Рус
Укр
Техника и оборудование
Как поставить новый двигатель на старый комбайн
17.01.2020
7750
В последние годы аграрное производство Украины активно переоснащается зарубежными тракторами, комбайнами и другой высокопроизводительной сельскохозяйственной техникой. Аграриям нравится высокое качество изготовления, надежность и производительность импортной техники. Кроме того, комфортные условия труда на ней гарантируют длительную работу оператора без перенапряжения и усталости.
Новая качественная техника работает обычно без отказов. Однако, как известно, нет ничего вечного. Всякая машина, даже самая совершенная, со временем изнашивается. К сожалению, заложенный ресурс машин значительно сокращается вследствие использования некачественных горюче-смазочных материалов, грубых ошибок при эксплуатации и непрофессионального технического обслуживания.
Одним из самых нагруженных элементов мобильных машин являются двигатели, и поэтому отказов в их работе наблюдается значительно больше, чем в функционировании других агрегатов. Современная техника довольно сложная, а соответственно, стоимость капитального ремонта двигателей слишком высока. Вот и возникает вопрос: ремонтировать двигатель или установить альтернативный, причем по меньшей цене, чем обойдется капитальный ремонт оригинального?
На тракторах зарубежного производства установить альтернативный двигатель достаточно проблематично, поскольку, как правило, конструкция тракторов выполнена по безрамной схеме, где поддон картера двигателя является несущим элементом остова.
Для комбайнов и автомобилей это задача вполне реальная. Конечно, если переоборудование выполнили профессионалы, имеющие соответствующие сертификаты на модернизацию техники. В таком случае переоборудованные машины не уступают оригинальным, а в некоторых случаях по технико-эксплуатационным показателям даже превосходят их. Рассмотрим подробнее характерные параметры модернизации комбайнов установлением альтернативных двигателей.
В целом зерноуборочный комбайн - достаточно сложная сельскохозяйственная машина, которая объединяет ряд взаимосвязанных узлов и агрегатов. Для получения высоких показателей конструкторы оптимизировали совместную работу жатки с молотильно-сепарирующей частью с общим приводом всех механизмов этих систем от мощного двигателя.
Каждая технологическая операция, которая происходит в комбайне, требует соответствующих затрат энергии. А, кроме этого, еще надо перемещать по полю всю эту «громадину», вес которой составляет более 10 т! И чем больше производительность комбайна, тем больше мощность двигателя нужна для приведения в действие его систем и механизмов. Для обеспечения качественного выполнения технологического процесса двигатель комбайна должен иметь соответствующие характеристики, основными из которых являются: мощность, достаточная для выполнения технологической операции при минимальном расходе топлива; необходимый запас крутящего момента; высокая надежность; простота в обслуживании и ремонте.
Известно, что при любом техническом оснащении для эффективной работы комбайна нужно обеспечить оптимальную загрузку всех его систем, прежде всего молотилки. Во время работы комбайна - в режиме будь то прямого комбайнирования, будь то на подборе валков - нагрузка в системах, а значит и на двигатель, постоянно меняются. А это обусловливает изменение частоты вращения его коленчатого вала и собственно рабочих органов комбайна. И если, например, на качество работы режущего аппарата жатки это изменение существенно не влияет, то для молотильно-сепарирующего устройства даже незначительное отклонение частоты вращения от заданного значения приводит к нежелательным изменениям, вследствие чего ухудшаются технико-экономические показатели комбайна в целом.
Каждый опытный комбайнер знает, что качество обмолота, возможность измельчения зерна в молотильном устройстве, чистота зерна и потери плюсклого зерна напрямую зависят прежде всего от частоты вращения молотильного барабана и вентилятора системы очистки. Есть соответствующие таблицы регулирования, где указаны оптимальные параметры, обеспечивающие ряд технологических условия и чтобы зерно с колоска полностью вымолотить без его измельчения; и чтобы воздушным потоком в решетах выдуло наружу плевелы, а зерно, даже плосклое, не было потеряно.
Точная регулировка зависит от многих факторов. И, конечно, умение придерживаться заданных диапазонов работы значительно зависит от мастерства и опыта самого комбайнера. Однако установленные регулирования соответствуют номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя. А вот когда нагрузка увеличивается и обороты двигателя и соответствующих механизмов уменьшаются, то сразу наблюдается повышение потерь. Во избежание недомолота иногда устанавливают повышенную частоту вращения барабана, однако одновременно с этим увеличиваются потери с измельченным зерном.
Таким образом, можно сделать вывод, что надежность технологических процессов зерноуборочного комбайна прежде всего зависит от стабильности вращения коленчатого вала двигателя независимо от нагрузки в эксплуатационных диапазонах его работы. Для обеспечения этого условия нужно, чтобы двигатель имел мощность соответствующую максимальной пропускной способности комбайна, и значительный запас крутящего момента для легкого преодоления перегрузок без значительного снижения частоты вращения.
И не случайно на современных зарубежных комбайнах устанавливают мощные двигатели, имеющие большой крутящий момент, наибольшая величина которого смещена к меньшим оборотам. Такая характеристика дизеля обеспечивает стабильность частоты вращения коленчатого вала при изменении нагрузки. Даже в случае перегрузок частота вращения двигателя практически не уменьшается, поскольку при этом повышается крутящий момент.
При уменьшении мощности двигателя ниже заводского значения, которое конструкционно закладывает производитель (что возможно вследствие общего износа и нарушения оптимальных регулировок), уменьшается производительность, ухудшается качество технологического процесса, увеличивается потеря зерна и значительно возрастают расходы горюче-смазочных материалов. Нередки случаи, когда реальная мощность двигателя комбайна была на 30-40 кВт ниже номинального ее значение.
Так какое же решение принять в случае возникновения такой ситуации: капитально ремонтировать двигатель, заменить на новый оригинальный или установить альтернативный? Как компромиссный вариант восстановления заложенных в конструкцию технических характеристик комбайна является его модернизация с установкой нового двигателя. Однако при модернизации возникает желание не только восстановить заводские показатели комбайна, но и улучшить их. Поэтому целесообразно установить мощный экономичный двигатель, имеющий большой запас крутящего момента. Кроме того, определяющими факторами являются его хозяйственно-экономические качества: чтобы двигатель был недорогой в эксплуатации и простой в ремонте и обслуживании.
Сегодня на территории Украины работают предприятия, которые занимаются переоснащением импортной техники. Вариантов установки альтернативного двигателя на самом деле немного: минский Д-262.2S2 и ярославский ЯМЗ-238АК. Оба имеют соответствующие характеристики и адаптированы к установке на зерноуборочные комбайны. Проведем их сравнительный анализ, учитывая основные потребительские показатели по совершенствованию лучших комбайнов мирового уровня.
Мощность
Если проанализировать конструкцию иностранных самоходных зерноуборочных комбайнов, то легко заметить, что все они комплектуются мощными двигателями, которые лучше подходят для работы в тяжелых условиях с постоянно меняющейся нагрузке.
На рынке комбайнов Украине предлагают машины с различными типами и схемами молотильных устройств: однобарабанные ( «Ростсельмаш», John Deere), многобарабанные (New Holland, Massey Ferguson), роторные (Case, John Deere) и гибридные (Claas). Каждый из производителей приводит собственные аргументы в поддержку выбранной схемы обмолота с акцентом на соответствующие преимущества.
Важно отметить, что для определения преимуществ той или иной модели комбайна нужно ориентироваться не только на его цену и отдельные технико-экономические характеристики, но и на стоимость намолота тонны урожая. Ведь в последнем показателе находит отражение целый ряд ценовых составляющих: стоимость комбайна, эксплуатационные расходы, стоимость запасных частей. И вообще - надежность агрегата.
Основным показателем зерноуборочного комбайна является его пропускная способность, которая является наиболее интегральной технической характеристикой, дающей возможность оценить технический уровень конструкции машины и тип молотильно-сепарирующего устройства. Именно тип этого важного технического узла определяет требования по мощности двигателя, поскольку в классической схеме молотилки оптимальная энергонасыщенность для обеспечения номинальной производительности при минимальном уровне зерновых потерь составляет около 27 л. с. для обмолота одного килограмма массы за одну секунду, в гибридной схеме - 30, в роторной - 32 л. с.
Таким образом, если пропускную способность комбайна, выраженную в килограммах массы, которую он может обмолотить за одну секунду, умножить на 27 или 32 (в зависимости от типа молотильно-сепарирующего устройства), то получим значение мощности двигателя в лошадиных силах, необходимое для реализации заданной производительности .
Использование любой машины в техническом процессе обосновывается технологической целесообразностью и экономической эффективностью. При недостаточной мощности двигателя производительность комбайна не будет отвечать заданной и не будет обеспечивать качественного выполнения технологического процесса.
При выборе модели двигателя в первую очередь следует обращать внимание не просто на мощность, а на сбалансированность полученной мощности и потребности мощности всех рабочих агрегатов и узлов комбайна (тип молотильно-сепарирующего устройства, ширина захвата жатки, емкость бункера и т.д.), поскольку именно они в значительной степени определять уровень расхода топлива при комбайнировании.
Мощность ярославского двигателя ЯМЗ-238АК - 240 л. с., минского Д-262.2S2 - 250 л. с. Так, например, при установке этих двигателей на комбайн «Дон» с классической схемой молотилки, используя приведенную выше зависимость, получим пропускную способность комбайна, выраженную в килограммах массы в секунду: с ЯМЗ-238АК - 8,89; с Д-262.2S2 - 9,26 кг/с. На первый взгляд, разница небольшая. Однако иногда именно этой «прибавки» и не хватает для стабильной работы комбайна, особенно в тяжелых условиях.
Но, конечно, за все надо платить. Устанавливая новый двигатель на комбайн, мы, безусловно, платим за его способность выполнять технологический процесс обмолота и сепарации, то есть за мощность.
Крутящий момент
Нагрузка на рабочие органы комбайна зависит от многих факторов: прежде всего - от уровня урожайности, соотношения массы соломы и зерна, густоты и высоты хлебостоя, рельефа поля, влажности почвы и зерна и еще от многих факторов, которые постоянно меняются и значительно варьируют даже в пределах поля. Но для качественного обмолота колосьев, сепарации и очистки зерна с минимальными потерями соответствующие механизмы комбайна должны обеспечивать оптимальную рабочую скорость (частоту вращения). Поэтому комбайновый двигатель должен иметь не только достаточную мощность, но и значительный запас крутящего момента для стабильного обеспечения нужных оборотов привода рабочих органов молотильно-сепарирующего устройства независимо от уровня загрузки. Именно для реализации заданных характеристик для комбайнов используют специальные двигатели, работающие на стабильных оборотах в значительном диапазоне нагрузок и в условиях скачкообразного характера их изменения, что дает возможность комбайну успешно и продуктивно работать с тяжелыми типами культур, легко подниматься на склоны полей и работать в тяжелых полевых условиях.
Известно, что крутящий момент является важнейшим динамическим показателем двигателя, который характеризует его тяговые возможности. Он является суммарным результатом действия всех сил: давления продуктов сгорания топлива, трения, инерции и т.д., умноженного на плечо приложения, равное радиусу кривошипа коленчатого вала. А мощность - достаточно условный параметр, отражающий полезную работу, которую выполняют газы в цилиндрах двигателя в единицу времени, за вычетом потерь на преодоление сил трения и приведения в действие вспомогательных механизмов. Чем больше крутящий момент двигателя и, что еще важнее, чем лучше он распределен по диапазону оборотов - тем быстрее разгоняются рабочие органы молотильно-сепарирующего устройства комбайна. А значит, тем больше силы противодействия (например, в случае внезапной подачи большего количества хлебной массы) он способен преодолевать без значительного уменьшения частоты вращения. Это дает возможность обмолачивать урожай с меньшими затратами энергии и с минимальными потерями и повреждением зерна.
Таким образом, можно сделать вывод, что нужен высокий крутящий момент двигателя в широком диапазоне оборотов коленчатого вала!
Крутящий момент ЯМЗ-238АК — 932 Н.м; Д-262.2S2 — 970 Н.м.
Характер изменения крутящего момента двигателя в зависимости от оборотов
Для преодоления сил, противодействующих работе молотильно-сепарирующего устройства и движению комбайна, нужен больший момент, максимально «смещенный» к минимальным оборотам. Для разгона же необходимо оптимальное сочетание распределения крутящего момента по диапазону оборотов, величины момента и величины максимальной мощности.
Известно, что объективную оценку динамических качеств двигателя можно получить по анализу его внешней скоростной характеристики. Внешняя скоростная характеристика является зависимостью показателей работы двигателя (мощности, крутящего момента, коэффициента наполнения цилиндров, удельного и часового расхода топлива и др.) от частоты вращения коленчатого вала при неизменном положения органа управления, который обеспечивает максимальную подачу горючего в цилиндры.
Анализируя зависимость изменения крутящего момента во внешней скоростной характеристике двигателя ММЗ Д-262.2S2, следует отметить, что максимум крутящего момента приходится на частоту вращения 1540 об./мин. То есть, при повышении скорости вращения молотильно-сепарирующего устройства, когда нужно преодолеть сопротивление не только хлебной массы, но и значительных инерционных сил, двигатель будет иметь большой крутящий момент. Кроме того, при увеличении нагрузки соответственно увеличивается и крутящий момент, а тяга повышается.
Важным параметром, который позволяет оценить устойчивость режима работы двигателя по внешней скоростной характеристике, является коэффициент приспособленности (запас крутящего момента). Его значение определяется отношением максимального крутящего момента к номинальному, который развивает двигатель на номинальной мощности при номинальной частоты вращения коленчатого вала. Он у нагнетательного двигателя Д-262.2S2 значительно больше, чем в ЯМЗ- 238АК, который работает без нагнетания. По данным испытаний в УкрНИИПИТ им. Л. Погорелого, запас крутящего момента Д-262.2S2 составляет 28%.
Особенно заметно важность этого параметра проявляется в случае преодоления комбайном значительных нагрузок: чем больше значение коэффициента приспособленности, тем большее сопротивление он может преодолеть. Важное значение при этом имеет и расширенный диапазон изменения частоты вращения коленчатого вала, в котором двигатель устойчиво работает, поскольку чем больше этот диапазон, тем лучшие динамические качества имеет комбайн и, соответственно, тем легче управление двигателем и комбайном в целом.
Экономичность
Экономичность двигателя во многом определяется техническим уровнем систем и механизмов дизеля (прежде всего совершенством системы питания), которые обеспечивают полноту сгорания топлива и преобразования полученной энергии на крутящий момент на коленчатом валу.
Системы подачи горючего на сравниваемых двигателях выполнены по классической схеме с обособленным расположением топливного насоса и форсунок. Выше полнота сгорания топлива благодаря применению турбонаддува - у дизеля Д-262.2S2. Причем в нем воплощен принцип не простого нагнетания, а регулируемого. Прежде всего, это дает возможность достичь заданных характеристик силового агрегата при меньших габаритах и массе, чем при использовании атмосферного двигателя. Исходя из этого условия, турбодвигатель имеет еще одно важное конструкционное преимущество: у него лучше топливная экономичность. Ведь он компактный, а затем эффективнее расходует топливо, чем его атмосферный «собрат». К тому же у первого меньше теплоотдача, насосные потери и относительные потери на трение. Экономии горючего способствует также и больший крутящий момент при низких частотах вращения коленчатого вала. Кроме того, у турбодвигателя лучшие экологические показатели, ведь меньший расход топлива при других равнозначных двигательных характеристик означает также меньшие суммарные выбросы вредных веществ в окружающую среду.
И еще один плюс минского дизеля: благодаря конструктивным особенностям механизмов и систем, у него уменьшены внутренние потери энергии. Минский - 6-цилиндровый, рядный, а значит, более уравновешенный комбайновый двигатель: при большей мощности он имеет меньший вес, более экономичный, чем двигатель ЯМЗ-238АК. Как показали испытания, проведенные в УкрНИИПИТ им. Л. Погорелого, благодаря газотурбинному регулируемому нагнетанию и промежуточному охлаждением воздуха, а также применению современных материалов и технологий, минские двигатели являются новейшим поколением энергоустановок для комбайнов.
По результатам полевых наблюдений за работой комбайнов «Дон» на номинальной нагрузке расход горючего при выполнении одинаковых работ у комбайна, оснащенного дизелем Д-262.2S2, на 15-20% меньше, чем у такого же комбайна, оснащенного двигателем ЯМЗ-238АК без турбонаддува .
Опыт хозяйств, которые уже эксплуатируют комбайны с минскими двигателями Д-262.2S2, показывает, что за день работы экономится до 50-60 л дизельного топлива по сравнению с комбайнами, оборудованными двигателями ЯМЗ. При текущей цене дизельного топлива экономия составляет более 1700 грн за день работы. А если суммировать за месяц и сезон, полученный показатель топливной экономии по-настоящему впечатляет.
Надежность, простота обслуживания и ремонта
При разработке двигателя, безусловно, в его конструкции предусмотрены соответствующие условия его применения. И это не случайно, поскольку принцип использования его как силового агрегата на комбайне существенно отличается от работы на других машинах. Создать же универсальную конструкцию «для всех случаев жизни» практически нереально - она будет прогнозируемо проигрывать при любых вариантах применения.
Дизель Д-262.2S2 создали конструкторы Минского моторного завода специально для установки на комбайны. В нем воплощены все лучшие наработки хорошо известного Д-240. Двигатель постоянно совершенствуют, благодаря чему повышается его надежность и ресурс.
В частности, двигатель Д-262.2S2 - рядный, хорошо «вписывается» в компоновку комбайна, имеет легкий доступ к агрегатам для технического обслуживания и ремонта. Он имеет меньший вес, чем двигатель ЯМЗ-238АК, и более уравновешенный. Меньше вибрация значительно уменьшает нагрузку на детали двигателя, повышает их ресурс и не вызывает нарушения герметичности воздухоочистителя и трубопроводов подачи воздуха.
Конструкционная продуманность строения двигателя Д-262.2S2 упрощает процесс его ремонта. Сеть сервисных центров по обслуживанию и ремонту минских двигателей хорошо развита, запасные части не дефицитны. А поскольку он имеет меньшее количество деталей, требующих замены, стоимость ремонта Д-262.2S2 по сравнению с ЯМЗ-238АК, дешевле на треть, что, конечно, является очень привлекательным экономическим преимуществом.
М. Макаренко, доцент кафедри «Тракторы и автомобили» Харьковского национального технического университета сельского хозяйства (ХНТУСХ) имени Петра Василенко, сельскохозяйственный советник
Журнал «Пропозиція», №12, 2018 р.
Следующая статья
Читайте также
Интервью
На сегодня органическое производство – это одно из приоритетных направлений и перспективный бизнес для развития малого фермерства в нашем государстве. Среди них — фермерское хозяйство «Дона Алексея Филипповича», глава которого хочет не... Подробнее
В развитых странах агрострахование уже давно применяется как эффективный инструмент развития агробизнеса, в Украине страхование рисков сельского хозяйства все еще находится на стадии развития. Что
Статьи
1
0
