Анотація до роботи:

Пастушенко С.І. Розвиток наукових основ розробки сільськогосподарської техніки підвищеної енергоефективності. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.11. – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Національний аграрний університет, Київ, 2004.

Дисертація присвячена проблемі підвищення рівня енергетичної ефективності сільськогосподарської техніки, що розробляється і модернізується.

Розроблено комплексний метод аналізу, синтезу й оптимізації енергоперетворювальних систем і агрегатів сільськогосподарської техніки, який ґрунтується на об'єднанні методу ексергетичного аналізу, економічної оцінки досліджуваних функціональних елементів, з математичними методами теорії графів і методами математичного і фізичного моделювання, які доповнюються даними експериментальних досліджень. Він дозволяє знайти найкращі, з енергетичної й економічної точки зору, технічні рішення конструкцій, що створюються, отже, проектувати їх максимально наближеними до оптимальних.

1. Існуючі методи аналізу і синтезу функціональних елементів сільськогос-подарських машин не забезпечують створення їхніх енергозберігаючих конструк-цій, оскільки відсутні фундаментальні наукові розробки, спрямовані на підвищення ефективності будь-якого з елементів, незалежно від його призначення і структур-них характеристик. Це призводить до значної перевитрати затрачуваної енергії, віднесеної до одиниці виробленої продукції.

2. В основу оптимізації конструктивних рішень гідроприводів, пневмотранс-портних установок і теплообмінного устаткування можуть бути покладені методи-ки, що базуються на ряді загальних властивостей досліджуваних функціональних систем і використовують критерії, які враховують їх ексергетичні й ексергоеконо-мічні показники.

3. Запропоновано новий, оригінальний метод оптимізації функціональних елементів сільськогосподарських машин, що базується на ексергоекономічній кон-цепції, котрий відрізняється універсальністю, прийнятний для всіх типів гідропри-водів, пневмотранспортних пристроїв і теплових апаратів і дозволяє розробляти моделі їхніх робочих процесів, виходячи з техніко-економічних показників ефективності функціонування.

4. Створення (синтезування структур) гідравлічних механізмів сільськогос-подарської техніки на основі ексергоекономічних досліджень забезпечує, у середньому на 15...19%, зниження енергетичних витрат і таким чином підвищує ефективність їхнього використання.

5. Проведено ексергоекономічні дослідження систем гідроприводу сільсько-господарських машин на прикладі двох поколінь кормозбиральних комбайнів виробництва ВАТ «Херсонські комбайни» — КСКУ-6 і МКС-200. Показано, що ексергоекономічні витрати, що припадають на одну операційну функцію для машини КСКУ-6, складають 57,5 грн./рік, у той час як для машини МКС-200 — 44,5 грн/рік. Це свідчить про більшу економічність системи гідроприводу останньої (на 22,6%), що підтверджується їхньою експлуатацією в умовах виробництва і надає можливість застосування в інженерній практиці розроблених методів для аналізу й оптимізації систем гідроприводу сільськогосподарських машин.

6. Встановлено, що для зниження енергетичних втрат на переміщення багатофазного середовища в каналах пневмотранспорту, обумовлених відривними явищами і вихровими течіями, необхідно задавати форму їхньої проточної частини такою, при якій точка відриву прикордонного шару від стінок розташовувалася б якнайнижче за течією.

7. Вперше запропонована комплексна теоретико-експериментальна методи-ка побудови транспортувальних каналів гідродинамічно оптимальної геометрії. Реалізація цієї методики для оптимального профілювання дослідних силосопро-водів кормозбиральних машин, у порівнянні із серійними, забезпечила поліпшення рівномірності руху потоку і заповнення каналу: за сумарною швидкістю на його ділянках до 62%; за зміною надлишкового тиску до 28%. При цьому спостерігалося зниження енергетичних втрат на 15% за рахунок виключення відривних явищ і вихроутворення.

8. Доведено, що для невеликих швидкостей потоків , що надходять (коли число Рейнольдса Re<10000), доцільно використовувати турбулізатори з плавними обрисами форм, у вигляді виступів і западин поверхонь нагрівання. Їхнє застосування максимально інтенсифікує теплопередачу в теплообмінних апаратах сільськогосподарського призначення при відношенні діаметра виступу до діаметра труби в межах d/D = 0,94….0,98 і відношенні відстані між виступами до діаметра труби в межах l/D = 0,25….0,5. Зменшення цих відношень практично не впливає на рівень теплопередачі, проте призводить до стрімкого зростання коефіцієнта гідравлічного опору, а подальше їхнє збільшення викликає зниження теплопередачі.

9. Розроблено нову, більш ефективну по тепловіддачі, конструкцію тепло-обмінного апарата, що поєднує в собі принципи турбулізації потоку з електро-плівковим низькотемпературним нагріванням, захищену патентом України (а.с. №48349А). Найбільша ефективність теплообмінного апарата такої конструкції досягається при експлуатації у зимових умовах, коли знижується його тепловіддача через зледеніння поверхонь теплообміну, або, у форсованому режимі, за необхід-ності збільшення переданої теплоти тілу, що нагрівається. Підвищення ефективнос-ті таких теплообмінних апаратів припускає зменшення їхніх розмірів до 10...20%.

10. Розроблено комплексний метод аналізу, синтезу й оптимізації енергоперетворювальних систем і агрегатів сільськогосподарської техніки, який ґрунтується на об'єднанні ексергетичного аналізу, економічної оцінки дослід-жуваних функціональних елементів, математичних методів теорії графів і методів математичного й фізичного моделювання гідро-тепло-масообмінних процесів. Він дозволяє знайти найкращі технічні рішення створюваних конструкцій, а отже, проектувати їх із високим ступенем термодинамічної досконалості й низьким значенням показника ексергоекономічних витрат, тобто максимально наближеними до оптимальних.

11. Впровадження методики конструювання енергетично ефективних каналів пневмотранспортних установок у ВАТ “Борекс” при проектуванні транспортувального каналу кормозбирального комбайна “Борекс-КЗК-4,2” дозволило одержати річний економічний ефект на суму 49,5 тис. грн. Розроблена методика, комплекс алгоритмів ексергоекономічного аналізу й оптимізації СГСМ і рекомендації по підвищенню їхньої ефективності реалізовані для двох типів комбайнів у ВАТ “Херсонські комбайни” і прийняті для впровадження на перспективних моделях сільськогосподарських машин ряду підприємств сільськогосподарського машинобудування України.

Результати роботи використовуються в навчальному процесі і при проведенні науково-дослідної роботи студентами і магістрантами Миколаївського державного аграрного університету.

Публікації автора:

1. Пастушенко С.И. Оптимизация теплообменных устройств// Збірник наукових праць НАУ “Механізація сільськогосподарського виробництва”. –Київ: Видавництво НАУ. –1999. –Т.V. –С.404-408.

2. Пастушенко С.И. Анализ и оптимизация гидропривода сельскохозяй-ственных машин// Збірник наукових праць НАУ “Механізація сільськогоспо-дарського виробництва”. –Київ: Видавництво НАУ. –1999. –Т.VI. –С.152-158.

3. Пастушенко С.И. Анализ и оптимизация объемных гидротрансформа-торов// Збірник наукових статей “Сільськогосподарські машини”. –Луцьк: Видав-ництво Луцького ДТУ. –1999. –Вип.5. –С.184-188.

4. Войтюк Д.Г., Пастушенко С.І., Погорілець Ю.О. Конструювання проточної частини пневмотранспортної установки// Науковий вісник НАУ. –Київ: ПП”Ірена”. –1999. –Вип.19. –С.197-204. (Здобувачем запропонований метод побудови проточної частини пневмотранспортувального каналу).

5. Войтюк Д.Г., Пастушенко С.И. Профилирование проточной части распылителя ядохимикатов// Труды Таврической государственной агротехнической академии. –Мелитополь: Издательство ТГАТА. –1999. –Вып.4., Т.10. –С.59-64. (Здобувачем запропонований метод побудови проточної частини розпилювача з мінімальними гідродинамічними втратами).

6. Пастушенко С.И. Оптимизация сельскохозяйственных технических систем// Техніка АПК. –1999. -№8. –С.12-15.

7. Пастушенко С.И. Анализ и оптимизация методами теории графов пневмо-транспортных установок в сельском хозяйстве// Энергетика. Известия вузов и энергетических объединений СНГ. – Минск. –2000. –№1. –С.58-61.

8. Бессараб А.С., Мищенко А.В., Пастушенко С.И. Интенсификация теплоотдачи в сельскохозяйственных теплообменных устройствах// Збірник наукових праць НАУ “Механізація сільськогосподарського виробництва”. –Київ: Видавництво НАУ. –2000. –Т.VII. –С.206-209. (Здобувачем проведений аналіз результатів фізичного моделювання теплообмінника з турбулізацією теплоносія).

9. Войтюк Д.Г., Кравчук В.И., Пастушенко С.И. Системный анализ процессов изменения состояния технических установок// Збірник наукових праць НАУ “Механізація сільськогосподарського виробництва”. –Київ: Видавництво НАУ. –2000. –Т.IX. –С.246-248. (Здобувачем запропоноване використання ентропії Колмогорова для аналізу детерміновано-стохастичних систем і проведена оцінка ентропії для бездефектних деталей установки).

10. Войтюк Д.Г., Пастушенко С.И. Гидродинамика криволинейных каналов агрегатов сельскохозяйственных установок и машин// Збірник наукових праць Луганського ДАУ. Технічні науки. –Луганськ: Видавництво ЛДАУ. –2000. –№6/17. –С.23-30. (Здобувачем розроблена математична модель гідродинаміки криволінійних каналів).

11. Пастушенко С.І., Коваль С.О. Розрахунок металокерамічних нагріваль-них елементів//Вісник державної агроекологічної академії України. –Житомир: Видавничий відділ ДАЕАУ. –2000. –Спецвипуск. –С.241-242. (Здобувачем проведе-не математичне моделювання процесу нагрівання металокерамічних елементів).

12. Пастушенко С.І. Оптимізація пневматичних і гідравлічних технічних систем методом ентропійного аналізу// Збірник наукових статей “Сільськогоспо-дарські машини”. –Луцьк: РВВ ЛДТУ. –2000. –Вип.6. –С.125-128.

13. Пастушенко С.І. Аналіз і оптимізація теплотрансформаторів методами теорії графів// Вісник Сумського державного аграрного університету. –2000. –Вип.5. –С.72-78.

14. Пастушенко С.І. Аналіз і оптимізація технологічних трубопроводів сільськогосподарських технічних систем// Вісник Харківського державного техніч-ного університету сільського господарства “Механізація сільськогосподарського виробництва”. –Харків: Видавництво ХДТУСГ. –2000. –Вип.1. –С.286-295.

15. Пастушенко С.І. Рівняння руху дисперсних часток в турбулентному потоці// Праці Таврійської ДАТА. –Мелітополь: Видавництво ТДАТА. –2000. –Вип.1., –Т.17. –С.34-38.

16. Пастушенко С.И. Структура потока в теплообменных аппаратах с интенсификацией теплоотдачи// Сборник научных робот Крымского ГАУ “Механизация сельскохозяйственного производства”. –Симферополь: Издательство ”Крым-Фарм-Трейдинг”. –2000. –Вып.65. –С.140-146.

17. Пастушенко С.И. Анализ динамики и КПД гидрообъемной трансмиссии при помощи теории графов// Праці Таврійської ДАТА. –Мелітополь: Видавництво ТДАТА. –2001. –Вип.2., –Т.17. –С.61-66.

18. Пастушенко С.І. Гідродинаміка турбулентного переносу двофазного середовища, яке поступає із каналу пневмотрансформатора в атмосферу// Вестник НТУ “ХПИ” “Технологии в машиностроении”. –Харьков: Издательство НТУ “ХПИ”. –2001. –Вып.129.-С.258-263.

19. Пастушенко С.І. Неізотермічна турбулентна течія багатокомпонентного середовища в каналі пневмотранспортувального устаткування// Механізація та електрифікація сільського господарства. – Глеваха: Видавництво ННЦ “ІМЕСГ”. –2001. –Вип.85. –С.103-106.

20. Войтюк Д.Г., Пастушенко С.И. Аэродинамика двухфазных течений в вихревых камерах// Збірник наукових праць Кіровоградського ДТУ “Техніка в с.г. виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація”. –Кіровоград: РВВ КДТУ. –2001. –Вип.9. –С.108-114. (Здобувачем розроблені математичні моделі двофазних течій у вихрових камерах).

21. Пастушенко С.И. Улучшение в аэродинамическом отношении конструк-ции канала пневмотранспортной установки// Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник “Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин”. –Кіровоград: РВВ КДТУ. –2001. –Вип.30. –С.85-89.

22. Пастушенко С.І. Метод аналізу і оптимізації сепаратора насіння баштанних культур// Збірник наукових праць Одеського ДСГІ “Аграрний вісник Причорномор’я”. – Одеса: Видавництво “Техносервіс”. – 2001. – Вип.№4(15). –С.75-87.

23. Пастушенко С.І. Оптимізація об’ємних гідропередач// Вісник Харківського ДТУСГ “Механізація сільськогосподарського виробництва”. –Харків: Видавництво ХДТУСГ. –2001. –Вип.7. –С.92-102.

24. Пастушенко С.І. Методи оптимізації гідропневматичних приводів сільськогосподарських машин// Збірник наукових статей “Сільськогосподарські машини”. –Луцьк: РВВ Луцького ДТУ. –2001. –Вип.8. –С.181-187.

25. Пастушенко С.І. Аналіз динамічних моделей мобільних технічних систем на основі теоретико-графових побудов// Праці Таврійської ДАТА. –Мелітополь: Видавництво ТДАТА. –2001. –Вип.1., –Т.25. –С.79-87.

26. Лінник М.К., Пастушенко С.І. Основи розрахунку гідроприводу методами теорії графів// Вісник аграрної науки. –2001. – №9. –С.49-52. (Здобувачем виконане математичне моделювання аналізованого гідроприводу методами теорії графів).

27. Міщенко А.В., Пастушенко С.І. Експериментальне дослідження аеродинаміки силосопроводу комбайна “Борекс-КЗК-4,2”// Техніка АПК. –2001. –№10-12. –С.27-29. (Автори мають рівні права на весь викладений матеріал).

28. Пастушенко С.І. Методи термодинамічного аналізу і термоекономічної оцінки систем гідроприводів сільськогосподарських машин// Вісник аграрної науки Причорномор'я. –Миколаїв: Видавничий відділ МДАА. –2002. –Вип.4(18). –Т.1. –С.64-74.

29. Пастушенко С.І. Питання оптимізації технічних систем// Збірник наукових праць НАУ “Механізація сільськогосподарського виробництва”. –Київ: Видавництво НАУ. –2002. –Т.XI. –С.266-271.

30. Войтюк Д.Г., Пастушенко С.І. Математичне моделювання дифузійних процесів розсіювання домішок під впливом повітряного потоку// Науковий вісник НАУ. –Київ: ПП”Ірена”. –2002. –Вип.50. –С.216-221. (Здобувачем виконано математичне формулювання задачі і виклад методу її рішення).

31. Пастушенко С.І. Енергетичний аналіз конкретних конструктивних рішень пневмоприводу// Вісник аграрної науки Причорномор'я. –Миколаїв: Видавничий відділ МДАА. –2002. –Вип.1(15). –С.218-225.

32. Міщенко О.В., Пастушенко С.І. Удосконалення аеродинаміки силосопроводу методами візуалізації течії потоку// Вісник аграрної науки Причорномор'я. –Миколаїв: Видавничий відділ МДАА. –2002. –Вип.4(18). –Т.2. –С.10-15. (Здобувачем виконано аналіз отриманих результатів, розроблені рекомендації для поліпшення конструкції силосорізки).

33. Пастушенко С.І., Нікульшина В.В. Методи ексергоекономічної оптимізації систем гідроприводів сільськогосподарських машин// Вісник Харківського ДТУСГ “Механізація сільськогосподарського виробництва”. –Харків: Видавництво СПДФО “Червяк В.Є.”. –2002. –Вип.12. –С.157-167. (Автори мають рівні права на весь викладений матеріал).

34. Пастушенко С.І. Аналіз і оптимізація гідроприводу рульового керування трактором// Механізація та електрифікація сільського господарства. – Глеваха: Видавництво ННЦ “ІМЕСГ” –2002. –Вип.86. –С.264-270.

35. Пастушенко С.И. К вопросу о течении потока в криволинейном канале// Збірник наукових праць НАУ “Механізація сільськогосподарського виробництва”. – Київ: Видавництво НАУ. –2003. –Т.XV. –С.155-160.

36. Пастушенко С.И., Сергеев С.Г., Шевчук И.В. Оптимизация гидро-динамики транспортного трубопровода силосорезки комбайна «Борекс–КЗК–4,2»// Сборник научных работ Крымского ГАУ “Механизация сельскохозяйственного производства”. –Симферополь: Издательство ”Крым-Фарм-Трейдинг”. –2002. –Вып.77. –С.133-137. (Здобувачем виконано аналіз результатів розрахунку і розроблено рекомендації щодо поліпшення конструкції трубопроводу силосорізки).

37. Шевчук І.В., Пастушенко С.І. Гідродинаміка потоку в криволінійних каналах пневмотранспортної установки// Вісник Харківського ДТУСГ “Механізація сільськогосподарського виробництва”. –Харків: Видавництво СПДФО “Червяк В.Є.”. –2003. –Вип.20. –С.158-164. (Здобувачем сформульовано задачу і проведено аналіз результатів чисельного розрахунку).

38. Теплообмінний апарат: Патент №48349А. Україна //C.І.Пастушенко, С.О.Коваль. – 15.08.2002. Бюл. №8. –4с. (Здобувачем розроблено конструкцію теплообмінного апарата з турбулізацією потоку і плівковим низькотемператур-ним електронагрівником).

39. Пастушенко С.И., Яхно О.М. Методы выбора оптимальных параметров технических систем // Вісник Сумського державного університету. Серія “Технічні науки”. –Суми: Видавництво СумДУ. –2003. –№12(58)’. –С.196-199. (Здобувачем виконано математичне формулювання задачі оптимізації і запропоновано метод її рішення).

40. Пастушенко С.І. Щодо дослідження нерівноважних і стохастичних технічних систем// Збірник наукових праць Кіровоградського ДТУ “Техніка в с.г. виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація”. –Кіровоград: ТОВ ”Імекс ЛТД”. –2004. –Вип.14. –С.66-71.

41. Пастушенко С.И., Яхно О.М. Повышение эффективности использования энергии в гидравлических механизмах сельскохозяйственных машин// Промислова гідравліка і пневматика. –2004. –№1(3). –С.92-98. (Здобувачем запропоновано метод аналізу й оптимізації систем гідроприводів сільськогосподарських машин, проаналізовано результати досліджень і зроблено висновки по їхньому подальшому використанню).

42. Яхно О.М., Пастушенко С.И. Основы эксергоэкономики// Праці Таврійської ДАТА. –Мелітополь: Видавництво ТДАТА. –2004. –Вип.19. –С.61-65. (Здобувачем виконано аналіз методів оптимізації, що встановлюють зв'язок між енергетичними і техніко-економічними характеристиками системи).

43. Пастушенко С.И. Оптимизация систем тепло и хладоснабжения с термотрансформаторами// Тезисы доклада Международной научно-практической конференции ”Региональные проблемы энергосбережения в производстве и потреблении энергии”.– Киев: Институт технической теплофизики НАНУ. –1999. –С.154-155.