автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Повышение срока службы стартерных аккумуляторных батарей при эксплуатации в жарких сухих климатических условиях

На правах рукописи

РГ5 ОД ; 3 ) мдя Ш

Аль-Хмуд Абдалла ! Повышение срока службы стартерных аккумуляторных батарей при эксплуатации в жарких сухих климатических условиях [на примере Иордании]

05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их

управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1999

Работа выполнена на кафедре «Электротехника и электрооборудование» Московского государственного автомобильно-дорожного института (технического университета)

Научный руководитель: - заслуженный деятель науки и техники РФ,

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Здрок А.Г., кандидат технических наук, доцент Кузнецова Т.И.

Ведущая организация: федеральное государственное унитарное предприятие - научно-исследовательский экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования (ФГУПНИИ) Автоэлектроника

Защита диссертации состоится «/У » (реорд ¿¿¿¿2000 г. в часов

на заседании диссертационного совета Д 053.03.07. ВАК России при Московском государственном автомобильно-дорожном институте (техническом университете) по адресу: 125829 ГСП-47, Москва, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42, т. 155-03-28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан « /О » 2000 г.

Отзывы на автореферат представлять в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор В.Е.Ютт

доцент, к.т.н.

Н.В.Михайлова

ОЙ-омммш*,®

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В решениях Королевской научной Ассоциации и плане экономического и социального развития Иордании на 19952000 гг. указывается на необходимость повышения эффективности эксплуатации автомобильного транспорта и снижения расходов на ввоз сырья и запасных частей.

Надежность работы автомобиля в значительной степени определяется надежностью работы его электрооборудования, на долю которого приходится до 30% отказов. Особое место в электрооборудовании автомобиля занимает аккумуляторная батарея, являющаяся одним из дорогих изделий и обладающая ограниченным сроком службы.

Статистические данные показывают, что срок службы автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, эксплуатирующихся в Иордании, в два раза меньше, чем в странах со среднеконтинентальным климатом. Такое положение объясняется, главным образом, специфическими условиями эксплуатации, требующими разработки специальных рекомендаций по техническим параметрам и нормам на техническое обслуживание.

Проблема усугубляется тем, что Иордания производит очень небольшое количество аккумуляторных батарей, причем из импортного сырья. Основными поставщиками аккумуляторных батарей являются страны Ближнего Востока.

Таким образом, актуальность рассматриваемой проблемы выходит за рамки Иордании и представляет несомненный интерес для стран-производителей.

Цель работы. Повышение надежности и срока службы автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей при эксплуатации в условиях жаркого сухого климата Иордании.

Научная новизна. Разработана методика исследования надежности стартерных аккумуляторных батарей для эксплуатации в условиях жаркого сухого климата в Иордании.

Создана методика физического моделирования процессов работы аккумуляторных батарей в эксплуатации.

Разработан аппарат математического обеспечения ЭВМ для анализа надежности и технического состояния аккумуляторных батарей в эксплуатации.

Получены аналитические данные зависимости токов перезаряда в функции величины регулируемого напряжения и температуры электролита.

Практическая ценность. Определено влияние эксплуатационных факторов, климатических условий, качества обслуживания и конструктивных характеристик аккумуляторных батарей на их эксплуатационную надежность.

Разработаны методы, позволяющие оценить эффективность работы автомобильных аккумуляторных батарей при эксплуатации в жарких сухих условиях.

Определено влияние величины регулируемого напряжения, температура и плотности электролита, а также места установки батарей под капотом на срок службы аккумуляторных батарей.

Получены зависимости наработки на отказ аккумуляторных батарей в функции температуры электролита и величины регулируемого напряжения.

Даны конкретные рекомендации, позволяющие увеличить срок службы и эксплуатационную надежность аккумуляторных батарей в Иордании.

Реализация результатов работы. Результаты исследования использованы при разработке нормативов и режимов обслуживания автомобилей с целью повышения эффективности работы, надежности и срока службы аккумуляторных батарей в условиях эксплуатации в Иордании.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях МАДИ(ТУ) в 1998 и 1999 г.г.

Публикации. По материалам диссертации опубликована одна печатная работа и один научно-технический отчет по НИР.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Диссертация содержит 145 е., 47 рисунков, 39 таблиц, 76 наименований литературы.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Содержание работы В первой главе — «Анализ эксплуатационных характеристик автомобильных аккумуляторных батарей» — показано, что автомобильные аккумуляторные батареи эксплуатируются в неблагоприятных условиях. При этом наибольшее влияние на срок их службы оказывают: высокая температура окружающей среды и широкий диапазон изменения температуры; действие динамических нагрузок; работа в агрессивной газовой среде, включающей пары горючего; высокая влажность воздуха и большой процент содержания в нем солей. Кроме того, срок службы аккумуляторных батарей зависит от таких факторов, как: технология производства батарей и качество используемых материалов; место установки на автомобиле; технические параметры системы электроснабжения; характер эксплуатации автомобиля, периодичность и качество технического обслуживания.

Изучению срока службы аккумуляторных батарей и факторов, которые на него влияют, посвящен целый ряд работ российских и зарубежных ученых. Однако особенности эксплуатации аккумуляторных батарей в жарких сухих условиях не были опубликованы ни в одной из известных работ.

Статистические данные по различным странам показывают, что 30% из всех неисправностей, возникающих в электрооборудовании легковых автомобилей, имеют отношение к аккумуляторной батарее и системе электроснабжения. Различные источники информации указывают, что из общего числа неисправностей аккумуляторных батарей 24-32% возникают по причи-

не коррозии решеток положительных электродов и 6-10%— из-за оплывания активной массы положительных электродов.

В Иордании 56,4% неисправностей связано с коррозией решеток положительных электродов и 20,6% вызывается оплыванием активной массы положительных электродов. Эти данные указывают на необходимость исследования влияния регулируемого напряжения, высоких температур электролита и высоких значений плотности электролита на срок службы аккумуляторных батарей, что явилось предметом настоящего исследования.

Условия эксплуатации аккумуляторных батарей значительно влияют на срок их службы, поэтому в главе уделено большое внимание изучению температурных режимов работы аккумуляторных батарей в континентальных условиях.

В* соответствии с намеченной целью — повысить эффективность работы и срок службы аккумуляторных батарей при эксплуатации в жарких сухих климатических условиях — в работе решаются следующие задачи:

- определение зависимости максимального и минимального регулируемого напряжения от температуры электролита, что позволяет избежать перезаряда при эксплуатации и гарантирует степень заряженности не менее 80%;

- определение корреляционных зависимостей, которые связывают различные эксплуатационные параметры аккумуляторных батарей и системы электроснабжения между собой. Определение влияния плотности, температуры электролита и регулируемого напряжения на емкость и на резерв емкости аккумуляторных батарей при эксплуатации;

- исследование влияния эксплуатационных факторов на характеристики аккумуляторных батарей;

- исследование эксплуатационной надежности аккумуляторных батарей в условиях жаркого сухого климата;

разработка рекомендаций, позволяющих увеличить наработку на отказ автомобильных аккумуляторных батарей при эксплуатации в странах с жарким сухим климатом. ^

Вторая глава — "Оптимизация режимов работы автомобильных аккумуляторных батарей в системе электроснабжения" — посвящена теоретическому исследованию и расчету степени заряженности аккумуляторной батареи в эксплуатации и определению величины наибольшего и наименьшего регулируемого напряжения генератора в зависимости от температуры электролита с учетом специфических особенностей климата Иордании. Ток заряда в установившимся балансе

где Г|=1ЩР).

Ток, отдаваемый генератором при режиме холостого хода двигателя: 1 _ *•■"»» )

'хх -

(2)

где 1м — максимальное значение тока;

и** — частота вращения генератора в режиме холостого хода двигателя; пхо — начальная частота отдачи генератора;

Кп — постоянная аппроксимации токоскоростной характеристики генератора переменного тока; 1„ — ток потребителей;

ПР — относительная продолжительность разряда батареи.

Частота вращения ротора генератора в начале заряда аккумуляторной батареи:

Пзо=Пхо(1-КАу^}- (3)

Относительная продолжительность разряда (ПР) определяется по интегральной кривой скоростного режима: ПР=^п).

Напряжение заряда батареи:

Ц^р, (4)

где ир — регулируемое напряжение.

Средняя степень зараженности батареи при комбинированной работе днем и ночью

С^С.+СС.-С.)^, (5)

где Ся, Сд — степень заряженности при установившимся балансе в ночном и дневном режиме соответственно;

= (6) Тд тд 1-ПРд

где Т„, Тд — время работы автомобиля соответственно ночью и днем;

т„, тд — постоянная времени переходного процесса соответственно ночью и днем;

ПРМ, ПРД — относительная продолжительность разряда для ночного и дневного режимов соответственно, определяемая по интегральной кривой скоростного режима.

Часовой дефицит емкости при отрицательном балансе в ночном режиме :

Ат=1н-1м(1-ПРн) (?)

С20

Среднее значение степени заряженности в ночном режиме

Сср„=Суд-ДСтТд. (8)

Ток перезаряда при емкости, достигающей 100%:

Для реализации изложенной методики была разработана программа для расчета на ЭВМ. Результаты расчета реализуются в форме таблицы с величинами: ир — регулируемое напряжение (В), СД — степень заряженности при установившимся балансе в дневном режиме (%), СН — степень заряженности при установившимся балансе в ночном режиме (%), ССЗ — средняя степень заряженности для комбинированного режима работы (%). Полученные данные позволяют определить верхний и нижний уровни регулируемого напряжения, которое гарантирует оптимальную эффективность функциони-

рования системы электроснабжения автомобиля в условиях жаркого сухого климата.

На рис. 1 показано изменение верхнего и нижнего пределов регулируемого напряжения в системе электроснабжения автомобилей при эксплуатации в Иордании в зависимости от температуры электролита.

и, в

13,5 13,0 12,5 12,0

20 30 40 50 60 70 80 Тэ, «с

Рис. 1. Рекомендуемые максимальные и минимальные пределы регулируемого напряжения для автомобилей, эксплуатируемых в Иордании

Третья глава — "Исследование влияния эксплуатационных факторов на срок службы аккумуляторных батарей в условиях жаркого сухого климата" — посвящена анализу отказов аккумуляторных батарей при их эксплуатации в Иордании и изучению влияния температуры электролита и регулируемого напряжения на срок их службы.

На рис. 2 показано распределение по типам отказов аккумуляторных батарей при эксплуатации в г. Аммане.

Длительные эксплуатационные испытания показали, что 56,4% отказов аккумуляторных батарей возникли в результате коррозии решеток положительных электродов по причине перезаряда при высоких температурах

Umax

Urnin

электролита в процессе эксплуатации, а 20,6% - по причине деструкции и оплывания активной массы положительных электродов.

Анализ срока службы аккумуляторных батареи на автомобилях различных марок базируется на данных, приведенных в табл. 1.

60

55

50

45

я

о а 40

35

2?

30

25

20

15

10

5

56,4%

20,6%

1 - Коррозия решеток положительных

пластин

2 - Диструкция и оплывание активной

массы положительных пластин

3 - Механическое повреждение

4 - Необратимая сульфатация

5 - Другие

18,4%

3,2%

1,2%

\- \

4 5

Вид отказа

1

Рис. 2. Распределение по типам отказов аккумуляторных батарей при эксплуатации в г. Аммане

Таблица 1

Анализ срока службы аккумуляторных батарей на автомобилях

разных марок

Марка автомобиля Количество исследованных батарей Средний срок службы батареи (в месяцах)

Opel Kadett 1,3 23 15,6

Mercedes-Benz 2,0 38 15,70

Грузовые автомобили Mercedes 1624 и Fiat 619NI 45 24,2

Автобус Toyota-BB21 LM 30 19,7

ВАЗ 2107,2105 27 15,3

Всего: 163

Анализ этих данных показывает, что высокая температура электролита приводит к увеличению скорости коррозии решеток положительных электродов. На легковых автомобилях срок службы аккумуляторных батарей, установленных под капотом рядом с двигателем, существенно меньше, чем при внешней установке. Анализ аккумуляторных батарей по типам дал следующие результаты (табл. 2).

Таблица 2

Анализ аккумуляторных батарей по типам

Страна Модель аккумуляторных батарей Средний срок службы (месяцы)

Тип автомобиля

Opel Kadett 1,3 MercedesBenz 2,0 ВАЗ 2107, 2105 Грузовые Междугородный автобус

Mercedes 1624 Fiat 619 NI Toyota BB21LM

США American AG-9 17,0 18,2 16,8 28,0 21,6

Иордания Hoppecke 16,1 16,4 15,7' 24,2 23,4

Турция Mutlu 13,8 14,0 13,6 20,4 16,0

Испания Tudor STR 14.3 - 18,0

Из таблицы 2 следует, что на автомобилях с внешней установкой наибольшим сроком службы обладают батареи American AG-9, а при установке на легковых автомобилях под капотом — батарея Hoppecke, American AG-9.

Типы аккумуляторных батарей, исследованных в эксплуатации, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Типы исследуемых аккумуляторных батарей

Марка батареи Страна-производитель Номинальная емкость С2о, А.ч.

Hoppecke N50ZL Иордания 60

American 34R770 США 60

Mutlu L3-AD Турция 72

Tudor STR Испания 60

Эксперименты в условиях эксплуатации были проведены в трех таксомоторных парках г. Аммана, характеризуемых одинаковыми условиями эксплуатации автомобилей.

В процессе эксплуатации контролировались следующие параметры: ир— регулируемое напряжение генератора; — плотность электролита в каждом аккумуляторе; Тэ— температура электролита; Ь,— уровень электролита; Т,—температура воздуха. Регулируемое напряжение измерялось при трех различных режимах работы двигателя: на холостом ходу при средней частоте вращения (2000-3000 мин"1), при высокой частоте вращения (5000 мин"1).

В главе излагается методика проведения эксплуатационных испытаний и методика статистической обработки информации для определения теоретического закона распределения температуры и плотности электролита в батареях исследованных автомобилей-такси.

На рис. 3 показано распределение температуры электролита в аккумуляторных батареях для средней температуры воздуха ТВ=30,2"С.

Лучшие результаты по температурному режиму соответствуют батареям, установленным на автомобилях-такси Opel Kadett 1,3.

Величины регулируемого напряжения генератора в процессе эксплуатации автомобилей-такси в г. Аммане приведены в табл. 4.

Рис. 3. Плотность вероятности распределения температуры электролита в аккумуляторных батареях

Таблица 4

Величина регулируемого напряжения генератора в процессе эксплуатации автомобилей-такси

Марка автомобиля Среднее значение регулируемого напряжения % автомобилей с регулируемым напряжением

Меньше 13,6 В 13,6-14,0 В Свыше 14,0 В

Opel Kadett 1,3 13,6 В 30,0 38,0 32,0

Mercedes-Benz 2,0 14,2В 22,1 18,6 59,3

ВАЗ-2107,2105 14,6В 17,9 17,9 30,5

Из табл. 4 следует, что наибольшее регулируемое напряжение соответствует автомобилям ВАЗ-2107, ВАЗ-2105, которые кроме того имеют более высокие средние температуры электролита. Одновременное действие этих факторов существенно влияет на быстрое разрушение решеток положительных электродов.

В результате исследования влияния температуры на плотность электролита и тока перезаряда получены следующие корреляционные зависимости:

а) влияние температуры на плотность электролита

у3 = 1269 - 1,176. Тэ (кг/м3); (10)

б) влияние температуры на ток перезаряда: для асимптотической области (до « 50°С)

1ГО = 33,3 77'5 (А); (11)

для линейной области (> 50°С).

1ГО = -4,41+0,11, (12)

На рис. 4. показаны результаты по изучению влияния температуры на плотность электролита и ток перезаряда.

Рис. 4. Влияние температуры на плотность электролита

Исследования взаимосвязи между током перезаряда, регулируемым напряжением, температурой и плотностью электролита, осуществлялось также на аккумуляторных батареях Норреске 7460.

Цель исследования — нахождение поверхности отклика при температуре, когда начинает проявляться перезаряд.

Предельные значения указанных параметров представлены в табл. 5.

Предельные значения параметров

Фактор Вариация Верхний предел Нижний предел

Температура электролита Т, 10% 53,9"С 44,1°С

Регулируемое напряжения Ц, 2,17% 14,1 В 13,5 В

Плотность электролита у, 3% 1,238 г/м3 1,193 г/м3

Глава четвертая — "Исследование надежности при эксплуатации автомобильных аккумуляторных батарей в условиях жаркого сухого климата" — излагаются общие аспекты теории надежности, применяемой при исследовании, и объясняется методика оценки показателей надежности при эксплуатации аккумуляторных батарей в Иордании.

В результате статистической обработки полученных данных был определен закон распределения наработки на отказ аккумуляторных батарей. Эта переменная обычно подчиняется закону нормального распределения (Гаусса) для аккумуляторных батарей на автомобилях Opel Kadett 1,3 и ВАЗ 2107,2105. Выборочные данные по батареям, установленных на автомобилях Mercedes-Benz 2,0, имеют большой разброс и обычно подчиняются логарифмически нормальному распределению.

Оценка показателей надежности: вероятность безотказной работы Р(Б); вероятность отказа (ДО); частота отказов (а); интенсивность отказов (X) проведена для интервалов 8=7000 км.

Результаты статистической обработки показателей надежности аккумуляторных батарей автомобилей-такси "Додж-1500" показаны на рис.5.

а) Усредненное по всем моделям батарей

6) Батареи модели Hoppecke "33621"

0,0 >.11 1.0 04 / г ШШШШ

N < >7

> с <

J л с V S.

с- / V

1» 105 SJCKM

1

V *

> ж 5< \

/ / \

л ч

m з.*кв

в) Батареи модели Mutlu "12В1-В"

г) Батареи модели Tudor "6 ст 45"

1

X р- г

> J~ <

X < \

1 р

N \ /

/ \ \

/ 1 X, \ V

и ч

10* IVA

MS

Рис.6. Показатели надежности аккумуляторных батарей автомобилей-такс^ Opel Kadett 1,3

Наработка на отказ аккумуляторных батарей показана в табл. б.

Наработка на отказ аккумуляторных батарей

Тип аккумуляторных батарей Тип автомобиля-такси

Opel Kadett 1,3 Mercedes-Benz 2,0 ВАЗ-2107,2105

Amirican AG-9 48500 68330 —

Tudor 43644 61141 25977

Норреске 41658 66261 —

Mutlu 26880 36956 11536

Среднее 40170 58172 18755

Изменение наработки на отказ аккумуляторных батарей в зависимости от величины регулируемого напряжения и температуры электролита показано на рис.7.

* 4

о

5

Е 3

х

S 2

«о

3. £

I

1

\ \

13,2 13,4 13,4 13,8 14,0 14,2 14,4 14 1 1 1 1 1 1 1 1

7» Т'с

Рис. 7. Изменение наработки на отказ аккумуляторных батарей от величины регулируемого напряжения и температуры электролита

1. Регулируемое напряжение.

2. Температура электролита.

В пятой главе — "Реализация результатов исследования и экономическая эффективность" — излагаются рекомендации по техническим параметрам для эксплуатации аккумуляторных батарей в жарком сухом климате. Величина регулируемого напряжения должна гарантировать степень заря-женности выше 80% в течение всего года и не допускать перезаряда батареи по причине влияния высоких температур. Для достижения этого регулируемое напряжение должно находиться между 13,58-14,0 В. Температура электролита выше 45 °С значительно ускоряет выход из строя аккумуляторных батарей по причине разрушения электродов. Поэтому в странах с жарким сухим климатом при установке батарей под капотом автомобиля их следует располагать возможно дальше от выхлопного коллектора.

Плотность электролита в аккумуляторных батареях с целью повышения возможного срока службы в странах с жарким сухим климатом должна быть 73=1,230 г/см3 при температуре ТЭ=20°С.

Нормы и инструкции по эксплуатации, существующие в настоящее время, не совсем учитывают особенности эксплуатации аккумуляторных батарей в странах с жарким сухим климатом. В этой главе даются рекомендации по подготовке аккумуляторных батарей к работе, контролю режима заряда, не допускающему перезардд и недозаряд, техническому обслуживанию при эксплуатации и хранению аккумуляторных батарей в жарких сухих условиях.

Экономический эффект, полученный в основном за счет увеличения срока службы и уменьшения расхода аккумуляторных батарей в эксплуатации из расчета на каждую тысячу автомобилей-такси, составляет 21,5' тысячи условных единиц в год.

1 За условную единицу принят 1 доллар США.

16

Общие выводы

1. Экономическое и социальное развитие Иордании требует повышения эффективности эксплуатации автомобильного транспорта, снижения расхода запасных частей. Указанная проблема в значительной степени касается автомобильных аккумуляторных батарей, являющихся одним из самых дорогих изделий электрооборудования автомобилей.

2. Результаты эксплуатационных испытаний позволили установить, что срок службы автомобильных аккумуляторных батарей в условиях жаркого сухого климата является крайне низким и составляет 15,7 месяцев на автомобилях-такси; 24,6 месяцев на грузовых автомобилях и 19,7 месяцев на междугородных микроавтобусах.

3. Разработан аппарат математического обеспечения ЭВМ для анализа надежности и технического состояния автомобильных аккумуляторных батарей в эксплуатации.

4. Исследование причин отказов аккумуляторных батарей при эксплуатации в Иордании показывает, что 56,4% отказов происходит в результате коррозии решеток положительных электродов и 20,6% отказов в результате деструкции и оплывания активной массы положительных электродов.

5. В результате массовых натурных экспериментов в эксплуатационных условиях определены показатели надежности разных типов аккумуляторных батарей автомобилей-такси.

6. Установлено, что наработка на отказ аккумуляторных батарей на автомобилях-такси Opel Kadett 1,3 составила 58172 км, на Mercedes-Benz 2,0 — 40170 км и на ВАЗ 2107 - 18755 км. Определена зависимость наработки на отказ батарей от величины регулируемого напряжения и температуры электролита в условиях жаркого сухого климата.

7. Исследование взаимосвязи между током перезаряда, регулируемым напряжением, температурой и плотностью электролита позволило установить, что наибольшее влияние на ток перезаряда оказывает температура электролита и регулируемое напряжение.

8. Разработаны алгоритмы и программы расчета степени заряжен-ности аккумуляторных батарей в процессе эксплуатации, позволившие установить пределы изменения регулируемого напряжения системы электроснабжения с учетом жаркого сухого климата.

9. Разработаны практические рекомендации по повышению надежности работы и срока службы аккумуляторных батарей, в условиях жаркого сухого климата, которые позволяют получить значительный экономический эффект, составляющий в год 21,5 тыс.усл. ед. на 1000 автомобилей в зависимости от их марки.

Основные положения диссертации опубликованы в работе: Югг В.Е., Аль-Хмуд А, Морозов В.В. «Особенности эксплуатации необслуживаемых аккумуляторных батарей». М., 1999, - 4 с. Депонировано в ВИНИТИ. № 2495-В99 от 29.07.99. А также доложены на научно-технических конференциях МАДИ(ТУ) в 1998-99 гг.

кади. 3.416 т.100 15.12.99г.

Введение.

ГЛАВА 1. Анализ эксплуатационных характеристик стартерных аккумуляторных батарей.

1.1. Анализ факторов, влияющих на срок службы аккумуляторных батарей.

1.2. Неисправности, возникающие в батареях в процессе их эксплуатации и причины их возникновения.

1.2.1. Коррозия токоотводов положительных электродов.

1.2.2. Деструкция и оплывание активной массы положительных электродов.

1.3. Особенности условий эксплуатации аккумуляторных батарей в Иордании.

3.1. Срок службы аккумуляторных батарей в эксплуатации в Иордании.

3.2. Анализ сроков службы аккумуляторных батарей по типам и маркам для эксплуатации в условиях жаркого сухого климата.

3.3. Методика проведения эксплуатационных исследований и статическая обработка информации.

3.4. Анализ результатов измерения эксплуатационных показателей.

3.5. Влияние условий эксплуатации на характеристики перезаряда аккумуляторных батарей.

ГЛАВА 4. Исследование эксплуатационной надежности автомобильных аккумуляторных батарей в условиях жаркого сухого климата.

4.1. Основные положения теории надежности, применяемые для изучения системы электроснабжения автомобиля.

4.2. Анализ показателей эксплуатационной надежности изучаемых автомобильных аккумуляторных батарей.

ГЛАВА 5. Реализация результатов исследования и экономическая эффективность.

5.1. Величины параметров технической эксплуатации.

5.2. Рекомендации по техническому обслуживанию аккумуляторных батарей при эксплуатации в жарких сухих условиях.

5.3. Оценка экономической эффективности оптимизации характеристик аккумуляторной батареи для условий Иордании.

Выводы.

В решениях Королевской научной ассоциации на выполнение плана экономического и социального развития страны на пятилетку 1995-2000 гг., указывается необходимость повышения эффективности эксплуатации автомобильного транспорта и снижение расходов топлива, поэтому было указано на необходимость решить следующие задачи в автомобильной отрасли:

- повысить эффективность эксплуатации и долговечности, имеющихся средств автомобильного транспорта;

- развивать и совершенствовать производство запчастей для автомобильного транспорта.

Для того, чтобы решить поставленные задачи, необходимо обеспечить надежность автомобиля в процессе его эксплуатации.

Электрооборудование автомобиля является одной из наиболее сложных систем современного автомобиля и во многом определяет его эксплуатационные качества.

В настоящее время средняя стоимость электрооборудования достигает 25-30 % от общей стоимости автомобиля и приблизительно 30% неисправностей возникающих в процессе эксплуатации автомобиля приходится на указанную систему.

Особое место в системе электрооборудования занимает аккумуляторная батарея, так как от ее работоспособности в значительной степени зависит надежность функционирования всей системы. Кроме того, аккумуляторная батарея является одним из самых дорогих изделий электрооборудования.

Практический опыт доказал, что срок службы свинцово-кислотных стартерных батарей при эксплуатации в Иордании не превышает 15 месяцев в автомобилях-такси и 24 месяцев на грузовых автомобилях. Срок службы других приборов электрооборудования и остальных систем автомобиля значительно выше. Это обстоятельство вызывает большие затраты на техническое обслуживание, ремонт, а также частую замену батарей, в большинстве импортированных из других стран.

Совсем недавно в Иордании началось небольшое производство аккумуляторных батарей, но несмотря на это, основное сырье необходимо импортировать из стран, с которыми Иордания поддерживает коммерческие отношения.

Учитывая изложенное, разработка методов повышения эффективности работы и срока службы аккумуляторных батарей является важным вопросом для народного хозяйства Иордании.

Иордания расположена в континентальной зоне [жаркий и сухой климат], что определяет специфику условий эксплуатации аккумуляторных батарей, характеризующихся следующим:

- высокая температура окружающей среды;

- высокое солнечное излучение;

- повышенная активность микроорганизмов при повышенной температуре.

Исследование влияния указанных факторов на технические параметры системы электроснабжения имеет большое значение при эксплуатации автомобилей в Иордании.

Разработанные рекомендации, исходя из этого анализа, учитывая условия и характер эксплуатации, позволяет повысить эффективность работы и срок службы свинцово-кислотных батарей.

В настоящей диссертационной работе проведен анализ неисправностей, возникающих в аккумуляторных батареях в процессе эксплуатации в жарких сухих условиях, а также причины их возникновения. В содержании различных глав отражено:

- изучение влияния эксплуатационных факторов на работу объекта исследования;

- экспериментальное исследование режимов эксплуатации аккумуляторных батарей и взаимовлияние различных технических параметров;

- исследование надежности аккумуляторных батарей в процессе эксплуатации;

- определение величин эксплуатационных параметров системы снабжения;

- определение влияния эксплуатационных факторов, климатических условий, качества обслуживания и конструктивных характеристик аккумуляторных батарей на их эксплуатационную надежность.

- приведены методы, позволяющие оценить эффективность работы автомобильных аккумуляторных батарей при эксплуатации в жарких сухих условиях.

- определение влияния величины регулируемого напряжения, температуры и плотности электролита, а также места установки батарей под капотом на срок службы аккумуляторных батарей;

- анализ эксплуатационной надежности новых аккумуляторных батарей иорданского производства марки Норреске 7460;

- зависимости наработки на отказ аккумуляторных батарей в функции температуры электролита и величины регулируемого напряжения.

Даны рекомендации, позволяющие увеличить эксплуатационную надежность аккумуляторных батарей в Иордании.

На защиту выносится.

Результаты исследования неисправностей аккумуляторных батарей, возникающих при эксплуатации в условиях жаркого сухого климата.

Результаты исследования влияния жарких сухих условий на различные технические параметры аккумуляторных батарей.

Результаты влияния эксплуатационных факторов на срок службы аккумуляторных батарей.

Пути повышения надежности.

Методика определения состояния аккумуляторных батарей при эксплуатации в жарких сухих условиях.

Критерии оценки технических параметров системы электроснабжения автомобилей при эксплуатации в жарких сухих условиях.

выводы

1. Экономическое и социальное развитие Иордании требует повышения эффективности эксплуатации автомобильного транспорта, снижения расхода запасных частей. Указанная проблема в значительной степени касается автомобильных аккумуляторных батарей, являющихся одним из самых дорогих изделий электрооборудования автомобилей.

2. Результаты эксплуатационных испытаний позволили установить, что срок службы автомобильных аккумуляторных батарей в условиях жаркого сухого климата является крайне низким и составляет 15,7 месяцев на автомобилях-такси; 24,6 месяцев на грузовых автомобилях и 19,7 месяцев на междугородных микроавтобусах.

3. Разработан аппарат математического обеспечения ЭВМ для анализа надежности и технического состояния автомобильных аккумуляторных батарей в эксплуатации.

4. исследование причин отказов аккумуляторных батарей при эксплуатации в Иордании показывает, что 56,4% отказов происходит в результате коррозии токоотводов положительных электродов и 20,6% отказов в результате деструкции и оплывания активной массы положительных электродов.

5. В результате массовых натурных экспериментов в эксплуатационных условиях определены показатели надежности разных типов аккумуляторных батарей автомобилей-такси.

6. Установлено, что наработка на отказ аккумуляторных батарей на автомобилях-такси Opel Kadett 1,3 составила 58172 км, на MercedesBenz 2,0 - 40170 км и на ВАЗ 2107 - 18755 км. Определена зависимость наработки на отказ батарей от величины регулируемого напряжения и температуры электролита в условиях жаркого сухого климата.

7. Исследование взаимосвязи между током перезаряда, регулируемым напряжением, температурой и плотностью электролита позволило установить, что наибольшее влияние на ток перезаряда оказывает температура электролита и регулируемое напряжение.

8. Разработаны алгоритмы и программы расчета степени заря-женности аккумуляторных батарей в процессе эксплуатации, позволили установить пределы изменения регулируемого напряжения системы электроснабжения с учетом жаркого сухого климата.

9. Разработаны практические рекомендации по повышению надежности работы и срока службы аккумуляторных батарей, в условиях жаркого сухого климата, которые позволяют получить значительный экономический эффект, составляющий в год 21,5 тыс.усл. ед. на 1000 автомобилей в зависимости от их марки.

1. Hindal R. Factors relating to the development, selection and servising of automotive storage batteries. SAE Journal, 1977, No. 5. - 8 p.

2. Arias Paz M. Manual de automoviles. Madrid: Editorial Dossat, 1978. -638 p.

3. Hartzell T. Truck's electrical systems. SAE Preprint, 1958, No. 52-B, 10 p.

4. Howard A. M. Battery plate connection in SLI batteries. SAE Preprint, 1977, No. 770325. - 12 p.

5. King L. Factors in designing generator-battery systems. Machine Design, 1958, Vol. 30, No. 11, p. 22-31.

6. Hardy A. Batteries for vehicles, present and future. Solid wastes, 1977, Vol. 67, No. 12, p. 592-598.

7. Ninomiya K. Batteries for automobiles. GS news technical report, 1977, Vol. 36, No. 1.-28 p.

8. Морозов K.A., Срещенко А.П. и др. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей. Учеб. / Ю. Боровских. М.: Высшая школа. Издательство Центральная Академия. 1997, 527 с.

9. Боровских Ю.И. Вольт-амперные характеристики аккумуляторных батарей. Автомобильный транспорт. 1969, №1, с. 18-21.

10. Эксплуатационные испытания аккумуляторных батарей на срок службы с двух- и трехэлементными реле-регуляторами: Отчет / НИИАТ; Боровских Ю.И., Майзенберг Ю.И. №285. - М., 1959. - 38 с.

11. Селицкая С.Ф. Оптимальные условия эксплуатации и хранения автомобильных аккумуляторов: Дис.на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М., 1960.-149 с.

12. Селицкий И.А. Емкость положительных пластин и начальное разрядное напряжение свинцового аккумулятора: Дис.на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М., 1961. - 172 с.

13. Майзенберг Ю.И. Исследование некоторых параметров систем электроснабжения автомобилей с целью увеличения работоспособности и срока службы аккумуляторных батарей: Дис.на соиск. учен. степ. канд. техн. наук.-М., 1966.-282 с.

14. Эксплуатационные испытания аккумуляторных батарей на срок службы автомобиля «Волга» такси, оборудованного радиотелефонами: Отчет / НИИАТ; Майзенберг Ю.И. - №13-В. - М., 1962. - 38 с.

15. Исследование путей уменьшения коррозии положительной решетки в автомобильном аккумуляторе применительно к условиям эксплуатации: Отчет / ФНИАИ; Криволапова Е.В. №59-1. - Подольск, 1959. - 30 с.

16. Кузнецова Т.И. Аккумуляторная батарея, регулятор и требования, предъявляемые к системе. Автотракторное электрооборудование: Науч.-техн. реф. сб. /НИИНавтопром, 1971 №1, с.32-38.

17. Кузнецова Т.И. Исследование особенностей работы аккумуляторных батарей в системах электроснабжения с генераторами переменного тока на автомобилях и тракторах: Дис.на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М., 1972.- 191 с.

18. Штеменко O.A. Эксплуатационная надежность аккумуляторной батареи автомобиля ГАЗ-2404 «Волга». Автотракторное электрооборудование: Науч.-техн. реф. сб. / НИИНавтопром, 1979 №1, с. 28-30.

19. Курзуков Н.И., Тютрюмов О.С. Срок службы и степень заряженности батарей в эксплуатации. Автотракторное электрооборудование: Науч.-техн. реф. сб. / НИИНавтопром, 1977 №10, с. 13-18.

20. Курзуков Н.И., Тютрюмов О.С., Евдокимова Р.Т. Тенденции развития аккумуляторных батарей за рубежом. Автотракторное электрооборудование: Науч.-техн. реф. сб. / НИИНавтопром, 1979, №10, с. 24-26.

21. Дасоян М.А., Аранчук Е.С., Тютрюмов О.С., Бирюк К.И. Эксплуатация и ремонт стартерных аккумуляторных батарей. М.: Транспорт, 1977, 152 с.

22. Тютрюмов О.С., Курзуков Н.И., Шеленкова А.К. Влияние температуры электролита на работоспособность батарей. Автомобильная промышленность, 1980, № 5, с. 27-29.

23. Тютрюмов О.С., Шеленкова А.К. Перспективы развития стартерных аккумуляторных батарей. Автотракторное электрооборудование: Науч.-техн. реф. сб. / НИИНавтопром, 1974, №4, с.24-27.

24. Тютрюмов О.С., Шеленкова А.К. Влияние некоторых режимов и условий эксплуатации на срок службы аккумуляторных батарей. Автотракторное электрооборудование: Науч.-техн. реф. сб. / НИИНавтопром, 1972, вып.4, с.23-29.

25. Тютрюмов О.С., Курзуков Н.И., Дижур М.М. Новые конструкции необслуживаемых аккумуляторных батарей / НИИНавтопром. М., 1979, -32 с.

26. Тютрюмов О.С., Шеленкова А.К., Курзуков Н.И. Методы исследования КПД заряда свинцового стартерного аккумулятора. Автотракторное электрооборудование: Науч.-техн. реф. сб. / НИИНавтопром, 1976, №8, с.6-10.

27. Van Halteren С. J. The Chrysler long life battery concept. SAE Preprint, 1977, No. 770327. - 8 p.

28. Абрамов В.И., Соколов А.А., Тютрюмов О.С. Анализ сроков службы аккумуляторных батарей в эксплуатации. Автотракторное электрооборудование: Науч.-техн. реф. сб. / НИИНавтопром, 1974, №8, с. 18-22.

29. Курзуков Н.И. Типаж аккумуляторных батарей для автомобилей, тракторов и мотоциклов и основные направления НИР и ОКР на 1980-1985 гг.: Доклад / НИИНавтоприборов. М., 1979, - 8 с.

30. Bennett R.L. Failure modes of batteries removed from service. In: Technical Committee Report. S.I., 1970, p. 12-19.

31. Дасьян M.A. и др. Стартерные аккумуляторные батареи. Устройство, эксплуатация и ремонт. М.: Трактор, 1991. - 255 с.

32. Ильин Н.М., Ваняев В.Я., Тимофеев Ю.М. Электрооборудование автомобилей. М.: транспорт, 1978. - 286 с.

33. Вайнштейн JI.JL, Петиков О.В. испытания свинцовых стартерных аккумуляторных батарей. Учеб. пособие Куйбышев: КУАИ, 1987. - 32 с.

34. Акимов А.В., Акимов О.А. и др. Справочник электрооборудования автомобилей. -М.: Транспорт, 1995, 222 с.

35. Vinal Wood G. Baterías de acumuladores. México: Editorial UTENA, 2 da, edición, 1978.-354 p.

36. Yutt V., Castillo Asenjo G. Desperfectos y fallas en las baterías de acumuladores y analisis de su influencia en las características y vida útil de las mismas. Ciencias técnicas, Transporte y vias de comunicación, 1977, No. 1, p. 55-64.

37. Дасоян M.A., Курзуков Н.И. и др. Стартерные аккумуляторные батареи. Устройство, эксплуатация и ремонт. 2-е издан., стереотип. М.: Транспорт, 1994, с. 193-206.

38. Ютт В.Е., Резник А.М. Исследование влияния неисправностей аккумуляторных батарей на их структурные параметры. Автомобильная промышленность. 1976, №10, с. 12-16.

39. Болотовский В.И., Вайсчант З.И. Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовых аккумуляторов. JL: Энергоатомиздат (ленинградское отделение), 1988, 208 с.

40. Abstracts of the 150 th. meeting of the Electrochemical Society. Las Vegas, Nevada, 1976.-184 p.

41. Advanced batteries now included in DCE R&D program. Electric vehicle news, 1978, No. 11, p. 36-39.

42. Херардо Кастальо Асенко Повышение срока службы автомобильных аккумуляторных батарей при эксплуатации в тропических условиях на примере республики Куба. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. -М., 1984, 202 с.

43. Бабаев А.И. Стартерные свинцово-кислотные батареи. М.: Воениздат, 1967.-174 с.

44. ЮттВ.Е. Электрооборудование автомобилей. -М.: Транспорт, 1989, с. 3668.

45. Юрковский И.М., Юрковский О.И. 300 возможных неисправностей легкового автомобиля. М.: МАДИ, 1997, - 272 с.

46. Акимов С.В., Боровских Ю.И., Чижков Ю.П. Электрическое и электронное оборудование автомобилей. -М.: Машиностроение, 1988, 276 с.

47. Определение надежности и долговечности автомобильных и тракторных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в эксплуатации. Отчет / ФНИАИ. Подольск, 1979. - 64 с.

48. Givens L. Automotive Batteries. — Automotive engineering, 1976. Vol. 84, No. 4, p. 33-40.

49. Grey D.J. Now to select and maintain heavy-duty replacement batteries. -Highway and heavy constr., 1978, No. 11, p. 58-64.

50. Bennett R.L. New rating standards for automotive batteries. SAE Preprint, 1987, No. 770328.-8 p.

51. Любиев О.Н., Чернов В.Г. О механизме вредной сульфатации свинцовых аккумуляторов. / В сб.: Химические источники тока. Москва, 1983.

52. Безверхий С.Ф. Марамашкина A.B. Испытания автомобилей на севере //Полигонные испытания, исследования и совершенствование автомобилей. Тр. НАМИ. М., 1985. 380 с.

53. Эксплуатация и ремонт стартерных аккумуляторных батарей / Дасо-ян М.А. Тютрюмов О.С. Аранчук Е.С. Бирюк К.И. М.: Транспорт, 1977. -152 с.

54. Davies C.W. James A.M. A dictionary of electrochemistry. London: Mc. Millan Press LTD, 1976. - 110 p.

55. Тенденции и перспективы развития производства и научных исследований в области свинцово-кислотных аккумуляторов / Агуср И.А., Дасоян М.А., Гордошова Т.Н., Кашин А.Ф., Скровелина А.П. М.: информэлектро, 1980.-86 с.

56. Литвиненко В.В. Неисправности электрооборудования автомобилей. Поиск и устранение. М.: Издательство «За рулем» 1997. - 96 с.

57. Восстановление электродов аккумуляторных батарей / Тетянич И.К., Дер-кач A.A., Бучной В.М., Сникин В.А., Белов В.А. // №4, 1988.

58. Тимофеев Ю.Л., Тимофеев Г.Л., Ильин Н.М. Электрооборудование автомобилей: Устранение и предупреждение неисправностей. 4-е изд., стер. - М.: Транспорт, 1998. - 298 с.

59. Гост 6851-91. Батареи аккумуляторные свинцовые. Общие технические условия.

60. Doussou R. Sistema electrico de los vehículos automotores. Habana:Editorial Pueblo y Educación, 1980. - 224 p.

61. Баланевский A.A. Исследование разрядных характеристик стартерных аккумуляторных батарей в условиях низких температур: Дис. на соиск. учен, степ. канд. техн. наук. -М., 1972, 141 с.

62. Болотовский В.И., Вайсчант З.И. Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовых аккумуляторов. Л.: Энергоатомиздат, 1989, 208 с.

63. Гидрометеорологическое управление город Аммана.

64. Шестопалов С.К. Увеличение срока службы аккумуляторных батарей. -М.: Патриот, 1997. 61 с.

65. Майзенберг Ю.И. Методика по выбору параметров систем электроснабжения автомобилей / НИИавтоприборов. М.,1970. - 56 с.

66. Атаманеко С.А., Швалев Е.Б. Диагностика и способы продления срока службы свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Л: О-во «Знание» РСФСР, ЛО, ЛДНТП 1990. - 16 с.

67. Дасоян М.А., Агуср И.А. Современная теория свинцового аккумулятора. -Л: Энергия, 1975,-312 с.

68. Методика расчетного выбора пределов регулирования регуляторов напряжения с использованием ЭЦВМ «Мир» НИИавтоприборов. М., 1977. - 50 с.

69. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные необслуживаемые: инструкция и эксплуатация. УИЦ. 563.410.003, 1990.

70. Литвиненко В.В. Электрооборудование автомобиля ВАЗ. М.: Издательство «Зарулем», 1998. - 240 с.

71. Ютт В.Е., Аль-Хмуд А., Морозов В.В. Особенности эксплуатации необслуживаемых аккумуляторных батарей. М., 1999, 4 с.

72. Скорик В.И. Техническое обслуживание и ремонт аккумуляторных батарей. М.: ЦМИПКС, 1990. - 20 с.