способ и устройство вентиляции кабин операторов машин

Формула изобретения

1. Способ вентиляции кабин операторов машин, основанный на заборе воздуха из зоны с наименьшей температурой окружающего воздуха, уменьшающий воздействие наружного температурного поля машины, отличающийся тем, что, с целью уменьшения температуры воздуха, подаваемого в кабину, воздухозабор осуществляют с наветренной стороны кабины, включая соответствующий воздухозаборник с помощью датчика наветренной стороны, клапана и заслонки.

2. Устройство, состоящее из воздухозаборника, побудителя перемещения воздуха, вентиляционных каналов, датчика наветренной стороны, блока управления клапаном и заслонки переключения вентиляционных каналов, отличающееся тем, что, с целью забора воздуха с минимальной температурой, в качестве указателя наветренной стороны кабины используют отклонение столба выхлопных газов, фиксируемое датчиками температуры воздуха (например, полукольцевыми термопарами или термисторами), установленными по разные стороны столба выхлопных газов на термоизолированном кронштейне, закрепленном на выхлопной трубе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам вентиляции кабин и может быть использовано, например на тракторах, комбайнах и других машинах. Известные системы вентиляции, как правило, сходны в том, что для лучшей очистки воздуха, подаваемого в кабину, воздухозаборник защищают различными способами от попадания в него механических загрязнений, как по авт.св. 47306, 765035, 905130.

Недостатком этих устройств является то, что они не учитывают существование довольно высоко потенциального температурного поля вокруг кабин машин, превышающего температуру наружного воздуха данной местности на 4-16^oС за счет рассеиваемого тепла от блока двигателя и солнечной радиации (Юрина О.Н. Влияние теплопритоков от двигателей на тепловой баланс кабины тракторов Т-150К. В кн.: Исследование средств нормализации и параметров микроклимата в кабинах тракторов и комбайнов. Труды НАТИ. - М., 1986).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является вентиляционное устройство тракторного агрегата по авт.св. 373185, в котором используется попытка установления забора воздуха в месте наименьшего загрязнения, высоко над кабиной агрегата. Однако существенное увеличение габаритов агрегата не всегда позволяет использовать данное решение в производственных условиях.

Цель изобретения - уменьшение температуры воздуха, подаваемого в кабину за счет рационального забора воздуха из зон с наименьшей температурой наружного воздуха, не увеличивая при этом существенно габариты агрегатов.

Для выявления путей достижения поставленной цели рассмотрим результаты экспериментальных исследований наружного температурного поля (НТП) кабины. Исследования проводились с 11 по 18 июля 1995 года.

Первая серия экспериментов. Диапазон изменения температуры наружного воздуха составлял 21-26^oС. Солнечная радиация 620-780 Вт/м². Скорость ветра 0-0,4 м/с. Картины расположения изотерм НТП для максимальных условий эксперимента представлены различными сечениями на фиг.1, 2 и 3.

Анализ НТП в продольном разрезе (фиг. 1) показывает, что поверхностями кабины с максимальной температурой являются кровля и переднее стекло кабины. В условиях эксперимента их значения равнялись 44 и 39^oС соответственно. Максимальный перепад температур на расстоянии 500 мм вокруг кабины составляет 10-12^oС, что определяет напряженность НТП величиной 0,2-0,25^oС/см. Влияние выхлопной трубы и выхлопных газов увеличивает НТП кабины в передней части до 900-1000 мм по высоте. НТП в поперечных разрезах (фиг.2 и 3) представляет собой симметричную картину расположения изотерм грибовидной формы с размером 700-800 мм над кабиной.

Вторая серия экспериментов ставила своей целью выявить влияние ветра различной силы и направления на форму и размеры НТП. Диапазон изменения температуры наружного воздуха составлял 22-24^oС, солнечной радиации - 600-740 Вт/м², скорости ветра 6-7 м/с. Картины расположения изотерм НТП для максимальных условий эксперимента представлены на фиг.4 и 5.

Анализ НТП второй серии экспериментов показывает, что ветер любого направления относительно кабины трактора в сильной степени деформирует его. НТП прижимается к наветренной стороне кабины, увеличивая его напряженность и в значительной степени уменьшая его размеры. При этом следует отметить, что НТП на наветренной стороне кабины в верхней ее части уменьшается до 200-250 мм уже при скорости ветра 4-4,5 м/с. Дальнейшее увеличение скорости ветра в очень малой степени сказывается на уменьшение этого размера. Образуется зона с наименьшей температурой. С подветренной стороны кабины НТП в несколько раз увеличивается в размерах по сравнению с полем в безветренную погоду.

Исследования показали, что для уменьшения влияния НТП на температуру приточного воздуха имеется лишь одна возможность - осуществить забор воздуха за его пределами. Реализация этого приема непосредственным образом влечет за собой значительное увеличение габаритных размеров машины и поэтому не приемлема. Эту задачу можно решить используя наветренную сторону кабины.

Для выяснения целесообразности реализации этого подхода были проанализированы сведения о средней скорости ветра в различных районах страны и его обеспеченности (ГОСТ 16350-80. Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей. Изд. стандартов. М., 1981, Справочник по климату СССР. Выпуск 1-34. Гидрометиздат). Анализ показал, что в теплое время года (июнь, июль, август) средняя скорость ветра 4 м/с и более наблюдается в 87% суммарной продолжительности светлого времени суток. Этот подсчет свидетельствует о целесообразности использования явления деформации НТП для уменьшения температуры приточного воздуха.

Наветренная сторона формируется под суммарным действием направления и скорости ветра в месте работы агрегата, а также скорости и направления движения агрегата. Зонами с наименьшей температурой являются боковые стороны верхней части кабины, где необходимо установить два воздухозаборника.

В качестве указателя наветренной стороны, суммирующего действие перечисленных факторов, предлагается использовать отклонение столба выхлопных газов.

В качестве датчиков, фиксирующих отклонение столба выхлопных газов и осуществляющих переключение воздухозабора, используют датчики температуры (например, термопары или термисторы зачеканенные в металлические полукольца, поднятые над выхлопной трубой на высоту, которая позволяет датчикам температуры зафиксировать отклонение столба выхлопных газов на рабочей скорости агрегата уже при подвижности воздуха 4 м/с), установленные по разные стороны вертикального столба выхлопных газов.

Способ реализуется устройством, представленным в виде схемы на фиг.6, где изображен передний вид трактора 1 с выхлопной трубой 2 и столбом выхлопных газов 3, по разные стороны которого расположены датчики температуры 4 и 5 в виде полукольцевых пластинчатых термопар, закрепленных на выхлопной трубе с помощью теплоизолированного кронштейна 12, а также двух воздухозаборников 6 и 7, расположенных по разные стороны кабины. Воздух в кабину подается побудителем расхода 10.

При отклонении столба выхлопных газов влево (случай, представленный на фиг.4) нагревается датчик температуры 5, сигнал от которого поступает в блок управления клапаном 9 с заслонкой 11. В данном случае заслонка 11 перекрывает воздухозаборник 7 и воздухозабор осуществляется через открытый воздухозаборник 6. В результате этого воздух в кабину будет подаваться с температурой 22^oС. Заметим, что при традиционном заборе воздуха на кровле кабины температура подаваемого воздуха в кабину составляла бы 30-31^oС.

То же, только с другим датчиком и воздухозаборником наблюдается при отклонении столба выхлопных газов слева направо.

Использование предлагаемого способа вентиляции кабин самоходных машин позволит уменьшить температуру воздуха, подаваемого в кабину вентиляционной установкой, что даст возможность исключить или уменьшить степень искусственного охлаждения воздуха. Так, уменьшение температуры воздуха, подаваемого в кабину, на 5^oС при производительности 300 м³/ч позволит уменьшить расчетные тепло поступления в нее на 400 Вт.

По данным ВНИИКОНДВЕНТМАШа стоимость 1 ккал/ч холода компрессионного кондиционера на мобильной технике составляет 0,16 руб. (в ценах 1990 года). Таким образом, экономический эффект, при минимальной эффективности предлагаемого способа вентиляции, составляет 96 руб. на одну машину.