vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2024-18-3-23-30vimjour-599Research ArticleИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕINNOVATIVE TECHNOLOGIES AND EQUIPMENTТехнологическая схема использования теплоты отработавших газов самоходной машиныTechnological Scheme for Utilizing Exhaust Gas Heat from a Self-Propelled MachineИвановН. М.IvanovN. M.

Николай Михайлович Иванов, член-корреспондент РАН, профессор, доктор технических наук, главный научный сотрудник

Новосибирская область

г. Новосибирск

Nikolay M. Ivanov, corresponding member of the RAS, professor, Dr.Sc.(Eng.), chief researcher

Novosibirsk region

Novosibirsk

sibime@sfsca.ruИванниковА. Б.IvannikovA. B.

Алексей Борисович Иванников, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник

Новосибирская область

г. Новосибирск

Aleksey B. Ivannikov, Ph.D.(Eng), associate professor, leading researcher

Novosibirsk region

Novosibirsk

ivannikovab@sfsca.ruДусантаевА. И.DusantaevA. I.

Азамат Истлеуович Дусантаев, аспирант

Новосибирская область

Azamat I. Dusantaev, Ph.D.(Eng) student

Novosibirsk region

sibime@sfsca.ruКрохтаГ. М.KrochtaG. M.

Геннадий Михайлович Крохта, доктор технических наук, профессор

г. Новосибирск

Gennadiy M. Krochta, Dr.Sc.(Eng), professor

Novosibirsk

krumva@mail.ruКрумВ. А.KrumV. A.

Василий Андреевич Крум, кандидат технических наук, доцент

г. Новосибирск

Vasily A. Krum, Ph.D.(Eng), associate professor

Novosibirsk

krumva@mail.ruСибирский федеральный научный центр агробиотехнологий РАН; Новосибирский государственный аграрный университетРоссияSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State Agrarian UniversityRussian FederationСибирский федеральный научный центр агробиотехнологий РАНРоссияSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences of the Russian Academy of SciencesRussian FederationНовосибирский государственный аграрный университетРоссияNovosibirsk State Agrarian UniversityRussian Federation2024240920241832330Copyright © Иванов Н.М., Иванников А.Б., Дусантаев А.И., Крохта Г.М., Крум В.А., 20242024Иванов Н.М., Иванников А.Б., Дусантаев А.И., Крохта Г.М., Крум В.А.Ivanov N.M., Ivannikov A.B., Dusantaev A.I., Krochta G.M., Krum V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/599

Эффективность машинно-тракторного парка во многом зависит от условий эксплуатации. Чем жестче условия (в основном климатические), тем больше отказов, что приводит к снижению долговечности и эффективности использования техники. Уменьшить количество отказов и потери мощности в моторно-трансмиссионной установке, а также повысить топливную экономичность возможно за счет использования бросовой теплоты двигателя внутреннего сгорания. Это позволяет обеспечить оптимальный температурный режим в основных узлах машин при отрицательной температуре окружающей среды. (Цель исследования) Разработать технологическую схему применения бросовой теплоты двигателя внутреннего сгорания в виде теплоты отработавших газов для поддержания оптимальной температуры в основных узлах машинно-тракторного агрегата. (Материалы и методы) Изучили и оценили потенциальную возможность использования теплоты отработавших газов в разрабатываемой схеме. Исследования проводили на экспериментальной установке. При обработке результатов применен эксергетический метод исследования. (Результаты и обсуждение) Установлено, что величина мощности теплового потока отработавших газов на различных режимах работы двигателя создает благоприятные условия для его использования в предлагаемой схеме. Разработана и запатентована система поддержания заданного температурного режима в основных узлах и прицепном агрегате самоходной машины. (Выводы) Наличие в отработавших газах существенной по величине кинетической и тепловой энергии создает возможность ее вторичного использования. Составлена технологическая схема использования теплоты отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в виде системы поддержания заданного температурного режима в основных узлах и прицепном агрегате самоходной машины. Применение разработанной системы позволит максимально повысить коэффициент полезного использования теплоты, выделившейся при сгорании в двигателе топлива.

The paper shows that the efficiency of the machine and tractor fleet is significantly influenced by operating conditions. It is known that the harsher the operating conditions, particularly those related to climate, the higher the frequency of failures, which, in turn, results in the reduced durability and efficiency of the equipment. One way to mitigate failures and power losses in the motor-transmission unit, as well as improve fuel efficiency, is by utilizing the waste heat from the internal combustion engine. This approach ensures an optimal temperature in the main units of the machinery at negative ambient temperatures. (Research purpose) The research aims to develop a technological scheme for utilizing waste heat from the internal combustion engine, specifically the heat from exhaust gases, to maintain the optimal temperature in the main units of the machine and tractor unit. (Materials and methods) The potential for using exhaust gas heat in the proposed scheme was studied and assessed using an experimental setup. The results were processed using the exergy research method. (Results and discussion) It is found that the power of the exhaust gas heat fl w at various engine operating modes provides favorable conditions for its utilization in the proposed scheme. Based on the research results, a system for maintaining a set temperature regime in the main units and trailer unit of a self-propelled machine was developed and patented. (Conclusions) The presence of significant kinetic and thermal energy in the exhaust gases enables its secondary use. A technological scheme for utilizing the heat of exhaust gases from internal combustion engines has been developed as a system for maintaining a set temperature regime in the main units and trailer unit of a self-propelled machine. The application of the developed system will maximize the utilization coefficient of the heat released during fuel combustion in the engine.

двигатель внутреннего сгоранияпрогревсистемабросовая теплотаотработавшие газыinternal combustion enginewarming upsystemwaste heatexhaust gasesReferencesРазяпов М.М. Повышение надежности агрегатов трансмиссии автотракторной техники при эксплуатации в условиях низких температур // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2020. N2(26). С. 77-86. EDN: JJLVMR.Razyapov M. Increasing the reliability of transmission units of autotractor equipment when operating under the conditions of low temperatures. Innovations in agricultural complex: problems and perspectives. 2020. N2(26). 77-86 (In Russian). EDN: JJLVMR.Сырбаков А.П., Бережнов Н.Н., Корчуганова М.А., Матяш С.П. Тепловая подготовкадизельных двигателей // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2019. N8(178). С. 167-174. EDN: BMFDDB.Syrbakov A., Berezhnov N., Korchuganova M., Matyash S. Thermal preparation of diesel engines. Bulletin of Altai State Agricultural University. 2019. N8(178). 167-174 (In Russian). EDN: BMFDDB.Krokhta G.M., Khomchenko E.N., Ivannikov A.B. et al. Improving the starting performance of tractor engines and their efficiency when warming up in low temperatures. International Journal of Mechanical Engineering. 2021. Vol. 6. N3. 127-135. EDN: DIQLKH.Krokhta G., Khomchenko E., Ivannikov A. et al. Improving the starting performance of tractor engines and their efficiency when warming up in low temperatures. International Journal of Mechanical Engineering. 2021. Vol. 6. N3. 127-135 (In English). EDN: DIQLKH.Долгушин А.А., Чернухин Р.В., Кидло Т.И. Статистический анализ отказов тракторов «Кировец» в условиях Новосибирской области // Технический сервис машин. 2021. N4(145). С. 103-109. DOI: 10.22314/2618-8287-2021-59-4-103-109.Dolgushin A., Chernukhin R., Kidlo T. Statistical analysis of «Kirovets» tractor failures in the Novosibirsk region. Machinery Technical Service. 2021. N4(145). 103-109 (In Russian). DOI: 10.22314/2618-8287-2021-59-4-103-109.Кукис В.С., Щербакова О.В. Оценка энергии отработавших газов ДВС как возможного источника её утилизации // Успехи современной науки. 2017. Т. 1. N5. С. 67-70. EDN: YTASVR.Kukis V., Shcherbakova O. Assessment of the energy of exhaust gases of internal combustion engines as a pos sible source of its utilization. Successes of Modern Science. N5. 67-70 (In Russian). EDN: YTASVR.Долгушин А.А., Воронин Д.М., Мамонов О.В. Методология обоснования оптимального теплового режима работы агрегатов автомобилей // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. N9. С. 89-92. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10921.Dolgushin A., Voronin D., Mamonov O. Methodology of substantiation of the optimum thermal conditions of vehicle units. Achievements of Science and Technology of Agro-Industrial Complex. 2018. Vol. 32. N9. 89-92 (In Russian). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10921.КрохтаГ.М., Хомченко Е.Н., Усатых Н.А., Иванников А.Б. К вопросу вторичного использования эксергии выпускных газов в автотракторных силовых установках // Тракторы и сельхозмашины. 2022. N89(3). С. 197-205. DOI: 10.17816/0321-4443-106855.Krokhta G., Khomchenko E., Usatykh N., Ivannikov A. On the question of secondary use of exhaust exergy in power units of vehicles and tractors. Tractors and Agricultural Machinery. 2022. N89(3). 197-205 (In Russian). DOI: 10.17816/0321-4443-106855.Kalinichenko A., Havrysh V., Hruban V. Heat recovery systems for agricultural vehicles: utilization ways and their efficiency. Agriculture. 2018. Vol. 8. N12. 199. DOI: 10.3390/agriculture8120199.Kalinichenko A., Havrysh V., Hruban V. Heat recovery systems for agricultural vehicles: Utilization ways and their efficiency. Agriculture. 2018. Vol. 8. N12. 199 (In Eng lish). DOI: 10.3390/agriculture8120199.Иванов Н.М., Иванников А.Б., Крохта Г.М. Повышение эффективности работы моторно-трансмиссионных установок мобильных машин за счёт использования бросовой теплоты выхлопных газов // Наука в Центральной России. 2022. N1(55). С. 92-101. DOI: 10.35887/2305-2538-2022-1-92-101.Ivanov N., Ivannikov A., Krochta G. Improving the efficiency of motor-transmission units of mobile machines by using the waste heat of exhaust gases. Science in the Central Russia. 2022. N1 (55). 92-101 (In Russian). DOI: 10.35887/2305-2538-2022-1-92-101.Чернухин Р.В., Долгушин А.А., Касимов Н.Г. и др. Обоснование расходных характеристик рекуператора для тепловой подготовки агрегатов машин и оборудования // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2020. Т. 22. N4. С. 82-93. DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.4-82-93.Chernukhin R., Dolgushin A., Kasimov N. et al. Justification of the flow characteristics of the recuperator for the thermal preparation of machinery and equipment units. Metal Working and Material Science. 2020. Vol. 22. N4. 82-93 (In Russian). DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.4-82-93.Спицын И.А., Орехов А.А., Поликанов А.В., Рылякин Е.Г. Оценка эффективности работы техники в условиях отрицательных температур окружающего воздуха // Нива Поволжья. 2017. N4(45). С. 169-175. EDN: ZTIESF.Spicyn I., Orekhov A., Polikanov A., Rylyakin E. Evaluation of the efficiency of machinery operation under conditions of negative ambient air temperatures. Niva Povolzhye. 2017. N4(45). 169-175 (In Russian). EDN: ZTIESF.Русмиленко А.К., Конев В.В., Мерданов Ш.М. Совершенствование рабочих органов машин для земляных работ, применяемых при строительстве автозимников // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2023. N21. С. 85-91. DOI: 10.26160/2658-3305-2023-21-85-91.Rusmilenko A., Konev V., Merdanov Sh.M. Perfection of the working bodies of earthmoving machines used in the construction of winter roads. Transport, Mining and Construction Engineering: Science and Production. 2023. N21. 85-91 (In Russian). DOI: 10.26160/2658-3305-2023-21-85-91.Дорохов А.С., Аксенов А.Г., Сибирев А.В. и др. Исследование сепарирующей системы с использованием теплоты отработавших газов двигателя свеклоуборочного комбайна // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2022. Т. 16. N1. С. 19-26. DOI: 10.22314/2073-7599-2022-16-1-19-26.Dorokhov A., Aksenov А., Sibirev A. et al. Study of an exhaust gas heat separation system for the beet harvester. Agricultural Machinery and Technologies. 2022. Vol. 16. N1. 19-26 (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2022-16-1-19-26.Раков В.А., Сальников А.Ю. Уменьшение времени прогрева двигателя и отопления салона транспортного средства за счет использования теплоты отработавших газов // Транспорт на альтернативном топливе. 2014. N5(41). С. 36-43. EDN: SNAXFP.Rakov V., Salnikov A. Engine warm up time reducing and saloon heating car through the waste heat. Alternative Fuel Transport. 2014. N5(41). 36-43 (In Russian). EDN: SNAXFP.Al-Amir Q.R., Al-Dawody M., Abd A.M. Design of coo ling system for an automotive using exhaust gasses of turbocharged diesel engine. Journal of the Institution of Engineers (India): Series C. 021. DOI: 10.1007/s40032-021-00787-4.Al-Amir Q.R., Al-Dawody M., Abd A.M. Design of cooling system for an automotive using exhaust gasses of turbocharged diesel engine. Journal of the Institution of Engineers (India): Series C. 021 (In English). DOI: 10.1007/s40032-021-00787-4.Дьяков И.Я., Приходько Л.С., Шиляев В.А. и др. Об использовании сельскохозяйственных тракторов на работах различноговида // Тракторы и сельхозмашины. 1979. N7. С. 7-9.Dyakov I.Ya., Prikhodko L.S., Shilyaev V.A. et al. About the use of agricultural tractors in various types of work. Tractors and Agricultural Machinery. 1979. N7. 7-9 (In Russian).Окунев Г.А. Кузнецов Н.А., Луковцев А.В. Тенденции формирования парка тракторов для сельских товаропроизводителей // Вестник Курганской ГСХА. 2020. N4(36). С. 74-80. EDN: WXAGLC.Okunev G., Kuznetsov N., Lukovtsev A. Tendencies of forming a tractor fleet for rural producers. Vestnik Kurganskoj GSHA. 2020. N4(36). 74-80 (In Russian). EDN: WXAGLC.Сазонов С.Н., Сазонова Д.Д. Особенности использования техники и формирования парка машин в фермерских хозяйствах // Наука в Центральной России. 2016. N3(21). С. 32-40. EDN: TUXNZP.Sazonov S., Sazonova D. Specifics of using machinery and forming machine fleet in farm enterprises. Science in the Central Russia. 2016. N3(21). 32-40 (In Russian). EDN: TUXNZP.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.