защитной смазки, м; Р – мощность нагревателя, Вт; Т3 – температура окружающей среды, К. Из первого уравнения системы (1) выразим температуру Т1.

T 1 =

m cm

⋅ c_cm

T - T

2      2 нач

⋅

τ

-

2 ⋅ k ₂ ⋅ π ⋅ L

k 3 ( T 2 - T 3 ) ⋅ π ⋅ ^d ₄ ³²

2 ⋅ k ₂ ⋅ π ⋅ L

+ T ₂ .

Сгруппировав члены второго уравнения системы (1), получим:

P = 2 ⋅ π ⋅ L ⋅ k ₁ ⋅ T ₁ - 2 ⋅ π ⋅ L ⋅ k ₁ ⋅ T ₃ + π ⋅ ³ ⋅ k ₃ ⋅ T ₁ - π ⋅ ³ ⋅ k ₃ ⋅ T ₃

P = 1 2 • п • L • к 1 +

п • d2 ,

3 k

• T 1

2 • п • L • к 1 +

п • d 32

P = ( T 1 - T 3 ) -1 2 ■ п ■ L ■ к 1 +

п ■ d2 _

3 k

.

Выражение (2) подставим в уравнение (3) и преобразуем:

(

m

P =

cm

' c cm

, 2 2 нач

т

—

2 ■ к 2 ■ п ■ L

к з ( Т 2 — T 3 ) ■ П ■ d³---------------4- + T ₂ — T ₃

2 ■ к 2 ■ п ■ L

1^          ,    п ■ d 3

■ 2 ■ п ■ L ■ к , +--

[                1        4

Результаты исследования

Задав необходимые параметры, по формуле (4), определим зависимость искомой мощности Р при нагреве защитной смазки до температуры Т₂ = 60 ºС, от количества нагреваемой защитной смазки m_см = 40 и 80 кг, времени нагрева τ , а также температуры окружающей среды Т₃ = 18 ºС.

Обсуждение и заключения

Полученное теоретическое выражение (4) при определении потребляемой мощности устройства учитывает не только его конструкционные параметры (геометрические размеры, толщину и свойства теплоизоляционного материала), но и режимные: количество защитного состава, время и температуру нагрева.

Как видно из рис. 2, при увеличении мощности нагревателя теоретическое время нагрева значительно сокращается. Кроме этого, следует учитывать, что применение избыточно мощного индукционного водонагревателя ведет к неоправданному увеличению стоимости установки. Также возможен неравномерный нагрев смазочного материала в центре емкости установки вследствие срабатывания автоматики при достижении теплоносителем и пристеночными слоями защитной смазки необходимой температуры. В процессе консервации техники, необходимо максимально сократить время приготовления в случае израсходования всего находящегося в устройстве защитного состава.

Р и с. 2. Теоретические зависимости изменения времени нагрева τ защитной смазки от мощности нагревателя Р

F i g. 2. Theoretical dependence of change of the heating time τ protective grease from the heating power P

Таким образом, для нагрева 40 и 80 кг защитного состава в течение 30–40 мин потребуется индукционный нагрева- тель мощностью 7 и 15 кВт, который отвечает всем вышеперечисленным требованиям.