The HVAC system engineering method for a new family of unified cabins of combine harvesters

Abstract

BACKGROUND: Designing a combine harvester cabin climate system is a complex and multi-stage process that includes solving a set of tasks. To solve them, a design engineer must have knowledge and skills in various fields, starting with thermal engineering calculations and ending with experimental research methods and computer modeling, which requires a large amount of intellectual and time resources. Therefore, the task of creating a unified method of engineering of combine harvester cabin HVAC system is highly relevant.

AIM: Development of the HVAC system for a unified cabin of a grain harvester and a forage harvester. The designed HVAC system is purposed to create a comfortable microclimate in the cabin of the combine for 2 people in summer and winter operating conditions.

METHODS: The methodology of calculation and selection of the combine harvester cabin HVAC system, which includes the development of engineering calculation methods and mathematical modeling of thermodynamic and ventilation processes in the cabin, is considered.

RESULTS: The main parameters were determined: heat intakes and heat losses for the grain harvester and forage harvester cabins, which amounted to 2.8 and 2.2 kW for the grain harvester, 2.9 and 2.35 kW for the forage harvester; the required air flow rate supplied to the cabin to ensure a comfortable temperature — 740 m³/h; the percentage of air recirculation regarding the conditions of absence of fogging and creation of excessive pressure in the cabin — 75%; the cooling and heating capacity of the HVAC system, taking into account the operating conditions of the combine, are 7.8 and 6.3 kW respectively. The selection of the main equipment of the HVAC system for a unified cabin for a new family of unified cabins of combines — the BUHLER 1000 MFWD evaporator-heater and the Valeo TM16 compressor are chosen.

CONCLUSION: The HVAC system designed in accordance with the presented methodology is capable of ensuring a comfortable cabin air temperature in the range of 22–24 °C at various operating modes of the combine harvester in different regions. In addition, the HVAC system parameters eliminate fogging of the cabin windows and the penetration of dusty air inside due to the created excessive pressure.

Keywords

combine harvester / HVAC system / engineering calculation / design / computer modeling

References

[1] Mihajlov MV, Guseva SV. Mikroklimat v kabinah mobil’nyh mashin. Moscow: Mashinostroenie; 1977. (In Russ.)

[2] Михайлов М.В., Гусева С.В. Микроклимат в кабинах мобильных машин. М.: Машиностроение, 1977.

[3] Rodimcev SA, Gavrichenko AI, Gal’yanov IV, et al. Issledovaniya germetichnosti kabin sel’skohozyajstvennoj tekhniki s pomoshch’yu indikatornyh pokazatelej. Vestnik NGIEI. 2017;12(79):53–63.

[4] Родимцев С.А., Гавриченко А.И., Гальянов И.В. и др. Исследования герметичности кабин сельскохозяйственной техники с помощью индикаторных показателей // Вестник НГИЭИ. 2017. № 12 (79). С. 53–63.

[5] Guseva SV. Issledovanie i uluchshenie mikroklimata v kabine zernouborochnogo kombajna [dissertation]. Moscow; 1974. (In Russ.)

[6] Гусева С.В. Исследование и улучшение микроклимата в кабине зерноуборочного комбайна: дисс. … канд. техн. наук. Москва, 1974.

[7] Mihajlov VA, Sharipova NN. Sredstva normalizacii mikroklimata i ozdorovleniya vozdushnoj sredy v kabinah traktorov. Moscow: MAMI; 2002. (In Russ.)

[8] Михайлов В.А., Шарипова Н.Н. Средства нормализации микроклимата и оздоровления воздушной среды в кабинах тракторов. Mосква: МАМИ, 2002.

[9] Babenkov Yu., Ozersky A., Romanov V, et al. Experimental studies of the air conditioning system efficiency in the cab of “TORUM 785” combine harvester. E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 273. P. 07001. doi: 10.1051/e3sconf/202127307001

[10] Babenkov Yu., Ozersky A., Romanov V., et al. Experimental studies of the air conditioning system efficiency in the cab of “TORUM 785” combine harvester // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 273. P. 07001. doi: 10.1051/e3sconf/202127307001

[11] Gavrichenko AI, Shapovalov AN. Ocenka summarnogo kolichestva tepla, postupayushchego v kabinu mobil’noj mashiny, i effektivnosti sredstv ee teplozashchity. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 2011;2:34–35. (In Russ.)

[12] Гавриченко А.И., Шаповалов А.Н. Оценка суммарного количества тепла, поступающего в кабину мобильной машины, и эффективности средств ее теплозащиты // Строительные и дорожные машины. 2011. № 2. С. 34–35.

[13] Ustinov AS, Savin IK. Teplotekhnika. Petrozavodsk: Izd-vo PetrGU; 2010.

[14] Устинов А.С., Савин И.К. Теплотехника. Петрозаводск: ПетрГУ, 2010.

[15] Ustinov AS, Pituhin EA, Savin IK. Modelirovanie mikroklimata kabiny transportnogo sredstva. Vestnik MAH. 2007;3:19–22. (In Russ.)

[16] Устинов А.С., Питухин Е.А., Савин И.К. Моделирование микроклимата кабины транспортного средства // Вестник МАХ. 2007. № 3. С. 19–22.

[17] Maslenskij VV. Uluchshenie uslovij truda operatorov tekhnologicheskih i mobil’nyh mashin v usloviyah nagrevayushchego mikroklimata [dissertation]. Rostov-on-Don; 2021. (In Russ.)

[18] Масленский В.В. Улучшение условий труда операторов технологических и мобильных машин в условиях нагревающего микроклимата: дисc. … канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2021.

[19] Bulygin YuI, Shchekina EV, Maslenskij VV. Razrabotka elementov sistemy normalizacii mikroklimata v kabine zernouborochnogo kombajna TORUM. Bezopasnost’ tekhnogennyh i prirodnyh sistem. 2019;2:2–12. (In Russ.)

[20] Булыгин Ю.И., Щекина Е.В., Масленский В.В. Разработка элементов системы нормализации микроклимата в кабине зерноуборочного комбайна TORUM // Безопасность техногенных и природных систем. 2019. № 2. С. 2–12.

[21] Meskhi BCh, Bulygin YuI, Maslenskij VV, et al. Ocenka termoradiacionnogo rezhima rabochego mesta kranovshchika s cel’yu obosnovannogo vybora klimaticheskoj sistemy kabiny metallurgicheskogo krana. Bezopasnost’ truda v promyshlennosti. 2021;2:7–14. (In Russ.)

[22] Месхи Б.Ч., Булыгин Ю.И., Масленский В.В., и др. Оценка терморадиационного режима рабочего места крановщика с целью обоснованного выбора климатической системы кабины металлургического крана // Безопасность труда в промышленности. 2021. № 2. С. 7–14.

[23] Bogoslovskij VN, Pirumov AI, Posohin VN, et al. Vnutrennie sanitarno-tekhnicheskie ustrojstva. V 3. CH. 3. Ventilyaciya i kondicionirovanie vozduha. Kn. 1. Moscow: Strojizdat; 1992. (In Russ.)

[24] Богословский В.Н., Пирумов А.И., Посохин В.Н., и др. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 1. М.: Стройиздат, 1992.

[25] Bulygin YuI, Maslenskij VV. Raschet i vybor oborudovaniya klimaticheskoj sistemy unificirovannoj kabiny dlya zernouborochnogo i kormouborochnogo kombajna: otchet NIR (zaklyuch.) DSTU; Rostov-on-Don, 2020. Reg. № AAAA-A20-120021890156-7. (In Russ.)

[26] Булыгин Ю.И., Масленский В.В. Расчет и выбор оборудования климатической системы унифицированной кабины для зерноуборочного и кормоуборочного комбайна: отчет НИР (заключ.) Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2020. Рег. № АААА-А20-120021890156-7.

[27] Yavnel’ BK. Kursovoe i diplomnoe proektirovanie holodil’nyh ustanovok i sistem kondicionirovaniya vozduha. Moscow: Kniga po Trebovaniyu; 2012. (In Russ.)

[28] Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. М.: Книга по Требованию, 2012.

[29] Dossat Roj Dzh. Osnovy holodil’noj tekhniki. Moscow: Legkaya i pishchevaya prom-st’; 1984. (In Russ.)

[30] Доссат Рой Дж. Основы холодильной техники. М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. 520 с.

Funding

ООО «КЗ «Ростсельмаш»LLC “KZ “Rostselmash”(2019002734)

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector