Delist.ru

Система электрического пуска двигателя вездехода с молекулярным накопителем энергии (02.06.2009)

Автор: Евдокимов Евгений Вячеславович

Реализация технических предложений по повышению пусковой мощности АБ путем их разогрева различными способами и кратковременного подзаряда являются эффективными, но применимы только в стационарных условиях.

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 вездеходов вне стационарных пунктов.

Таким образом, названные способы обеспечения надежности пуска ДВС не нашли широкого применения на вездеходах.

В связи с этим, для обеспечения эффективного пуска двигателя при низких температурах воздуха целесообразно вместо аккумуляторных батарей применять в составе систем электрического пуска альтернативные источники электрической энергии (ИЭЭ), удельные мощностные и энергетические характеристики которых в стартерном режиме разряда не ниже предъявляемых требований на перспективную аккумуляторную батарею. Таким альтернативным источником электрической энергии является молекулярный накопитель электрической энергии (МНЭ) емкостного типа.

Невозможность надежного пуска двигателя по причине снижения заряженности АБ при разогреве ДВС ниже минимально допустимого по условиям пуска уровня может быть компенсирована частичным его разогревом и реализацией так называемого холодного пуска. При этом целесообразно применение в составе СЭП комбинированного источника электрической энергии (КИЭЭ), состоящего из свинцовых стартерных аккумуляторных батарей и молекулярных накопителей электрической энергии, для обеспечения преодоления повышенного момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала при холодном пуске двигателя.

Предлагаемый в диссертационной работе подход к оценке и обоснованию применения на вездеходах КИЭЭ, может быть использован при выборе параметров комбинированных источников электрической энергии, состоящих из электрохимического источника и молекулярных накопителей электрической энергии, при разработке СЭП вездеходов.

Применение молекулярного накопителя электрической энергии возможно, как в составе СЭП, так и в средствах внешнего электрического пуска.

Однако в случае применения в составе СЭП молекулярных накопителей электрической энергии не представляется возможным оценить их влияние на эффективность ее работы в целом, так как существующие методики обеспечивают оценку систем электрического пуска с традиционным составом источников электрической энергии, а именно: основной генератор с приводом от основного двигателя шасси, автономный энергоагрегат и аккумуляторные батареи, и не учитывают особенности СЭП с молекулярными накопителями электрической энергии.

Следовательно, имеет место научная задача – совершенствования методики оценки системы электрического пуска двигателя с молекулярными накопителями в качестве источника электрической энергии. Объектом исследования в данной работе является система электрического пуска двигателя с молекулярным накопителем электрической энергии, а предметом исследования – процесс пуска двигателя вездехода.

Цель и задачи работы. Целью настоящего исследования является разработка методики оценки эффективности системы электрического пуска двигателя вездехода с молекулярными накопителями энергии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) Уточнить математическую модель прокрутки коленчатого вала поршневого двигателя СЭП с комбинированным источником электрической энергии

2) Экспериментально и теоретически исследовать характеристики СЭП с МНЭ.

3) Провести оценку СЭП с МНЭ.

4) На основе полученных данных разработать методику оценки СЭП на основе критерия "эффективность-стоимость" для комбинированного источника электрической энергии, состоящего из МНЭ и АБ, и предназначенного для пуска двигателя вездехода.

5) Разработать практические рекомендации и технические предложения по улучшению характеристик СЭП и применению молекулярных накопителей электрической энергии.

В диссертации решается научная задача по исследованию эффективности систем электрического пуска двигателей вездеходов с различными типами молекулярных накопителей в качестве источников электрической энергии.

Научная новизна диссертации состоит в: уточнении математической модели процесса прокрутки коленчатого вала поршневого ДВС от комбинированного источника энергии, включающего молекулярные накопители электрической энергии; разработке методики оценки эффективности системы электрического пуска ДВС вездехода, имеющей в своем составе молекулярный накопитель электрической энергии.

Предлагаемая методика включает в себя совокупность показателей и критериев оценки эффективности исследуемой системы и взаимосвязанную систему математических моделей процессов ее функционирования, в том числе методику технико-экономического обоснования целесообразности применения молекулярных накопителей электрической энергии в составе системы электрического пуска ДВС. Разработанная система взаимосвязанных математических моделей является основой предложенной методики оценки СЭП с молекулярными накопителями электрической энергии и базируется на существующих частных моделях и известных закономерностях функционирования молекулярных накопителей электрической энергии, электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением и аппаратуры СЭП.

На защиту выносятся

1. Методика оценки системы электрического пуска двигателя с молекулярными накопителями электрической энергии (разработан критерий пригодности источника электрической энергии и показатели эффективности КИЭЭ и СЭП в целом).

2. Уточненная математическая модель прокрутки коленчатого вала поршневого двигателя СЭП с комбинированным источником электрической энергии.

3. Результаты экспериментальных и теоретических исследований процессов функционирования системы электрического пуска ДВС, включающей молекулярные накопители электрической энергии.

4. Практические рекомендации по применению молекулярных накопителей электрической энергии в составе СЭП двигателя вездехода.

Достоверность результатов обеспечена достаточной сходимостью экспериментальных данных и результатов моделирования, строгостью выполнения расчетов и преобразований, а также, определением необходимого количества опытов на основе планирования полнофакторного эксперимента (ПФЭ), устранением неопределенностей, проведением параллельных опытов и оценкой погрешностей результатов измерений и расчетов методами общей теории ошибок, которая рассматривает погрешность результирующей величины, как функцию погрешностей составляющих параметров.

Теоретическая значимости работы состоит в дальнейшем развитии теоретических основ анализа и синтеза СЭП с молекулярными накопителями электрической энергии и ее оценки.

Практическая ценность работы заключается:

1. В возможности использования разработанного методического аппарата при выборе структуры и параметров системы электрического пуска двигателя и оценки ее эффективности на этапах эскизного и технического проектирования.

2. В разработке практических рекомендаций по применению молекулярных накопителей электрической энергии в составе СЭП двигателей вездеходов.

3. В разработке практических рекомендаций по применению молекулярных накопителей электрической энергии в составе автономных энергоагрегатов и буферных групп для обеспечения внешнего электрического пуска двигателя и питания приемников электрической энергии вездеходов.

4. В разработке функциональных схем систем электрического пуска вездеходов, обеспечивающих пуск двигателя от молекулярных накопителей электрической энергии совместно с аккумуляторными батареями и заряд молекулярных накопителей электрической энергии от аккумуляторных батарей до напряжения 36 В с применением специального преобразователя напряжения.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:

на VIII региональной межвузовской научно-практической конференции 17-18 мая 2007г. Молодежь ХХI века: шаг в будущее;

на научно-практической конференция Дальневосточного высшего военного командного училища (военного института) имени Маршала Советского Союза К.К. Рокоссовского 28 марта 2007 г.

на расширенном заседании кафедры Электротехники и электрооборудования МАДИ (ТУ) 5 февраля 2009г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 6 статьях общим объемом 0,8 печатных листов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы из 99 наименований. Работа выполнена на 152 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков и 7 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, формулируется цель исследования, приведена общая характеристика работы. Отмечается, что 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, обуславливающими необходимость разогрева и затрудняющими холодный пуск дизелей в зимних условиях, являются, с одной стороны, возрастание момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала двигателя, что требует повышение пусковой мощности системы электрического пуска, а с другой – существенное снижение энергоотдачи аккумуляторных батарей из-за увеличения их внутреннего сопротивления и уменьшения энергоемкости.

Одним из основных способов обеспечения высоких эксплуатационных свойств вездеходов является правильное обоснование типа аккумуляторных батарей, суммарной емкости аккумуляторных батарей в объекте, обеспечение положительного зарядного баланса аккумуляторных батарей во всех условиях эксплуатации и режимах работы системы электроснабжения, двигателя машины.

загрузка...