ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
4320-31 используются емкостные молекулярные накопители энергии (МНЭ). Молекулярный
накопитель энергии предназначен для применения в составе энергоблока совместно с аккумуляторными батареями-модулями 6ТСТС-100А и облегчает электростартерный пуск бронетанковой и военной автомобильной техники [2].
Конденсаторная система пуска транспортных средств
Молекулярные накопители энергии [3] относятся к классу симметричных двойнослойных
суперконденсаторов биполярной конструкции в герметичном корпусе на основе активированных углей в связанном водном щелочном электролите. Они отличаются от обычных импульсных конденсаторов тем, что для пространственного разделения разноименных зарядов, создающих рабочее электрическое поле, используются не макроскопический диэлектрический слой между проводящими обкладками, а микроскопический поляризованный слой на границе поверхности раздела двух сред. Емкость молекулярного накопителя энергии обеспечивается использованием двойного электрического слоя на межфазной поверхности электрод- электролит. Он обладает высокими энерго-мощностными характеристиками для эффективного
применения в качестве быстро заряжаемого импульсного источника тока с рабочим напряжением заряда до 500 В и практически неограниченным количеством циклов «заряд- разряд». Молекулярные накопители энергии устойчивы к воздействию токов короткого
замыкания, перенапряжений и переполюсовок, требуют малого времени заряда, имеют неограниченное количество циклов «заряд – импульсный разряд».
Корпус молекулярного накопителя энергии [3] имеет форму цилиндра, выполнен из коррозионностойкого металла, герметичен, вибро-ударопрочен, пожаро-взрывобезопасен, не содержит токсичных веществ, пространственное положение – произвольное, выводы “плюс” и
“минус” изолированы от корпуса. Конструктивно представляет собой устройство, обладающее высокой (до 400 Ф) электрической емкостью, время заряда которого от аккумуляторных батарей
системы электроснабжения машины составляет до 40 с, а отдаваемая мощность на порядок 317 выше, чем у штатных батарей. Накопитель не требует специального обслуживания при эксплуатации. В процессе эксплуатации проводится проверка резьбовых соединений:
-надежности креплений;
-подтяжка ослабленных соединений;
-очистка от пыли и грязи;
-восстановление защитного слоя консистентной смазки на резьбовых соединениях.
Рисунок 1 – Молекулярный накопитель энергии МНЭ-120/28
Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
Таблица 1 – Технические характеристики МНЭ-120/28
Тип МНЭ |
120/28 |
Напряжение заряда, В |
|
- номинальное |
24,0 |
- максимальное |
30,0 |
Номинальная электрическая емкость, Ф |
120 |
Динамическая емкость при стартерном разряде не менее, Ф |
75 |
Внутреннее сопротивление, Ом |
0,005 |
Ток утечки не более, мА |
6,0 |
Сопротивление изоляции между корпусом и токовыводами, не менее, МОм |
20,0 |
Масса, кг |
34 |
Длинна по обечайки (при диаметре 230 мм), мм |
420 |
Назначенный срок службы, лет |
15 |
или пробег, тыс. км |
220 |
Гарантийный срок эксплуатации, лет |
7 |
Гарантийный срок хранения, лет |
10 |
Молекулярные накопители имеют следующую маркировку.
МНЭ-120/28
(1)(2) (3)
1 – позиция указывает тип конденсатора (МНЭ – молекулярный накопитель энергии); 2 – позиция указывает номинальную емкость накопителя энергии, Ф, 120;
3 – позиция указывает напряжение бортовой сети автомобиля, на который устанавливается 318
молекулярный накопитель энергии, В, 28.
Молекулярный накопитель энергии является неремонтируемым изделием. Его срок службы сравним со сроком службы автомобиля и достигает 15 лет. Специальных требований по его установке не предъявляется. В соответствие с рисунком 1 представлен внешний вид молекулярного накопителя энергии МНЭ-120/28.
Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные 6ТСТС-100А [4] предназначены в качестве батареи-модуля для тяжелых режимов работы при пуске двигателей и питания потребителей
электрической энергии. Батареи коммутируются гибкими перемычками для обеспечения номинального значения напряжения 12 или 24 В.
В условном обозначении батарей цифры и буквы означают:
6 – количество последовательно соединенных аккумуляторов; Т – для тяжелых режимов работы; СТ – стартерная; С – свинцовая;
100– номинальная емкость при 20-часовом режиме разряда (в А-ч);
А– батарея в ударопрочном пластмассовом моноблоке с общей крышкой.
Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
|
|
Рисунок 2 – Аккумуляторные батареи 6ТСТС-100А |
|
|
|
|
Таблица 2 – Технические характеристики аккумуляторных батарей 6ТСТС-100А |
|
|
|
|
Наименование параметра |
Норма |
|
|
||
1 |
|
Номинальное напряжение, В |
12 |
|
|
2 |
|
Параметры длительного (20-часового) режима разряда: |
|
|
|
ток |
разряда, А |
5 |
|
|
|
номинальная емкость, А·ч |
100 |
|
|
||
конечное напряжение, В |
10,5 |
|
319 |
||
3 |
|
Параметры стартерного режима разряда при температуре электролита (25±2)°С не позже |
|
||
|
|
|
|||
|
|
второго цикла: |
|
|
|
ток |
разряда, А |
600 |
|
|
|
продолжительность разряда до конечного напряжения 9,0 В, мин, не менее |
2 |
|
|
||
4 |
|
Параметры стартерного режима разряда при температуре электролита (30±1)° |
С: |
|
|
ток |
разряда, А |
600 |
|
|
|
продолжительность разряда до конечного напряжения 6,0 В, мин, не менее |
1 |
|
|
||
5 |
|
Масса батареи: |
|
|
|
без |
электролита, кг, не более |
27 |
|
|
|
с электролитом, кг, не более |
35 |
|
|
||
6 |
|
Габаритные размеры, ДхШхВ, мм |
286х236х240 |
|
|
Малообслуживаемая батарея 6ТСТС-100А [4], в исполнении «необслуживаемая» устойчива к глубоким разрядам, имеет малый разряд при хранении [5], обладает повышенной мощностью
при стартерном разряде. Объем технического обслуживания таких аккумуляторных батарей меньше, а периодичность реже, чем у обслуживаемых батарей. Для малообслуживаемых батарей предлагается: удалять грязь с поверхности батарей, чистить вентиляционные отверстия в пробках аккумуляторов, проверять надежность соединения наконечников проводов и полюсных выводов батарей только при ТО-2 автомобиля; доливать дистиллированную воду
один раз в двадцать четыре месяца; проводить проверку степени разреженности по плотности электролита один раз в шесть месяцев.
Применение батареи-модуля решает следующие задачи: сократить номенклатуру батарей
до одного типа, повысив эксплуатационную надежность систем электростартерного пуска; разработать единые требования и нормы по эксплуатации, хранению и техническому обслуживанию батарей; унифицировать испытательные средства, оборудование и методы испытаний батарей.
Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
Энергоблок включает в себя молекулярный накопитель, две батареи-модуля типа 6ТСТС- 100А и коммутирующую аппаратуру [6]. Накопитель предназначен для преодоления при
электростартерном пуске двигателя механического сопротивления на стартовое раскручивание коленчатого вала в течение от 1 до 3 с и для его прокрутки в продолжении от 10 до 15 с. Энергоблок обеспечивает пиковую мощность на стартере, необходимую для раскручивания коленчатого вала до пусковых оборотов, т. е. применение энергоблока с молекулярным накопителем повышает частоту вращения коленчатого вала дизеля с использованием штатных стартера, генератора и аккумуляторных батарей при низких температурах до минус 50°С и недостаточной степени заряженности батарей.
Энергоблок автомобиля является одним из многих вариантов так называемой конденсаторной системы пуска (КСП). КСП, например, давно и широко применяются на железнодорожном транспорте.
Перед подсоединением к системе электростартерного пуска (СЭП) автомобиля МНЭ следует зарядить. Предварительный заряд МНЭ может быть произведен через ограничивающий ток заряда резистор непосредственно от АКБ автомобиля. В качестве токоограничивающего резистора рекомендуется использовать штатную электролампу-
переноску накаливания на 20/24 В мощностью порядка 100 Вт. Прекращение свечения лампы свидетельствует о завершении заряда МНЭ. Только после этого следует провести подключение МНЭ параллельно АКБ автомобиля.
С помощью коммутирующей аппаратуры молекулярный накопитель энергии сначала подключается на заряд к аккумуляторным батареям, а затем, непосредственно при пуске двигателя, к системе электростартерного пуска. После пуска двигателя молекулярный накопитель энергии автоматически отключается от бортовой сети автомобиля до следующего пуска.
Аккумуляторные батареи заряжают молекулярный накопитель энергии перед пуском. Время заряда – до 40 с. При неработающем генераторе автомобиля все приемники электрической
энергии запитаны только от аккумуляторных батарей.
Нами были произведены расчеты на основе организации ОАО «Сургутнефтегаз» 320 «УКРСиПНП». которые показали, что применение МНЭ-120/28 в паре с двумя аккумуляторными батареями 6ТСТС-100А является экономически выгодным, в сравнении с аккумуляторными батареями 6СТ-190А приведены в таблице 3 и рисунках 4 и 5.
а)
б)
Рисунок 3 – Установка аккумуляторных батарей на грузовом автотранспортном средстве:
а) аккумуляторные батареи 6СТ-190А; б) аккумуляторные батареи 6ТСТС-100А в паре с молекулярным накопителем энергии МНЭ-120/28
Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
600000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
500000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
400000 |
|
|
|
|
|
|
|
АКБ 6ст-190А |
|
|
|
|
|
||||
300000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
200000 |
|
|
|
|
|
|
|
АКБ 6тстс-100А+МНЭ-120/28 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
100000
0
Z
Рисунок 5 – Суммарные экономические затраты
Заключение
В результате проведенной работы можно сделать следующие выводы:
1. Применение указанных элементов позволит исключить невозможность запуска
транспортных средств при особо низких температурах окружающего воздуха. Вследствие этого повысится коэффициент технической готовности (КТГ) подвижного состава и коэффициент
выпуска (КВ). Это |
особенно актуально для объектов работ отдаленных от производственных |
|
баз. |
322 |
|
2. Нами был |
произведен расчет, который показал, что применение молекулярного |
|
|
||
накопителя энергии МНЭ-120/28 в паре с двумя аккумуляторными батареями АКБ 6ТСТС-100А является экономически выгодным, в сравнении с аккумуляторными батареями АКБ 6СТ-190А
который был подсчитан на примере организации ОАО «Сургутнефтегаз» «УКРСиПНП».
Библиографический список
1.Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи: руководство. – М. : Воениздат, 1983. – 184 с.
2.Руководство по эксплуатации автомобилей семейства «Мотовоз-1». – Рязань : Министерство обороны Российской Федерации. Главное автобронетанковое управление, 2006. – 284 с.
3.Альтернативные источники тока для систем электростартерного пуска ДВС/ С.А. Лебедев, В.С. Антипенко // Автомобильная промышленность. – 2009. – №11. – С. 25–35.
4.ТУ 3481-061-00217047–2002. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные 6ТСТС-100А необслуживаемые. Технические условия. – Подольск: ВНИИСТА, 2002.
5.Рациональный режим хранения свинцовых стартерных батарей, основанный на результатах исследования процессов старения их аккумуляторов: дис. … канд. тех. наук / Гумелев Василий Юрьевич. – Рязань, 2001. – 257 с.
6.Электрооборудование автомобилей: устранение и предупреждение неисправностей / Ю.Л. Тимофеев, Г.Л. Тимофеев, Н.М. Ильин. – М. : Транспорт, 1994. – 301 с.
USING THE MOLECULAR ENERGY STORAGE TO IMPROVE THE ENGINE
STARTING AT LOW TEMPERATURES
R.I. Muzipov, R.A. Khusaenov, V.A. Lisin
Abstract. The article is devoted to improving the engines starting at low temperatures. In the field of military vehicles, there is one element that facilitates the electric starter motor vehicles - a molecular energy storage which works in a pair with two batteries adapted for heavy-duty conditions. The
Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.