Systems. Methods. Technologies 3(35) 2017

Системы Методы Технологии . А . В . Питухин и др . Обоснование возможности … 2017 № 3 (35) с . 94-99 95 Введение Для обеспечения функционирования множества тех - нических устройств , составляющих лесозаготовитель - ную машину , служит бортовой источник питания , кото - рым в подавляющем большинстве случаев является дви - гатель внутреннего сгорания ( ДВС ). Известно , что ко - эффициент полезного действия ДВС современной лесо - заготовительной машины в среднем не превышает 40 % [1]. Большая же часть энергии в виде теплоты , так назы - ваемой « бросовой теплоты », рассеивается в окружаю - щей среде . Таким образом , лесозаготовительная машина представляет собой источник теплоты , часть которой можно преобразовать в полезную работу , увеличив тем самым эффективность машины и всего лесозаготови - тельного комплекса в целом . Существует ряд разработок в области утилизации бросовой теплоты ДВС , которые охватывают различные виды машин . Так Н . А . Хрипач и А . П . Татарников [2], Е . М . Овсянников и др . [3] в своих обзорных статьях дают оценку состояния вопроса путем анализа различных типов тепловых машин и возможно - сти их применения для задачи утилизации бросового те - пла . Д . А . Петриченко , И . А . Папкин [4] также оценивают состояние вопроса и предлагают свою конструкцию сис - темы утилизации бросовой теплоты . Отдельно следует отметить , что в статьях упоминаются попытки разработ - ки теплоутилизационных систем такими фирмами , как John Deere и Caterpillar, производящими лесозаготови - тельную технику . Интерес известных крупных произво - дителей к данному вопросу подчеркивает актуальность рассматриваемой тематики . Одним из авторов данной статьи ранее уже рассматривались попытки создания систем утилизации бросовой теплоты мировыми произ - водителями , а также перспективы применения подобных систем в лесозаготовительной технике [5, 6]. Известны зарубежные разработки в рассматриваемой области [7– 11], среди которых встречаются исследования с уклоном как в эмпирическую область , так и в теоретическую . Кроме того следует отметить , что лесозаготови - тельные машины имеют высокий коэффициент техни - ческого использования , что в результате дает короткий срок окупаемости и ощутимый экономический эффект при внедрении технологий утилизации бросового тепла . Рассмотренные выше исследования носят поиско - вый характер . В данном исследовании , также поиско - вом , акцент делается на применении широко распро - страненных и массово производимых тепловых машин по новому назначению . Целью данного исследования является анализ имеющихся на настоящий момент технических реше - ний и возможностей увеличения эффективности лесо - заготовительных машин путем утилизации теплоты , выделяемой ДВС в окружающую среду . Для получения максимальной эффективности предлагается примене - ние сразу нескольких технических решений , образую - щих устройство утилизации тепла ( УУТ ). При этом предполагается минимизировать степень вмешательст - ва в основные системы лесозаготовительной машины и создать дополнительную систему , максимально изоли - рованную от существующих и оказывающую мини - мальное воздействие на них . Также предполагается минимизация объема работ по переоборудованию ма - шины , сутью которых будет внедрение дополнитель - ных устройств , построенных на комбинации сущест - вующих тепловых машин с незначительным объемом производства новых узлов . Методика исследования . Ввиду задачи максимального приближения исследования к реально существующим техническим решениям , к возможностям скорейшего внедрения в производство , основной акцент делаем на эмпирических исследованиях , на основе анализа которых построим теоретические модели функционирования сис - темы « ДВС – УУТ », а также составим прогноз экономи - ческого эффекта от внедрения УУТ . Рассмотрим существующие на данный момент тех - нические решения и возможности их использования в рамках поставленной задачи утилизации теплоты . Про - изведем выбор базовых тепловых машин для УУТ . Ос - новными критериями выбора конкретных моделей яв - ляются оптимальное соотношениями « цена – мощ - ность » и « мощность – размер », а также регулярная возможность заказа относительно небольших партий . После этого произведем лабораторные испытания вы - бранных моделей базовых тепловых машин . Целью ла - бораторных испытаний является установление пре - дельных рабочих показателей выбранных моделей ба - зовых тепловых машин , среди которых основными яв - ляются максимальная устойчиво развиваемая мощ - ность , а также характерные ей температуры . Оборудование . В целях автоматизации большого количества измерений и вычислений примем решение о построении измерительного комплекса на базе мик - роконтроллера ( МК ). Измерительный комплекс , в слу - чае генерации УУТ электроэнергии , должен через оп - ределенные промежутки времени измерять и отправ - лять на персональный компьютер ( ПК ) следующий на - бор данных : 1) t m — текущее время с момента начала измере- ний, с ; 2) T н — температура нагреваемого радиатора, °C ; 3) T x — температура охлаждаемого радиатора, °C ; 4) ΔT — перепад температур, °C ; 5) U тээ — напряжение на выходе УУТ, В ; 6) I ц — ток в цепи «УУТ – нагрузка», А ; 7) P тээ — мощность, развиваемая УУТ, Вт . Ввиду относительной простоты поставленной для из - мерительного комплекса задачи примем решение реали - зовывать аппаратную часть измерительного комплекса на базе МК Atmel ATmega 328/P-PU [12], установленного на отладочную плату Arduino. Для измерения температуры применим модули с микросхемами MAX 6675, каждый в паре с капельной термопарой « К » типа [13]. Для измере - ния тока в цепи применим модуль с микросхемой ACS712T, включающей в себя датчик тока , работающий на эффекте Холла [14]. Для измерения напряжения ис - пользуем стандартный аналогово - цифровой преобразова -