Особенности эксплуатации тракторов в условиях низких температур

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

Г. М. КРОХТА

ОСОБЕННОСТИ  
ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАКТОРОВ  
В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

Монография

Новосибирск 2017

УДК 631.3
ББК  40.72 
К 838

Рецензенты:  д-р техн. наук, ст. науч. сотр. А. Е. Немцев  
(СибИМЭ СФНЦА РАН); 
д-р техн. наук, проф. Д. М. Воронин (Новосибирский государственный аграрный университет)

Крохта Г. М.
К 838         Особенности эксплуатации тракторов в условиях низких 
температур: монография / Новосиб. гос. аграр. ун-т, Инженер. ин-т. – Новосибирск: ИЦ НГАУ «Золотой колос», 2017. – 
376 с.

ISBN 978-5-944-77-168-1

В монографии проанализированы особенности и изложены результаты исследований по повышению эффективности эксплуатации 
тракторов в условиях низких температур.
Разработан ряд частных методик, которые позволяют оценить 
эффективность полезного использования теплоты сгоревшего в двигателе топлива. Намечены пути повышения эффективности и надежности работы машин за счет сокращения времени пуска и прогрева 
моторно-трансмиссионной установки в послепусковой период.
Издание предназначено для разработчиков перспективных машин, работающих в условиях низких температур, руководителей 
и специалистов по технической эксплуатации машинно-тракторного 
парка, магистрантов и аспирантов, для слушателей программ ДПО, 
педагогических работников ВО и СПО, научных работников и специалистов АПК, студентов аграрных и других вузов.

УДК 631.3
ББК 40.72

ISBN 978-5-944-77-168-1 
© Крохта Г. М., 2017
©  Новосибирский государственный 
аграрный университет, 2017

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ  
И СОКРАЩЕНИЯ

АПД – автомат прогрева двигателя.
АПК – агропромышленный комплекс.
БУ – блок управления.
ВГ – выхлопные газы (перед турбиной или теплообменником).
ВМТ – верхняя мертвая точка.
ВОМ – вал отбора мощности.
ГМП – гидромеханическая передача.
ВТХ – вязкостно-температурная характеристика.
ГМТ – гидромеханическая трансмиссия.
ГТН – газотурбинный наддув.
ДВС – двигатель внутреннего сгорания.
ДПМ – двигатель постоянной мощности.
КП – коробка передач.
КШМ – кривошипно-шатунный механизм.
МДПМ – многоуровневый двигатель постоянной мощности.
МПГ – монопропиленгликоль.
МТА – машинно-тракторный агрегат.
МТУ – моторно-трансмиссионная установка.
МЭГ – моноэтиленгликоль.
НМТ – нижняя мертвая точка.
ОГ –  отработанные газы (выбрасываемые непосредственно 
в атмосферу).
ОС – окружающая среда.
ПЖБ – подогреватель жидкостный бензиновый.
ПЖД – подогреватель жидкостный дизельный.
ПП – предпусковой подогрев.
ТКР – турбокомпрессор.
ТНВД – топливный насос высокого давления.
ТТК – теплообменник теплопотребляющего контура.
ТУК – теплообменник утилизационного контура.
ЦПГ – цилиндропоршневая группа.
Àõ  – анергия теплового потока, Дж.

Be −  эксергетический коэффициент, характеризующий степень готовности топливовоздушной смеси к началу 
окислительного процесса, Дж/цикл.

Âå
Ò − эксергия топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, 
Дж/цикл.

Âå
â − эксергия заряда воздуха в камере сгорания, Дж/цикл.

Ñì − теплоемкость масла, Дж/кг·К.

Ñv
T − теплоемкость топлива при постоянном объеме, Дж/кг·К.

Ñïï − удельная теплоемкость перегретого пара, Дж/кг·К.
ÑÐ − теплоемкость при постоянном объеме, Дж/ кг·К.
D − диаметр поршня, м.
Díñ − потери эксергии от неполноты сгорания топлива, Дж/кг.
Dí − эксергия, затраченная на нагрев топлива, Дж/цикл.
Dr − эксергия, затраченная на парообразование, Дж/цикл.
Dïï − эксергия, затраченная на перегрев паров топлива,  
Дж/цикл.

Dö
i

n
−

=∑
1

потери эксергии в результате теплопередачи через 
стенки цилиндра и камеры сгорания, Дж/цикл.

Dèñï
i

n
−

=∑
1

затраты эксергии на нагрев, испарение и перегрев паров топлива (внутренние потери), Дж/цикл.

DT

i

n
−

=∑
1

суммарные потери эксергии в системе топливоподачи 
дизеля, Дж/цикл.

Dìòó
i

n

=∑
1

– суммарные потери эксергии в МТУ вследствие потерь на трение, привод вспомогательных механизмов 
и т. п., Дж/ч.

Dâï
i

n
−

=∑
1

суммарные внутренние потери эксергии, связанные 
с изменением внутренней энергии системы, Дж/ч.

dP
d
/
φ − скорость нарастания давления (жесткость), МПа/
град. п. к.в.

Åõ − эксергия теплового потока, Дж.

Åâã
Å − термическая составляющая эксергии выпускных газов, 
Дж/ч.

ÅÐ
ñâ − механическая составляющая эксергии выпускных газов 
в период свободного выпуска, Дж/ч.

ÅÐ
ïð − механическая составляющая эксергии выпускных газов 
в период принудительного выпуска, Дж/ч.

ÅÐ
êï − эксергия избыточной теплоты, рассеиваемой в ОС масляным радиатором КП, Дж/ч.

Åïîâ − эксергия теплоты, отводимой в ОС поверхностью МТУ, 
Дж/ч.

Åâã − эксергия теплоты выхлопных газов перед турбиной при 
ее наличии или теплообменником, Дж/ч.

Åîã − эксергия теплоты отработанных газов, отводимой в ОС, 
Дж/ч.

Åæ − эксергия теплоты, отводимой в систему охлаждения двигателя, Дж/ч.

Åì
êï − эксергия теплоты масла, поступающего из КП в двигатель, Дж/ч.

Åïîâ
êï − эксергия теплоты, отводимой поверхностью КП, Дж/ч.

ÅÐ
êï −  эксергия теплоты, отводимой поверхностью масляного 
радиатора КП в ОС, Дж/ч.

Åô
Ò − полная физическая эксергия топлива, подаваемого форсункой в камеру сгорания, Дж/ч.

ÅÒÍ
Ò
− термомеханическая эксергия топлива на выходе из 
ТНВД, Дж/цикл.

Åíò
Ò − эксергия теплоты, полученной топливом от нагретого 
топливопровода высокого давления, Дж/цикл.

Åæ
Ò − эксергии теплоты, переданной от охлаждающей жидкости топливу в форсунке, Дж/цикл.

Åýí
Ò − эксергии теплоты, выделяемой электронагревателем, 
Дж/цикл.

Åö
Ò − эксергия теплоты, подведенной к топливу от рабочего 
тела, Дж/цикл.

Åïîë − эксергия полезно используемая, Дж/цикл.
ÅÒ − химическая эксергия израсходованного двигателем топлива, Дж/цикл.

ÅÒ
' − эксергия теплоты, выделившейся в результате сгорания 
топлива, Дж/цикл.

Åê − термомеханическая эксергия воздуха на выходе из компрессора, Дж/ч.

Åâ − эксергия воздуха на входе в двигатель (в воздухоочистителе), Дж/ч.

F − площадь поверхности теплообмена, м 2.
GÒ
õõ − расход топлива на холостом ходу, эквивалентный внутренним потерям в двигателе, кг/ч.

GÒ
íñ − расход топлива, вызванный химической неполнотой сгорания, кг/ч.

GT − полный расход топлива, кг/ч.
Gâ – расход воздуха двигателем, кг/ч.
H
H îñ
1,
− энтальпия рабочего тела соответственно при данных 
условиях и равновесных с ОС, Дж/кг.

H u − низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг.

K ý
Ò − эксергетический критерий активности топливного факела в камере сгорания, Дж/мг.

Ê ý
â − эксергетический критерий энергообеспеченности воздушного заряда в камере сгорания, Дж/мг.

Lå
äâ − полезная работа двигателя на коленчатом валу, Дж.

LÒÍ − работа секции ТНВД, Дж/цикл.
Lóïð − работа, затраченная на преодоление силы упругости 
пружины, Дж/цикл.

Lnw − работа, затраченная на подачу топлива в цилиндр за 
цикл, Дж/цикл.

Lìï − работа механических потерь, Дж.
Li − индикаторная работа за цикл, Дж/цикл.
Le − эффективная работа, Дж.
Ì ê − текущее значение крутящего момента двигателя, Н·м.
Ì í − номинальный крутящий момент, Н·м.
Ì ï − текущее значение крутящего момента пускового устройства, Н·м.

Ìi  – текущее значение индикаторного крутящего момента 
двигателя, Н·м.

Ìå − текущее значение момента сопротивления проворачиванию, Н·м.

Ì J − текущее значение момента сопротивления проворачиванию от сил инерции, Н·м.

N e – текущее значение мощности двигателя, кВт.

N í − номинальная мощность двигателя, кВт.
N òð − потери мощности на трение, кВт.
N õõ − потери холостого хода, кВт.
Ðå − среднее эффективное давление, МПа.
Ðñ − давление конца такта сжатия, МПа.
Ðz − максимальное давление сгорания, МПа.
∆Ðê − разряжение во впускном коллекторе, МПа.
Ðê − давление наддува, МПа.
ÐÒ − давление газов перед турбиной, МПа.
Ðîñ − давление рабочего тела при равновесных условиях с ОС, 
МПа.

Ðâï − давление топлива в форсунке в момент впрыска, МПа.
Qõ − количество теплоты, переданное через границы системы, Дж.
S − ход поршня, м.
S Sîñ
1,
− энтропия рабочего тела соответственно при данных 
условиях и равновесных с ОС, Дж/кг·К.

Ò ð − температура топлива в кармане распылителя, К.
Ò êð − конечная температура нагрева топлива в распылителе, К.
Òñô − температура топлива на выходе из сопловых отверстий 
распылителя, К.

Ò êèï − средняя температура кипения топлива, К.

Ò ñð

−
− среднединамическая температура, К.

Ò
t
îñ
îñ
,
− температура ОС соответственно в К и 0С.

Ò
t
æ
æ
,
− температура охлаждающей жидкости соответственно 
в К и 0С.

Òñ − температура воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия, К.

Ò min − минимальная температура воздуха в камере сгорания 
в конце такта сжатия, при которой происходит самовоспламенение горючей смеси, К.

Ò s − температура самовоспламенения топлива, К.
∆Ts − перепад температур, необходимый для нагрева, испарения и перегрева паров топлива до самовоспламенения, К.

têï − температура масла в КП, 0С.
tâì − температура масла в ведущем мосту, 0С.

U U îñ
1,
− внутренняя энергия рабочего тела соответственно 
при данных и равновесных условиях, Дж/кг.

VT − скорость топлива в топливном канале форсунки, м/с.
V Vîñ
1,
− объем рабочего тела соответственно при данных и равновесных условиях с ОС, м 3.

Õ i − факторы оптимизации.
Ó i − параметры оптимизации (функция отклика).
π ê − степень повышения давления наддува.
ψ − суммарная доля скоростных и гидравлических потерь 
мощности в редукторе при отклонении его теплового 
режима от оптимального.

αê

−
− средний по поверхности коэффициент конвективной теплоотдачи, Дж/м 2·К.

λê − коэффициент теплопроводности, Дж/м·К.
αê − коэффициент теплоотдачи, Дж/м 2·К·ч.
r −  удельная теплота парообразования, Дж/кг.
ρÒ − плотность топлива, кг/м 3.
τ ïð − время прогрева, мин.
qö − цикловая подача топлива, г/цикл.
m − масса тела, жидкости, газа, кг.
µ − динамическая вязкость, Па·с.
dý − эквивалентный диаметр, м.
α − коэффициент избытка воздуха.
β − угол наклона прямой.
ηì − механический КПД.
ηi − индикаторный КПД.
ηå – эффективный КПД.
ηэ – эксергетический КПД.

ηý
òê − эксергетический КПД турбокомпрессора.

η η
í
õõ
,
−  КПД, учитывающий соответственно потери в трансмиссии при работе под нагрузкой и на холостом ходу.

δå
êï − доля полезной работы на выходе из КП.

δïîâ
êï − доля эксергии теплоты, отведенной поверхностью КП.

δ ð
êï − доля эксергии теплоты, отведенной радиатором КП  
в ОС.

δâï
êï

i

n
−

=∑
1

доля суммарных внутренних потерь эксергии в КП.

δíñ − доля потерь эксергии от неполноты сгорания.

δâã
Ò − доля термической составляющей эксергии выпускных 
газов.

δ ð
ñâ − доля механической составляющей эксергии выпускных 
газов.

δ ð
ïð − доля механической составляющей эксергии, снимаемой 
с коленчатого вала двигателя, в период принудительного 
выпуска.

δîã − доля эксергии, выбрасываемая отработанными газами 
в ОС.

Dòê
i

n
−

=∑
1

суммарные потери эксергии в ТКР.

nå − текущее значение частоты вращения, мин-1.
ní − номинальная частота вращения, мин-1.
σ ì − доля потерь в механической части трансмиссии.
σ í − доля потерь на привод масляного насоса при оптимальном тепловом режиме.

σîñò − доля потерь в выключенном фрикционе при оптимальном тепловом режиме.

σ ãò − доля потерь в гидротрансформаторе при его оптимальном тепловом режиме и передаточном отношении iãò .

ξν
ì − коэффициент, учитывающий вязкость масла на изменение 

σ ì.

ξν
í − коэффициент, учитывающий влияние вязкости масла на 
изменение доли потерь σ í.

ξν

îñò − коэффициент, учитывающий влияние вязкости на изменение доли потерь σîñò.

N ô − количество одновременно выключенных фрикционов.

ξν
im − коэффициент, учитывающий влияние вязкости масла 
на σ ãò.

ВВЕДЕНИЕ

Самым крупным экономическим районом Российской 
Федерации считается Сибирский федеральный округ (СФО). 
Располагая значительным производственным потенциалом, 
округ является крупнейшим производителем зерна и животноводческой продукции. Следует отметить, что агробизнес был 
и остается высокорискованной сферой вложения денежных 
средств, поскольку результаты его деятельности в основном 
зависят от природно-климатических условий, наличия и состояния машинно-тракторного парка.
Характерной особенностью современного этапа развития 
материально-технической базы агропромышленного комплекса (АПК) является переход всех его отраслей на качественно новый уровень. При этом решение всех задач, связанных 
с комплексной механизацией сельскохозяйственных процессов, напрямую зависит от изыскания и реализации мероприятий по совершенствованию тракторной техники. Важнейшее 
значение приобретают вопросы совершенствования моторно-трансмиссионных установок (МТУ), конструктивного исполнения и эксплуатационных качеств, которые определяют 
экономические и тяговые характеристики тракторов, их функциональные возможности.
Современное сельское хозяйство имеет огромный парк 
энергонасыщенных тракторов, комбайнов, большегрузных автомобилей и других машин. Большая часть машин используется в течение круглого года. Известно, что эксплуатация машин 
зимой значительно сложнее, чем летом, а затраты на их обслуживание и расход топлива выше в 1,5–2 раза.
На сегодняшний день затраты на топливо составляют 
в ряде случаев более 15 % стоимости производимой многими 
отраслями продукции. В условиях нашей страны каждый процент сэкономленного в производст ве топлива дает огромный 
экономический эффект, в несколько раз превышающий экономию от роста производительности труда. Поэтому повышение 
эффективности использования тракторов в СФО является актуальной проблемой.