Система электрического пуска двигателя вездехода с молекулярным накопителем энергии

• Автор: Евдокимов, Евгений Вячеславович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Благовещенск
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Одним из основных требований, предъявляемых к современным вездеходам, является возможность их эксплуатации в различных климатических зонах. Это обусловлено развитием добывающих отраслей промышленности, освоением северных районов нашей страны. Обеспечение эксплуатации вездеходов в районах с холодным климатом связано с надежным пуском двигателя в условиях низких температур.
Анализ пооперационных затрат времени на подготовку вездехода к движению показывает, что при низких отрицательных температурах воздуха до 85% времени расходуется на предпусковой разогрев двигателей.
Основными причинами, обусловливающими необходимость разогрева и затрудняющими пуск дизелей в зимних условиях, являются, с одной стороны, возрастание момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала двигателя, что требует повышение пусковой мощности системы электрического пуска (СЭП), а с другой — существенное снижение энергоотдачи аккумуляторных батарей (АБ) из-за увеличения их внутреннего сопротивления и уменьшения энергоемкости [1-3].

Основными путями решения указанных проблем являются:

1. Использование в составе систем электрического пуска автономного энергоагрегата с приводным двигателем внутреннего сгорания (ДВС).
2. Применение перспективных аккумуляторных батарей, соответствующих предъявляемым требованиям по удельной мощности, взамен серийных.
3. Применение различных способов повышения пусковой мощности аккумуляторных батарей в условиях низких температур.

4. Применение средств внешнего электрического пуска.

Примером реализации первого направления могут служить машины военного назначения, имеющие в составе системы электроснабжения (СЭС) автономный энергоагрегат с приводным поршневым или газотурбинным двигателем. Его применение совместно с аккумуляторными батареями с
начальной степенью заряженности 75 % обеспечивает пуски двигателей военных гусеничных машин при температуре окружающего воздуха до минус 40°.
Однако применение энегоагрегата является эффективным только при использовании на гусеничных машинах перспективных аккумуляторных батарей, отвечающих предъявляемым требованиям, так как в случае отказа энегоарегата серийные аккумуляторные батареи, производимые промышленностью в настоящее время, не обеспечат пуск двигателей при температуре ниже минус 40°С даже при использовании маловязких масел. Разогрев ДВС с использованием штатных подогревателей при указанной температуре окружающего воздуха может привести к разряду АБ.
Отдача аккумуляторной батареей накопленной электрической энергии сильно зависит от температуры, поскольку изменяется ее внутреннее сопротивление, зависящее, в свою очередь, от вязкости электролита. При очень низких температурах отдача аккумуляторной батареи снижается до минимума, несмотря на то, что степень заряженности АБ соответствует норме. Кроме того, при низких температурах нарушается процесс заряда аккумуляторной батареи.
В связи с этим, применяемые в настоящее время на вездеходах свинцовые стартерные аккумуляторные батареи [4, 5] по своим эксплуатационным и электрическим характеристикам (удельная энергия 28...35 Втч/кг, мощность
100...200 Вт/кг) не удовлетворяют возрастающим требованиям и обеспечивают надежный пуск двигателей вездеходов при температуре до минус 20°С.
Производимые в настоящее время промышленностью аккумуляторные батареи [6-10] не удовлетворяют в полном объеме предъявляемым требованиям по удельным мощностньтм характеристикам в стартерном режиме разряда, практически не работоспособны при температуре воздуха ниже минус 40°С и поэтому не решают в полном объеме проблемы пуска двигателей при низких температурах окружающего воздуха. Разработка аккумуляторных батарей в соответствии с выдвигаемыми требованиями в
ближайшей перспективе является проблематичной.
Реализация технических предложений по повышению пусковой мощности АБ путем их разогрева электрическими способами (разогрев встроенными электронагревательными элементами или разогрев аккумуляторных батарей теплом, выделяемыми на внутреннем сопротивлении при . протекании через них постоянного или переменного тока) являются эффективными, но при этих способах требуются внешние источники электрической энергии большой мощности. Поэтому указанные выше способы предпускового разогрева аккумуляторных батарей применимы только в стационарных условиях.
Другой способ предпускового разогрева аккумуляторных батарей заключается в продувке через футляры и межэлементные соединения аккумуляторных батарей горячего воздуха, нагреваемого с помощью выхлопных газов подогревателя в теплообменном аппарате. Данный способ предпускового разогрева АБ является сложным в конструктивном отношении и не обеспечивает требуемой интенсивности разогрева аккумуляторных батарей.
Повышение пусковой мощности аккумуляторных батарей путем их кратковременного подзаряда от внешних источников электрической энергии является эффективным. Однако данный способ повышения пусковой мощности аккумуляторных батарей применим только в стационарных условиях. Таким образом, названные способы повышения пусковой мощности не нашли применения на гусеничных машинах.
Важным направлением в обеспечении высоких эксплуатационных свойств вездеходов является применение средств внешнего запуска. В качестве средств внешнего запуска могут применяться буферные группы с серийными аккумуляторными батареями. Однако они обладают ограниченными возможностями по причинам изложенным выше, обеспечивают ограниченное количество последовательных пусков двигателей при температуре окружающего воздуха до минус 40°С и должны храниться в тепле, что затрудняет их использование при эксплуатации

определяется выражением:
Е, = 3600С20иАБ (2.7)
где иЛв — значение номинального напряжения АБ, В.
Отводимый для размещения штатных АБ в объекте габаритный объем Уде, м3, равен
УАБ = п Г В Н (2.8)
где Ь, В, Н - максимальная габаритная длина, ширина и высота одной АБ. Масса АБ, определяется по формуле
МАБ = пМь (2.9)
где М| - массы одной АБ, кг.
Стоимость АБ определяется в соответствии с выражением:
Сав=~~ (2.10)
‘'СЛ
где Т - продолжительность эксплуатации ГМ до капитального ремонта, годы;
С1 - значение стоимости одной АБ, руб.;
Сл - срок службы одной АБ, годы.
Стоимость одной АБ в течение жизненного цикла Сь руб., определяется по формуле [28]
С, = С1зц + С1Эз (2.11)
где С ид - закупочная цена одной АБ, руб.;
С):), - стоимость электрической энергии, расходуемой на заряд одной АБ в эксплуатации, руб.
Стоимость электрической энергии, расходуемой на заряд одной АБ в эксплуатации определяется исходя из особенностей физического процесса заряда и эксплуатации стартерных АБ и рассчитывается по формуле
С°.-С,;ппГС"'‘1(к,П-+к^)Т" <2Л2>
1(Ю0зэзЗУ
где изср - среднее зарядное напряжение на клеммах АБ, В;
Г|э - коэффициент отдачи АБ по энергии;