автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Система электрического пуска двигателя вездехода с молекулярным накопителем энергии

На правах рукописи

ЕВДОКИМОВ ЕВГЕНИЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВЕЗДЕХОДА С МОЛЕКУЛЯРНЫМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы (по

техническим наукам)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидат технических наук

Москва -2009 г. 00347405Э

003474059

Работа выполнена на кафедре «Боевых машин и автомобильной подготовки» в

Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Дальневосточном высшем военном командном училище (Военном

институте) - ДВВКУ.

Научный руководитель:

кандидат военных наук, доцент Грызлов Владимир Михайлович, начальник ДВВКУ (ВИ), г. Благовещенск.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Сидоров Борис Николаевич, профессор кафедры «Электротехники и электрооборудования» Московского автомобильно-дорожного института (ГТУ), г. Москва.

Кандидат технических наук, доцент Малеев Руслан Алексеевич профессор кафедры «Автотракторного электрооборудования» МГТУ «МАМИ», г. Москва.

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования»

Защита состоится «02» июля 2009 года в 1000 на заседании диссертационного совета Д.212.126.05 Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета) по адресу: 125319, ГСП А-47, Москва, Ленинградский проспект, дом 64.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МАДИ (ГТУ) Автореферат разослан «01» июня 2009 года.

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять в адрес совета института.

Ученый секретарь Диссертационного совета, Кандидат технических наук, доцент

Михайлова Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Одним из основных требований, предъявляемых к современным вездеходам, является возможность их эксплуатации в различных климатических зонах. Это требование обусловлено развитием добывающих отраслей промышленности, освоением районов Крайнего севера, Сибири и Дальнего востока. Обеспечение эксплуатации вездеходов в районах с холодным климатом связано с надежным пуском двигателя в условиях низких температур.

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.

Обеспечение холодного пуска двигателя в условиях низких температур достигается различными способами. Но не все они достаточно эффективны.

Так применение энегоагрегата является эффективным только при использовании на вездеходах перспективных аккумуляторных батарей, отвечающих предъявляемым требованиям, так как в случае отказа эне-гоарегата серийные аккумуляторные батареи, производимые промышленностью не могуЗт гарантировать пуск двигателей при температуре ниже минус 30°С даже при использовании маловязких масел. Разогрев ДВС с использованием штатных подогревателей при указанной температуре окружающего воздуха может привести к разряду АБ.

Производимые в настоящее время промышленностью аккумуляторные батареи не удовлетворяют в полном объеме предъявляемым требованиям по удельным мощностным 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 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 XXI 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.

Указывается, что наиболее перспективным путем обеспечения пуска двигателя вездехода в условиях низких температур является применение в составе систем электрического пуска (СЭП) емкостных накопителей электрической энергии.

В первой главе проведен анализ путей совершенствования СЭП вездеходов и требований к параметрам источников электрической энергии для обеспечения надежного пуска двигателя в условиях низких температур окружающего воздуха, топлива, масла и охлаждающей жидкости. При анализе сделаны следующие основные выводы:

Серийные СЭП не обеспечивают холодные пуски двигателей вездеходов в диапазоне температур окружающей среды от минус 40°С до минус 20°С.

Для выполнения данного требования должна быть решена задача повышения пусковой мощности СЭП в два раза и повышение энергозапаса источника электрической энергии в полтора раза.

Серийные системы электрического пуска вездеходов обеспечивают эффективный пуск холодных двигателей при температурах топлива, масла и охлаждающей жидкости минус 40°С с "теплыми" аккумуляторными батареями, так как АБ при положительной температуре электролита отдают требуемую мощность. Поэтому одним из основных путей решения проблемы повышении пусковой мощности системы электрического пуска является предпусковой разогрев электролита аккумуляторных батарей.

Для вездеходов наиболее приемлемым является применение аккумуляторных батарей со встроенным электрообогревом. Однако предпусковой разогрев аккумуляторных батарей возможен только в стационарных условиях, так как в этом случае требуются внешний источники электрической энергии большой мощности.

Анализ работ по исследованию и совершенствованию СЭП вездеходов показал, что одним из путей решения проблемы обеспечения эффективного холодного пуска двигателей внутреннего сгорания является применение альтернативных источников электрической энергии, которые существенно превосходят по удельной мощности свинцовые стартерные АБ.

Одним из альтернативных источников электрической энергии являются молекулярные накопители электрической энергии, обладающие рядом преимуществ перед свинцовыми стартерными аккумуляторными батареями (обеспечивают повышение пусковой мощности АБ более чем в два раза; имеют стабильность отдаваемой мощности независимо от температуры окружающей среды; снимают пиковые нагрузки от стартера при совместной работе с аккумуляторными батареями, чем обеспечивается продление срока службы АБ; имеют лучшие объемно-массовые показатели; имеют высокие удельные мощностные характеристики; большой срок службы (до 15 лет); сохраняют работоспособность при низких температурах окружающей среды; не требуют технического обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации; являются экологически чистым ИЭЭ; обеспечивают надежность пуска двигателя и снижают температуру пуска двигателя на 5°С в сравнении с АБ). В случае применения в составе СЭП МНЭ пуск двигателя вездехода возможен как от самого МНЭ, так и от МНЭ совместно с АБ.

По результатам главы делается вывод том, что для обеспечения пуска двигателя вездехода в условиях низких температур наиболее целесообразно в составе СЭП вездеходов применение МНЭ в качестве КИЭЭ.

В главе определяется цель диссертационной работы, формулируется научная задача и задачи исследования.

Во второй главе приведена методика оценки эффективности системы электрического пуска с молекулярными накопителями энергии двигателя гусеничного вездехода, математическая модель прокрутки коленчатого вала поршневого двигателя от молекулярных накопителей электрической энергии, экспериментальные исследования СЭП с молекулярными накопителями электрической энергии и оценка адекватности разработанной математической модели.

Для обобщенной оценки степени соответствия характеристик КИЭЭ техническим требованиям, предъявляемым к вспомогательным ИЭЭ, предлагается ввести векторный (многомерный) показатель эффективности W(u), который представляет собой совокупность скалярных величин

Щи) = (Р(и), Е(и), V(u), М(и), ВД,С(и)), (1)

где Р(и) - частный показатель эффективности, характеризующий степень соответствия КИЭЭ предъявляемому требованию по мощности, Вт;

Е(и) - частный показатель эффективности, характеризующий степень соответствия КИЭЭ предъявляемому требованию по максимальной запасаемой энергии, Дж;

У(и) - частный показатель эффективности, характеризующий степень соответствия КИЭЭ предъявляемому требованию по объему, м3;

М(и) - частный показатель эффективности, характеризующий степень соответствия КИЭЭ предъявляемому требованию по массе, кг;

Я(и) - частный показатель эффективности, характеризующий степень соответствия КИЭЭ предъявляемому требованию по ресурсу (сроку службы), годы;

С(и) - частный показатель эффективности, характеризующий степень соответствия КИЭЭ предъявляемому требованию по стоимости, руб;

и-тип КИЭЭ.

Для выработки решения о применении в составе СЭП вездеходов конкретного типа КИЭЭ целесообразно использовать критерий эффективности, в основу которого положена концепция пригодности

Ш(и) > \УТР, и еи (2)

где \¥(и) -значение показателя эффективности конкретного типа КИЭЭ;

\УТР - требуемое значение показателя эффективности вспомогательного ИЭЭ;

и - множество возможных типов вспомогательных ИЭЭ.

Учитывая, что показатель эффективности КИЭЭ, описываемый выражением (1) - векторный, а значение требуемого показателя эффективности принимается равным значению показателя эффективности штатных аккумуляторных батарей объекта, представляется целесообразным применение следующего критерия пригодности для КИЭЭ с учетом формул (1) и (2):

р > р

гКИЭЭ(0 ~ АБ'

Екиээ (о — Еаб V <У

у КИЭЭ(1) — АБ

МКЮЭ(1)<МАБ

К-КИЭЭ(1) — &АБ

С <с где Ркиээщ - значение мощности КИЭЭ, Вт;

Е киээ(о - значение максимальной запасаемой энергии КИЭЭ, Дж;

V киээй - значение объема КИЭЭ, м3;

М киээО) - значение массы КИЭЭ, кг;

Ккиээ© - значение ресурса (срока службы), годы;

СКиээ(о ~ значение стоимости КИЭЭ, руб;

i - тип КИЭЭ;

и - число приемлемых типов КИЭЭ;

Раб - значение мощности штатных АБ, Вт;

Едб - значение максимальной запасаемой энергии штатных АБ,

Дж;

УАБ - значение объема штатных АБ, м3;

Маб - значение массы штатных АБ, кг;

Rae - значение ресурса штатных АБ, годы;

Саб - значение стоимости штатных АБ, руб.

Приведен порядок определения частных показателей эффективности.

Однако возникает проблема выбора лучшего типа КИЭЭ из числа пригодных, которые определены с использованием критерия пригодности (3).

Лучшим типом КИЭЭ из числа пригодных будет тип, имеющий наименьшую стоимость. Следовательно, для определения лучшего типа КИЭЭ требуется введение дополнительного критерия - «эффективность-стоимость».

Критерий «эффективность-стоимость» для выбора лучшего типа источника электрической энергии из числа пригодных представлен в виде C(u, п) —> min, при п > п3, при Тп = - 40°С , (4)

u gN

где N - число пригодных типов КИЭЭ, шт;

п3 - значение требуемой пусковой частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Используя критерий «эффективность-стоимость», можно выбрать лучший тип КИЭЭ из числа пригодных на стадии технического проектирования, зная требуемую пусковую частоту вращения коленчатого вала дизеля при пуске и частоту вращения, обеспечиваемую КИЭЭ. Следовательно, КИЭЭ следует рассматривать как элемент СЭП, целевое назначение которой является раскрутка коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания до минимальной пусковой частоты вращения, при которой обеспечиваются условия для самовоспламенения топлива.

Для расчета значения частоты вращения коленчатого вала дизеля, которая определяется параметрами КИЭЭ, разработана математическая модель прокрутки двигателя серийной СЭП с КИЭЭ, состоящая из:

- расчета частоты вращения коленчатого вала поршневого двигателя при прокрутках от комбинированного источника электрической энергии;

- аналитических зависимостей для определения параметров прокрутки двигателя от молекулярных накопителей электрической энергии.

Разработанная математическая модель обеспечивает получение следующих показателей СЭП при прокрутках коленчатого вала двигателя в зависимости от суммарной емкости МНЭ в объекте: частоты вращения и момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала дизеля; температуры холодной прокрутки; параметров стартера; параметров МНЭ;

Предлагаемая математическая модель (5) прокрутки двигателя СЭП с КИЭЭ представляет собой систему линейных алгебраических уравнений:

КПДИЭЭсМНЭ.

п =

_ 15т?пРивг1ммт1иээт1сС(и1 ~им)

лМсопр ^^

<

ст

(5)

48-Ц ~ 0,0018

30 т]мм

'7,1/л/ -

ïïMçTHOb пстном 30 U cmoM 1Стном

UK=U + ICTU í

1 —

+ Гц + Гн

UH=\,9WA

„ _ mr,rJl) ю~ к

rH3i^ = 2 • 10"8Г3 - M О"6 Г2 - 0.000 IT + 0.0043 гнэ,-г = 2• 10'8Г3 + 2■ 10"6Г2 -0.000ir + 0.0075 rH3¡_ 3 =-4-10~8Г3+4-10'бГ2 +0.0001Г + 0.0103

3

У*?"! ^v ^í; i '"í

гяэ,_4 = -5• 10"8r + 3 • lO'V2 - 5 • 10"5r + 0.0049

'Ш*

Uв ~ UHP r6\ IP

г - 4jhl 61 ~ I

1 КЗ

Лиээ ~ '

гст +гц rCT + Гц + гнэ

СИЭ,-1 =-М0-6Г3 -0.0002Г2 -0.0049Г + 0.9469 Сиэ,_2 =4-10 '6ТЪ- 0.0003 Т2 + 0.00123" +1.0651 сяэ/-з = -3■ 10"бГ3 -0.0002Г2 + 0.0126Г + 0.8624 сиэ,-А =-4-Ю"бГ3 -0.0002Г2 +0.0009Г + 0.9917

/ =Мсощ- + 2№

ст 1,58

U = 24 ± л/576-0.018Р „

си

с

НОР

СУ

_

Модель обеспечивает получение следующих показателей СЭП при прокрутках коленчатого вала двигателя в зависимости от суммарной емкости МНЭ в объекте:

частоты вращения коленчатого вала дизеля при заданной температуре масла;

температуры холодной прокрутки коленчатого вала дизеля в зависимости от типа масла;

параметров стартера, а именно: внутреннего сопротивления стартера, тока стартера, напряжения на клемме стартера в максимальном режиме прокрутки, сопротивления проводов стартерной цепи;

параметров МНЭ, а именно: емкости МНЭ в режиме прокрутки, напряжения на клеммах МНЭ в начале и в конце прокрутки соответственно; внутреннее сопротивление и относительную емкость в зависимости от температуры электролита;

момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала дизеля в зависимости от типа и температуры масла;

КПД источников электрической энергии с МНЭ. Методика оценки эффективности комбинированных источников электрической энергии содержит следующий алгоритм оценки КИЭЭ по критерию пригодности:

1. Определение множества КИЭЭ X, соответствующих требованию по средней мощности в стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 45°С, проводится по частному критерию пригодности

Рх > Р

ГКИЭЭ-ГТР

хеХ

где х - тип КИЭЭ, соответствующий требованию по средней мощности в стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 45°С.

2. Определение множества КИЭЭ У (У сХ), соответствующих требованию по максимальной энергии из числа КИЭЭ, соответствующих требованию по средней мощности в стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 45 °С, проводится по частному критерию пригодности

Уу > V

УКИЭЭ1 - УТР ^

у е У

где у - тип КИЭЭ, соответствующий требованию по максимальной энергии.

3. Определение множества КИЭЭ Ъ (Ъ с У), соответствующих требованию по объему из множества КИЭЭ, соответствующих требова-

нию по максимальной энергии, проводится по частному критерию пригодности

V2 > V

УКИЭЭ1 - УТР (3)

г е Z

где 2 - тип КИЭЭ, соответствующий требованию по объему.

4. Определение множества КИЭЭ V*/ (\¥ а2), соответствующих требованию по массе, из числа КИЭЭ, соответствующих требованию по объему, проводится по частному критерию пригодности

Мкиээ! £ Мтр ^ (9)

даеШ

где w - тип КИЭЭ, соответствующий требованию по массе.

5. Определение множества КИЭЭ Б (Р cZ), соответствующих требованию по сроку службы, из числа КИЭЭ, соответствующих требованию по массе, проводится по частному критерию пригодности

где Г - тип КИЭЭ, соответствующий требованию по сроку службы.

6. Определение множества КИЭЭ В (В соответствующих требованию по стоимости, из числа КИЭЭ, соответствующих требованию по сроку службы, проводится по частному критерию пригодности

Сь > С Ь е В

где Ь - тип КИЭЭ, соответствующий требованию по сроку службы.

7. Выбор лучшего типа КИЭЭ, из числа пригодных по критерию эффективность-стоимость.

Экспериментальные исследования МНЭ проводились с целью оценки возможности их использования для осуществления холодных пусков двигателя марки В-84 и проверки адекватности математической модели. Двигатели модели В-84 устанавливаются на вездеходы семейства «Витязь» серий ДТ-ЗОПМН, ДТ-10П, используемые в диапазоне температур от 50°С до -50°С, а так же специальные машины СВГ-27/ДТ предназначенные для выполнения геофизических работ с целью сейсморазведки на нефть и газ в условиях районов Севера и Сибири.

Испытаниям подверглись МНЭ марки МНЭ-140/28 производства ЗАО «НПО «ТехноКор».

Испытуемые МНЭ размещались в составе автономного энергоагрегата марки АЭ-1-4 с молекулярными накопителями электрической энергии производства ЗАО «НПО «ТехноКор», предназначенного для разогрева моторно-трансмиссионных установок и внешнего электрического пуска поршневых двигателей гусеничных машин.

Автономный энергоагрегат с МНЭ непосредственно подключался к стартеру вездехода проводами внешнего запуска.

Таким образом, автономный энергоагрегат с МНЭ в совокупности со стартером представлял собой физическую модель СЭП с МНЭ.

Испытуемые МНЭ в составе АЭ-1-4 размещались в помещении с температурой воздуха 5°С и выдерживались при заданной температуре в течение трех суток. Температура масла двигателя на момент испытаний определялась по показаниям штатного термометра масла двигателя вездехода и составила 5°С. Температура топлива в баках вездехода принималась равной температуре окружающего воздуха.

В ходе испытаний делались три прокрутки двигателя с последующим его пуском. Интервалы между прокрутками определялись продолжительностью заряда МНЭ от агрегата питания.

Возможность холодных пусков двигателя вездехода от МНЭ типа МНЭ-140/28 при температуре 5°С оценивалась по критерию - длительности прокрутки двигателя.

Параметры холодных прокруток двигателя марки В-84 от МНЭ марки МНЭ-140/28 при температуре 5°С представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Параметры АЭ-1-4 в режиме прокрутки двигателя марки В-84 при температуре 5°С__

Наименование параметра Значение параметра

Продолжительность прокрутки КВ двигателя с частой вращения (90... 140) об/мин и напряжении БС не ниже 10 В, с 3,7

Средняя мощность АЭ-1-4 за время прокрутки двигателя, кВт 29,5

Максимальная (пиковая) мощность АЭ при прокрутке двигателя, кВт 74,7

Среднее значение тока АЭ-1-4 за время прокрутки двигателя,А 1003,4

Максимальное (пиковое) значение тока АЭ-1-4 за время прокрутки ДВС, А 2432,1

Среднее значение напряжения на РВЗ АЭ-1-4 за вре- 29,4

-17-

мя прокрутки ДВС, В

Среднее значение напряжения БС за время прокрутки двигателя,В 14,0

Напряжения БС вездехода в конце прокрутки, В 10,0

Продолжительность выхода двигателя на установившуюся частоту вращения коленчатого вала, с 0,6

Максимальная частота вращения двигателя, об/мин 140

Средняя частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин 115

Минимальная частота вращения двигателя, об/мин 90

Параметры пусков двигателя марки В-84 от МНЭ марки МНЭ-140/28 при температуре 5°С представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры АЭ-1-4 в режиме пуска двигателя марки В-84 при температуре 5°С__

Наименование параметра Значение параметра

Средняя мощность за время пуска двигателя, кВт 16,9

Максимальная (пиковая) мощность АЭ-1-4 при пуске двигателя, кВт 71,3

Среднее значение тока при пуске двигателя, А 721,8

Максимальное (пиковое) значение тока при пуске двигателя , А 2329,8

Среднее значение напряжения на РВЗ при пуске двигателя, В 23,5

Среднее значение напряжения БС при пуске двигателя, В 20,6

Максимальное (пиковое) значение тока при пуске двигателя, А 2329,8

Среднее значение напряжения на РВЗ при пуске двигателя, В 23,5

Среднее значение напряжения БС при пуске двигателя, В 20,6

Минимальное значение напряжения БС при пуске двигателя, В 15,9

Продолжительность пуска двигателя, с 0,9

По результатам экспериментальных исследований установлено: ИЭЭ, состоящий из 4-х МНЭ марки МНЭ-140/28 обеспечивает эффективный холодный пуск двигателя марки В-84 при температуре 5°С, а так же обеспечивает холодную прокрутку двигателя марки В-84 без подачи топлива длительностью до 5 с с частотой вращения не ниже 80 об/мин при напряжении бортовой сети не ниже 10 В. Длительность пуска двигателя составила 0,9 с.

Значение момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала двигателя марки В-84 при холодной прокрутке от источника электрической энергии, состоящего из четырех МНЭ марки МНЭ-140/28, составило 1079 Н-м при температуре масла двигателя 5°С.

Оценка адекватности моделирования проводилась по коэффициенту несовпадения Тейла ит . Коэффициент несовпадения Тейла 11т рассчитывался применительно к частоте вращения коленчатого вала двигателя марки В-84 при холодных прокрутках в вездеходе от ИЭЭ, состоящего из 4-х МНЭ марки МНЭ-140/28 при температуре 5°С.

Коэффициент несовпадения Тейла ит измеряет степень несовпадения значений обобщенного параметра процесса Р (частоты вращения коленчатого вала двигателя при прокрутках коленчатого вала двигателя от МНЭ), определенного экспериментально, со значениями обобщенного параметра процесса А (частоты вращения коленчатого вала двигателя при прокрутках коленчатого вала двигателя от МНЭ), определенного в результате расчета по модели.

По результатам расчета значение коэффициента несовпадения Тейла Ит практически равно нулю, ит = 0,057, что позволяет сделать вывод об адекватности математической модели функционирования СЭП вездехода с МНЭ, т.е. параметры СЭП определенные экспериментально и рассчитанные по модели имеют приемлемую сходимость.

В третьей главе приведены теоретические исследования СЭП с молекулярными накопителями электрической энергии и их оценка с целью анализа и разработки рекомендаций по улучшению характеристик.

Исследованиям с использованием разработанной математической модели подверглись МНЭ следующих марок: МНЭ-200/24, 20ЭК402.2-120-28/16-0,006 и 24ПП-80-0,003, которые в наибольшей степени отвечают предъявляемым требованиям по стартерному режиму разряда при температуре электролита минус 30°С, а также имеют наименьшее внутреннее сопротивление при температуре электролита минус 45°С.

Установлено, что энергетические характеристики КИЭЭ определяются такими параметрами, как: суммарная емкость МНЭ в вездеходе,

уровень напряжения на клеммах МНЭ и суммарной емкостью АБ в вездеходе.

Исследования проводилось с целью: определения температуры и длительности холодной прокрутки и средней частоты вращения коленчатого вала двигателя марки В-84 на масле МТЗ-10П в зависимости от параметров источников электрической энергии, состоящих из МНЭ, на основе разработанной математической модели для оценки эффективности СЭП вездехода и разработки практических рекомендаций по применению МНЭ в составе СЭП вездехода.

Расчет температуры холодных прокруток проводился в следующей последовательности:

1) Определялась минимальная пусковая мощность ИЭЭ, необходимая для прокрутки двигателя марки В-84 на масле МТЗ-10П при температурах масла от 25°С до минус 45°С по формуле

Риээ=^А + 11 (12)

30 ПпрЧИМ

где п3 - заданное значение пусковой частоты вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.

Принимая во внимание, что стартер марки СГ-18 в максимальном режиме работы обеспечивают холодную прокрутку двигателя марки В-84 с Пз = = 125 об/мин, т|пр = 0,9; т]мм = 0,66, выражение (12) принимает вид

Риээ = 22Мсопр + гц- (13)

2) Рассчитывалась максимальная мощность ИЭЭ, состоящего из 4-х МНЭ, для заданных значений температур, по формуле:

Рмнэ = 1Ети„ (14)

3) Определялся КПД ИЭЭ для заданных значений температур.

4) Строились зависимости РИээ = А(Т), Рмнэ = Г (Г) и г|Иээ = ДТ) в единой системе координат.

5) Определялась температура холодной прокрутки двигателя марки В-84 от ИЭЭ по точке пересечения зависимостей Риээ = А[Т), Рмнэ = ТО.

Параметры СЭП вездехода (1ЕТ, МСопр, ин, Лиээ) рассчитывались по разработанной в работе модели.

По результатам исследований было установлено:

а) Источники электрической энергии, состоящие из 4-х МНЭ марки МНЭ-200/24, 20ЭК402.2-120-28/16-0,006 и 24ПП-80-0,003 с суммарной емкостью в 832 Ф, 2186 Ф и 1344 Ф соответственно обеспечивают холодные прокрутки двигателя марки В-84 на маловязком масле МТЗ-10П:

при уровне зарядного напряжения 24 В при температурах минус 15, минус 2°С и минус 17°С соответственно;

при уровне зарядного напряжения 28 В при температурах минус 23 °С, минус 14°С и минус 30°С соответственно;

при уровне зарядного напряжения 36 В при температурах минус 23°С, минус 14°С и минус 30 °С соответственно.

б) Источник электрической энергии, состоящий из 4-х МНЭ марки 24ПП-80-0,003 с суммарной емкостью 1344 Ф обеспечивает холодный пуск двигателя марки В-84 на маловязком масле МТЗ-10П до температуры минус 20°С при средней пусковой частоте вращения коленчатого вала двигателя не ниже 115 об/мин, при длительности холодной прокрутки двигателя без подачи топлива до 8 с.

в) Источник электрической энергии, состоящий из 4-х МНЭ марки 24ПП-80-0,003 с суммарной емкостью 1344 Ф обеспечивает холодную прокрутку двигателя типа В-84 на маловязком масле МТЗ-10П без подачи топлива при температуры минус 45 °С при средней пусковой частоте вращения коленчатого вала двигателя не ниже 63 об/мин, при этом длительность холодной прокрутки двигателя без подачи топлива до 1 с.

г) Температура и длительность холодной прокрутки без подачи топлива двигателя марки В-84 на масле МТЗ-10П определяются суммарной емкостью МНЭ в объекте и уровнем зарядного напряжения.

д) Температура холодной прокрутки без подачи топлива двигателя марки В-84 на масле МТЗ-10П от источника электрической энергии, состоящего из 4-х МНЭ марки 24ПП-80-0,003 с суммарной емкостью 1344 Ф, является исходной величиной для оценки системы электрического пуска вездехода с МНЭ.

Проведенный расчет вероятности пуска двигателя от трех типов ИЭЭ: штатных АБ, батареи-модуля (БМ) и КИЭЭ, состоящего из МНЭ, показал, что в случае применения в составе СЭП источника электрической энергии, состоящего из 8-ми БМ, обеспечивается увеличение значения частного показателя эффективности СЭП - вероятности энергообеспеченности эффективного холодного пуска двигателя - на 13,2 %.

В случае применения в составе СЭП КИЭЭ, состоящего из МНЭ и 8-ми БМ, вероятность энергообеспеченности эффективного холодного пуска двигателя возрастает на 29 %, что в 2,2 раза больше в сравнении с источником электрической энергии, состоящего из 8-ми БМ.

При разработке технических предложений по улучшению характеристик систем электрического пуска двигателя было определено, что молекулярные накопители энергии можно использовать для решения разнообразных задач, а именно: повышения эффективного пуска двигателя;

улучшения качества электрической энергии в бортовой сети образца; обеспечения положительного энергобаланса во всех режимах работы СЭП и двигателя вездехода.

Кроме того, по результатам анализа особенностей работы электрического стартера от МНЭ, установлено: в случае прокрутки коленчатого вала двигателя вездехода от МНЭ имеет место проблема обеспечения требуемого качества электрической энергии в бортовой сети машины вследствие нарушения электрического равновесия электрического стартера по причине изменения напряжения на клеммах МНЭ.

В соответствии с решаемыми задачами, результатами расчетных исследований и наличием проблемы по обеспечению требуемого качества электрической энергии в бортовой сети вездехода при прокрутках коленчатого вала двигателя от МНЭ предложены два варианта СЭП с МНЭ, функциональные схемы которых представлены на рисунках 1 и 2.

гсг

Г - стартер-генератор

РН - регулятор напряжения

АОТ - автомат обратного ток

ЯГ - якорь генератора

ЯС - якорь стартера

МНЭ - молекулярный накопитель

электрической энергии

Рисунок 1. - Функциональная двигателя от молекулярных накопи!

Ф - электрический фильтр БЗА - блок защиты аккумуляторов РСГ - реле стартер-генератора П - преобразователь напряжения Ик - нагрузка ПЭЭ корпуса Иб - нагрузка ПЭЭ потребителей

схема СЭП, реализующая пуск елей электрической энергии

Особенностью схемы представленной на рисунке 1 является то, что при включении выключателя батарей происходит заряд МНЭ от АБ через преобразователь на повышенный уровень напряжения до 36 В. при достижении требуемого уровня напряжения на клеммах МНЭ преобразо-

ватель отключается от бортовой сети. При нажатии кнопки «Стартер» включается электродвигатель маслозакачивающего насоса двигателя, питание которого осуществляется от АБ. В соответствии с алгоритмом пуска двигателя МНЭ переключаются на удвоенное напряжение, которое подается на стартер.

Параллельно к автомату обратного тока подключается МНЭ 1, который обеспечивает:

снятие нагрузок в момент переключения передач при движении машины, чем улучшается эффективность заряда:

покрытие пиковых нагрузок ПЭЭ, чем обеспечивается положительный энергобаланс во всех режимах работы генератора;

снижение пульсаций напряжения бортовой сети вездехода, чем повышается качество электрической энергии и надежность ПЭЭ.

Особенностью функциональной схемы СЭП, представленной на рисунке 2, является пуск двигателя от АБ совместно с МНЭ.

Рисунок 2. - Функциональная схема СЭП, реализующая пуск двигателя от аккумуляторных батарей совместно с молекулярными накопителями электрической энергии

В этом случае предполагается использовать свинцовые стартер-ные АБ.

вг

Г - стартер-генератор

РН - регулятор напряжения

ЛОТ - автомат обратного тока

ЯГ - якорь генератора

ЯС - якорь стартера

МНЭ - молекулярный накопитель

электрической энергии

Ф - электрический фильтр БЗА - блок защиты аккумуляторов РСГ - реле стартер-генератора П - преобразователь напряжения Кк - нагрузка ПЭЭ корпуса - нагрузка ПЭЭ потребителей.

Достоинство данного варианта СЭП - максимальная унификация с серийной СЭП, продление срока службы АБ за счет снятия нагрузок по току.

С помощью методического подхода к технико-экономическому обоснованию целесообразности применения молекулярных накопителей электрической энергии в СЭП вездеходов, предложенного в работе, получены результаты, анализ которых показал:

а) Габаритный объем МНЭ в составе КИЭЭ соизмерим с габаритным объемом серийных 24-х вольтовых АБ (габаритный объем установленных в машине МНЭ марки МНЭ-200/24 на 50% превышает габаритный объем АБ типа 12СТ-85РМ, а габаритный объем установленных в вездеходе МНЭ марки ЭК402.2-120-28/16-0,006 на 6% меньше габаритного объема АБ типа 12СТ-85РМ), что предполагает применение МНЭ на вездеходах в составе КИЭЭ при температурах окружающей среды до минус 45°С.

б) По результатам оценки стоимостных показателей КИЭЭ установлено, что стоимость КИЭЭ с МНЭ марки МНЭ-200/24 и 20ЭК402.2-120-28/16-0,006 снижается на 11% и 9% соответственно при сроке службы АБ 7,5... 10 лет, что является существенным.

в) По стоимостным показателям лучшим является КИЭЭ с МНЭ марки МНЭ-200/24,

г) КИЭЭ с МНЭ марки МНЭ-200/24 по стоимости в два раза дороже АБ, однако они обеспечивают холодные прокрутки двигателя марки В-84 до температуры минус 45°С.

КИЭЭ, состоящий из МНЭ и 24-х вольтовых АБ, обеспечивает холодный пуск двигателя марки В-84 при температуре минус 35°С.

д) ИЭЭ, состоящие из четырех МНЭ, при заряде их до 36 В по своим объемно-массовым показателям соизмеримы с ИЭЭ, состоящим из 4-х АБ марки 12СТ-85РМ, однако их стоимости в 5...25 раз выше стоимости серийных АБ (стоимость серийных АБ - 32 тыс. руб., стоимость ИЭЭ, состоящих из 4-х МНЭ составляет 157 тыс. руб., 455 тыс. руб. и 849 тыс. руб. в зависимости от типа МНЭ). Самый дешевый - МНЭ марки МНЭ-200/24.

По результатам расчета с использованием модели функционирования СЭП установлено, что ИЭЭ, состоящий из 4-х МНЭ марки МНЭ-200/24 с суммарной емкостью 832 Ф обеспечивает прокрутки разогретого двигателя марки В-84 длительностью до 5 с. При этом стоимость такого ИЭЭ составляет 24,8 тыс. руб., что на 33 % ниже стоимости ИЭЭ, состоящего из 4-х АБ типа 12СТ-85РМ.

Таким образом, МНЭ марки МНЭ-200/24 целесообразно использовать в составе внешних систем электрического пуска при температуре воздуха до минус 30°С.

Основные результаты и выводы.

Одним из путей решения проблемы эффективного пуска двигателей гусеничных вездеходов при низких температурах воздуха является применение в составе СЭП ДВС молекулярных накопителей электрической энергии, которые стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 30°С по удельной мощности существенно превосходят (на 25...30 %) лучшие мировые аналоги свинцовых стартерных аккумуляторных батарей.

Проведенный анализ работ в исследуемой области показал, что существующий теоретический и методический аппарат обеспечивает оценку СЭП только с традиционным составом источников электрической энергии (автономный энергоагрегат и аккумуляторные батареи) и не учитывает особенности систем электроснабжения с молекулярными накопителями электрической энергии. Существующие методики по оценке СЭП и аккумуляторных батарей рассчитаны в основном на оценку качества функционирования указанных изделий и не обеспечивают оценку эффективности систем электроснабжения, включая источники электрической энергии.

В диссертации разработан методический подход к оценке МНЭ, который базируется на применении концепции пригодности и критерия «эффективность-стоимость». Для реализации методического похода в работе предложены критерии пригодности вспомогательного источника электрической энергии (по средней мощности в стартерном режиме разряда, по максимальной запасаемой энергии, по объему, по массе, по ресурсу и стоимости) и методы определения показателей, на которых они базируются; обоснован критерий эффективности систем электроснабжения и вспомогательного источника электрической энергии по минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала двигателя при температуре минус 45°С; предложен критерий «эффективность-стоимость» для выбора лучшего типа вспомогательного источника электрической энергии и разработана методика оценки эффективности системы электрического пуска с молекулярными накопителями энергии двигателя вездехода

Разработанная методика оценки эффективности обеспечивает: выявление особенностей работы электрического стартера при прокрутках поршневого ДВС от МНЭ с определением его параметров;

обоснование требуемого уровня напряжения на клеммах молекулярных накопителей электрической энергии при прокрутках коленчатого вала поршневого двигателя электрическим стартером в максимальном режиме;

определение КПД источников электрической энергии с МНЭ; определение температуры холодной прокрутки коленчатого вала поршневого двигателя в зависимости от типа масла;

определение момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала поршневого двигателя в зависимости от температуры и типа масла с использованием стартерных характеристик.

Экспериментальными и расчетными методами были получены основные характеристики молекулярных накопителей электрической энергии:

изменение силы тока молекулярных накопителей электрической энергии при разряде на нагрузку 0,04 Ома при различных температурах электролита;

изменение напряжения на клеммах молекулярных накопителей электрической энергии при разряде на нагрузку 0,04 Ома при различных температурах электролита;

внутренне сопротивление молекулярных накопителей электрической энергии при различных температурах электролита;

емкость молекулярных накопителей электрической энергии при различных температурах электролита;

массогабаритные характеристики молекулярных накопителей электрической энергии.

По результатам сопоставительного анализа и качественной оценки МНЭ установлено:

1. Длительность разряда в стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 30°С и объемно-массовым показателям МНЭ соизмеримы с серийными свинцовыми стартерными аккумуляторными батареями;

2. По удельной мощности в стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 30°С молекулярные накопители электрической энергии на 25...85 % превосходят лучшие мировые аналоги свинцовых стартерных аккумуляторных батарей;

3. Значение обобщенного показателя качества МНЭ, характеризующего их энергетические свойства, позволяет сделать вывод о возможности замены свинцовых стартерных АБ в стартерном режиме разряда МНЭ.

В частности, результаты экспериментальных исследований СЭП с молекулярными накопителями электрической энергии показали, что источник электрической энергии, состоящий из 4-х МНЭ марки МНЭ-140/28 обеспечивает эффективный холодный пуск двигателя марки В-84 при температуре 5°С и обеспечивает холодную прокрутку двигателя марки В-84 без подачи топлива длительностью до 5 секунд.

Таким образом, молекулярные накопители электрической энергии выполняют функции свинцовых стартерных аккумуляторных батарей в стартерном режиме разряда и могут использоваться в составе СЭП взамен аккумуляторных батарей. Кроме того, возможна унификация МНЭ и свинцовых стартерных аккумуляторных батарей по установочным, габаритным и присоединительным размерам.

Оценка адекватности математической модели функционирования системы электрического пуска с молекулярными накопителями электрической энергии проводилась по критерию несовпадения Тейла. Значение коэффициента несовпадения Тейла ит близко к нулю, ит = 0,057, что позволяет сделать вывод об адекватности математической модели функционирования системы электрического пуска с молекулярными накопителями электрической энергии гусеничного вездехода.

По результатам проведенных исследований установлено:

1. Источники электрической энергии, состоящие из молекулярных накопителей электрической энергии, обеспечивают холодную прокрутку двигателя марки В-84 на маловязких маслах при температуре минус 45°С;

2. Применение молекулярных накопителей электрической энергии в составе вспомогательного источника электрической энергии для пуска двигателя обеспечивает повышение частного показателя эффективности СЭП (вероятности обеспечения электрической энергией пуска двигателя) вездехода (вероятности обеспечения машины электрической энергией во всех режимах функционирования) на 29 %;

3. Объемно-массовые и стоимостные показатели комбинированных источников электрической энергии, состоящих из молекулярных накопителей электрической энергии и свинцовых стартерных аккумуляторных батарей, определяются параметрами свинцовой стартерной аккумуляторной батареи.

По результатам оценки технико-экономической целесообразности применения молекулярных накопителей электрической энергии были предложены технические решения по улучшению характеристик СЭП (функциональная схема СЭП, обеспечивающая пуск ДВС от молекулярных накопителей электрической энергии совместно с аккумуляторными батареями; функциональная схема СЭП, обеспечивающая пуск ДВС от

молекулярных накопителей электрической энергии), выработаны практические рекомендации по их применению в составе буферных групп (в составе передвижного автономного энергоагрегата с молекулярными накопителями электрической энергии).

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Евдокимов Е.В. Методический подход к оценке эффективности вспомогательных источников электрической энергии в системах электроснабжения вездеходов. // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2009, № 2-3 - С. 36-37.

2. Евдокимов Е.В. Экспериментальное исследование режимов работы электропривода с молекулярным накопителем энергии.// МАДИ (ГТУ). Сборник научных трудов. - 2009 №2 - С. 75-78

3. Евдокимов Е.В. Методика оценки эффективности комбинированных источников электрической энергии. // Молодежь XXI века: шаг в будущее. Материалы VIII региональной межвузовской научно-практической конференции 17-18 мая 2007г. Книга 2. С. 97-100.

4. Грызлов В.М. Евдокимов Е.В. Экспериментальные исследования СЭП с молекулярными накопителями электрической энергии. // Материалы Научно-практическая конференции. 28 марта 2007 г. - Дальневосточное высшее военное командное училище (военный институт) имени Маршала Советского Союза К.К. Рокоссовского - С. 67-68.

5. Евдокимов Е.В. Теоретические исследования системы электрического пуска с молекулярными накопителями электрической энергии. // Материалы Научно-практическая конференции. Молодежь XXI века: шаг в будущее. Совет ректоров вузов амурской области, правительство Амурской области, администрация города Благовещенска. 21-22 мая 2008г. Часть З.С. 45-47.

6. Грызлов В.М. Евдокимов Е.В. Возможность и целесообразность применения молекулярных накопителей энергии в системах электрического пуска гусеничного транспортера // // Материалы Научно-практическая конференции. Молодежь XXI века: шаг в будущее. Совет ректоров вузов амурской области, правительство Амурской области, администрация города Благовещенска. 21-22 мая 2008г. Часть З.С. 47-48.

Подписано в печать 20 мая 2009 г. Формат 60x84x16

Тираж 100 экз. Заказ №17 Усл. Печ.л. 2,7

Издательство «Зея» Тел/факс 8(4162) 42-54-26; Тел. 8(4162) 42-22-45

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 2

Глава 1. Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследования 11

1.1 Современное состояние и направления совершенствования систем электрического пуска двигателей вездеходов

1.2 Оценка возможности применения накопителей энергии в системах электроснабжения и электрического пуска вездеходов

1.3 Анализ методик оценки систем электрического пуска двигателей вездеходов

Выводы. Цель и задачи исследования 43

Глава 2. Методика оценки эффективности системы электрического 46 пуска с молекулярными накопителями энергии двигателя вездехода

2.1 Методический подход к оценке эффективности вспомогательных источников электрической энергии в системах электрического пуска двигателей вездеходов

2.2 Математическая модель прокрутки поршневого двигателя с серийной системой электрического пуска с комбинированным источником электрической энергии

2.2.1 Расчет частоты вращения поршневого двигателя при прокрутках от комбинированного источника электрической энергии

2.2.2 Аналитические зависимости для определения параметров прокрутки двигателя от молекулярных накопителей электрической энергии

2.3 Методика оценки эффективности комбинированных источников электрической энергии

2.4 Экспериментальные исследования СЭП с молекулярными накопителями электрической энергии

2.5. Оценка адекватности математической модели 104 функционирования системы электрического пуска с молекулярными накопителями электрической энергии вездехода с дизельным двигателем

Выводы 106

Глава 3. Анализ системы электрического пуска двигателя вездехода и разработка рекомендаций по улучшению ее характеристик

3.1 Теоретические исследования системы электрического пуска с молекулярными накопителями электрической энергии

3.2 Оценка систем электрического пуска с молекулярными накопителями электрической энергии

3.3 Технические предложения по улучшению характеристик систем электрического пуска двигателя

3.4 Технико-экономическое обоснование целесообразности применения молекулярных накопителей электрической энергии в системах электрического пуска двигателей вездеходов

3.4.1 Методический подход к технико-экономическому обоснованию целесообразности применения молекулярных накопителей электрической энергии в системах СЭП вездехода

3.4.2 Объект исследования 123

3.4.3 Исходные данные для расчета технико-экономического обоснования целесообразности применения МНЭ в системах электроснабжения вездехода

3.4.4 Результаты технико-экономического анализа целесообразности применения молекулярных накопителей электрической энергии в системах электрического пуска вездеходов

3.5 Предложения по применению молекулярных накопителей 132 энергии в системах электрического пуска вездехода Выводы 132

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 нашейны. 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 Вт ч/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 мощностным 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 вездеходов вне стационарных пунктов.

В связи с этим, для обеспечения эффективного пуска двигателя при низких температурах воздуха целесообразно вместо аккумуляторных батарей применять в составе систем электроснабжения альтернативные источники электрической энергии, 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.

Молекулярный накопитель электрической энергии является аналогом свинцовой стартерной аккумуляторной батареи в стартерном режиме разряда и обеспечивает повышение пусковой мощности АБ в два раза. Кроме того, молекулярный накопитель электрической энергии имеет ряд преимуществ перед аккумуляторными батареями, а именно: лучшие объемно-массовые показатели; высокие удельные мощностные характеристики; обеспечивает снятие пиковых нагрузок с аккумуляторных батарей, что продлевает их срок службы; сохраняет работоспособность при температуре воздуха до минус 45°С.

Невозможность надежного пуска двигателя по причине снижения заряженности АБ ниже минимально допустимого по условиям пуска уровня при разогреве ДВС может быть компенсирована частичным 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 гусеничных машинах КИЭЭ, может быть использован при выборе параметров комбинированных источников электрической энергии, состоящих из электрохимического источника и молекулярных накопителей электрической энергии, при разработке СЭП вездехода.

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 [2, 11, 12] 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.

Таким образом, целью диссертационной работы является разработка методики оценки эффективности системы электрического пуска двигателя вездехода с молекулярными накопителями энергии.

Для достижении указанной цели решалась научная задача: исследование эффективности систем электрического пуска двигателей вездеходов с различными типами молекулярных накопителей в качестве источников электрической энергии.

В ходе выполнения диссертационной работы использовались основные положения теории вероятности, линейной алгебры, электротехники и теории электрических машин, методы математического анализа, методы квалиметрической оценки качества изделий.

Научная новизна диссертации состоит в: разработке математической модели процессов функционирования системы электрического пуска 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 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.

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

Практическая ценность работы состоит:

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 двигателя вездехода.

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 вездехода.

4. В разработке функциональных схем систем электроснабжения вездехода, 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.

В ходе выполнения диссертационной работы получены следующие результаты:

1. Предложены показатели пригодности источника электрической энергии для оценки возможности применения в составе систем электрического пуска двигателя вездехода в комбинации с существующими источниками электрической энергии.

2. Обоснован показатель эффективности системы электроснабжения и источника электрической энергии.

3. Выбран' критерий "эффективность-стоимость" источника электрической энергии для оценки комбинированных источников электрической энергии.

4. Разработана математическая модель прокрутки коленчатого вала поршневого двигателя от молекулярных накопителей электрической энергии для определения численного значения показателя эффективности системы электрического пуска ДВС - частоты вращения коленчатого вала двигателя.

5. Разработан метод определения момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала двигателя в зависимости от температуры и вязкости масел с использованием стартерных характеристик.

6. По результатам качественной оценки аккумуляторных батарей и молекулярных накопителей электрической энергии установлено, что они являются самостоятельным средством электрического пуска.

7. Для оценки возможности пусков двигатели от молекулярных накопителей электрической энергии и проверки адекватности математической модели проведены экспериментальные исследования системы электроснабжения с молекулярными накопителями электрической энергии.

8. С использованием математической модели проведены теоретические исследования по определению температуры холодного пуска двигателя вездехода от молекулярных накопителей электрической энергии.

9. Проведена оценка системы электрического пуска ДВС вездехода с молекулярными накопителями электрической энергии.

10. Преложены технические решения по улучшению характеристик СЭП двигателя вездехода.

11. Предложена методика технико-экономического обоснования целесообразности применения молекулярных накопителей электрической энергии в составе СЭП двигателя вездехода.

12. С использованием данной методики даны практические рекомендации по применению молекулярных накопителей электрической энергии.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

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.

Разработанный в работе научно-методический аппарат может быть использован в НИР и ОКР при выборе структуры и параметров СЭП и оценки ее эффективности на этапах эскизного и технического проектирования.

Основные результаты исследования, выполненные лично автором, изложены в шести статьях [53, 54, 58, 59, 64, 66]. Результаты работы были апробированы на

У1П региональной межвузовской научно-практической конференции 17-18 мая 2007г. Молодежь XXI века: шаг в будущее; научно-практической конференция Дальневосточного высшего военного командного училища (военного института) имени Маршала Советского Союза К.К. Рокоссовского 28 марта 2007 г. расширенном заседании кафедры Электротехники и электрооборудования МАДИ (ТУ) 5 февраля 2009г.

Диссертация содержит 150 страниц машинописного текста, состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 85 наименований, включает 16 рисунков, 15 таблиц.

Выводы

По результатам расчетных исследований установлено: источники электрической энергии, состоящие из молекулярных накопителей электрической энергии, обеспечивают холодную прокрутку двигателя марки В-84 на маловязких маслах при температуре минус 45 °С.

Параметры холодной прокрутки коленчатого вала двигателя марки В-84 (температура, частота вращения коленчатого вала двигателя и длительность прокрутки) определяются характеристиками молекулярных накопителей электрической энергии — суммарной емкостью в вездеходе, внутренним сопротивлением, температурой электролита и уровнем зарядного напряжения.

Применение молекулярных накопителей электрической энергии в составе вспомогательного источника электрической энергии для пуска двигателя обеспечивает повышение частного показателя эффективности СЭП вездехода (вероятности обеспечения электрической энергией пуска двигателя) на 29 %.

По результатам технико-экономической оценки целесообразности применения в составе СЭП двигателя молекулярных накопителей электрической энергии установлено, что объемно-массовые и стоимостные показатели комбинированных источников электрической энергии, состоящих из молекулярных накопителей электрической энергии и свинцовых стартерных аккумуляторных батарей, определяются параметрами свинцовой стартерной аккумуляторной батареи (средней мощностью в стартерном режиме разряда при отрицательной температуре электролита и сроком службы).

По результатам технико-экономической оценки целесообразности применения в составе СЭП ДВС молекулярных накопителей электрической энергии обоснованы требования к свинцовой стартерной аккумуляторной батарее по назначению и сроку службы.

По результатам расчета стоимостных характеристик комбинированных источников электрической энергии разработаны предложения по применению молекулярных накопителей в составе СЭП двигателя и по применению МНЭ для внешних электрических пусков двигателей.

Заключение

Учитывая, что 86 % территории России в течение 140 дней в году сохраняется температура ниже минус 20°С, проблема обеспечения пуска двигателей вездеходов при низких температурах имеет важное значение в комплексе мероприятий по повышению эффективности эксплуатации данных машин.

Одним из путей решения проблемы эффективного пуска двигателей вездеходов при низких температурах воздуха является применение в составе СЭП ДВС молекулярных накопителей электрической энергии, которые являются аналогом свинцовой стартерной аккумуляторной батареи в стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 30°С и по удельной мощности существенно превосходят (на 25.30 %) лучшие мировые аналоги свинцовых стартерных аккумуляторных батарей.

Проведенный анализ работ в исследуемой области показал, что существующий теоретический и методический аппарат обеспечивает оценку СЭП только с традиционным составом источников электрической энергии (автономный энергоагрегат и аккумуляторные батареи) и не учитывает особенности систем электроснабжения с молекулярными накопителями электрической энергии. Существующие методики по оценке СЭП и аккумуляторных батарей рассчитаны в основном на оценку качества функционирования указанных изделий и не обеспечивают оценку эффективности систем электроснабжения, включая источники электрической энергии.

Кроме того, результаты анализа литературных источников показали возможность применения комбинированных источников электрической энергии в вездеходах для обеспечения электрической энергией нетрадиционных потребителей электрической энергии, таких как электрическая трансмиссия и система активной подвески. Следовательно, применение в вездеходах комбинированных источников электрической энергии будет означать в перспективе концептуальный и технологический прорыв в области создания вездеходов.

Для достижения цели диссертации разработан методический подход к оценке МНЭ, который базируется на применении концепции пригодности и критерия «эффективность-стоимость». Для реализации методического похода в работе предложены критерии пригодности вспомогательного источника электрической энергии (по средней мощности в стартерном режиме разряда, по максимальной запасаемой энергии, по объему, по массе, по ресурсу и стоимости) и методы определения показателей, на которых они базируются; обоснован критерий эффективности систем электроснабжения и вспомогательного источника электрической энергии по минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала двигателя при температуре минус 45°С; предложен критерий «эффективность-стоимость» для выбора лучшего типа вспомогательного источника электрической энергии и разработана система взаимосвязанных математических моделей, базирующаяся на существенных частных моделях и известных закономерностях функционирования молекулярных накопителей электрической энергии, электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением и систем электрического пуска.

Разработанная система взаимосвязанных математических моделей обеспечивает: выявление особенностей работы электрического стартера при прокрутках коленчатого вала поршневого двигателя от молекулярных накопителей электрической энергии с определением его параметров; обоснование требуемого уровня напряжения на клеммах молекулярных накопителей электрической энергии при прокрутках коленчатого вала поршневого двигателя электрическим стартером в предельном режиме; определение КПД источников электрической энергии с молекулярными накопителями электрической энергии; определение температуры холодной прокрутки коленчатого вала поршневого двигателя в зависимости от типа масла; определение момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала поршневого двигателя в зависимости от температуры и типа масла с использованием стартерных характеристик.

Для практической реализации предложенного методического подхода была разработана расчетная методика оценки систем электрического пуска с комбинированным источником электрической энергии с МНЭ для вездехода с дизельным двигателем. Данная методика обеспечивает проведение оценки эффективности вспомогательных источников электрической энергии по пуску двигателей вездеходов на этапе технического проектирования, позволяет оценить эффективность и целесообразность принимаемых конструктивных технических решений и наметить пути совершенствования разрабатываемых комбинированных источников электрической энергии.

Для проведения экспериментальных исследований МНЭ с целью проверки адекватности предлагаемой математической модели в работе разработана экспериментальная методика, предназначенная для проведения лабораторных и объектовых испытаний молекулярных накопителей электрической энергии, а также для проведения качественной оценки источников электрической энергии, имеющих различную физическую природу.

С использованием разработанной методики при испытаниях получены основные характеристики молекулярных накопителей электрической энергии: изменение силы тока молекулярных накопителей электрической энергии при разряде на нагрузку 0,04 Ома при различных температурах электролита; изменение напряжения на клеммах молекулярных накопителей электрической энергии при разряде на нагрузку 0,04 Ома при различных температурах электролита; внутренне сопротивление молекулярных накопителей электрической энергии при различных температурах электролита; емкость молекулярных накопителей электрической энергии при различных температурах электролита; массогабаритные характеристики молекулярных накопителей электрической энергии.

С использованием характеристик молекулярных накопителей электрической энергии, полученных при испытаниях, определены следующие параметры МНЭ для сопоставительного анализа и качественной оценки молекулярных накопителей электрической энергии и свинцовых стартерных аккумуляторных батарей в стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 30°С: средняя мощность, отдаваемая энергия, удельная объемная энергия, удельная массовая энергия, удельная объемная мощность, удельная массовая мощность, продолжительность разряда, а также проведена качественная оценка молекулярных накопителей электрической энергии с использованием методов квалиметрии.

По результатам сопоставительного анализа и качественной оценки МНЭ установлено:

Длительность разряда в стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 30°С и объемно-массовым показателям МНЭ соизмеримы с серийными свинцовыми стартерными аккумуляторными батареями;

По удельной мощности в стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 30°С молекулярные накопители электрической энергии на 25.85 % превосходят лучшие мировые аналоги свинцовых стартерных аккумуляторных батарей;

Значение обобщенного показателя качества МНЭ, характеризующего их энергетические свойства, позволяет сделать вывод о возможности замены свинцовых стартерных аккумуляторных батарей в стартерном режиме разряда молекулярными накопителями электрической энергии.

В частности, результаты экспериментальных исследований СЭП с молекулярными накопителями электрической энергии показали, что источник электрической энергии, состоящий из 4-х МНЭ типа МНЭ-140/28 обеспечивает эффективный холодный пуск двигателя марки В-84 при температуре 5°С и обеспечивает холодную прокрутку коленчатого вала двигателя марки В-84 без подачи топлива длительностью до 5 секунд.

Таким образом, молекулярные накопители электрической энергии являются аналогом свинцовых стартерных аккумуляторных батарей в стартерном режиме разряда и могут использоваться в составе СЭП взамен аккумуляторных батарей. Кроме того, возможна унификация МНЭ и свинцовых стартерных аккумуляторных батарей по установочным, габаритным и присоединительным размерам.

Оценка адекватности математической модели функционирования системы электрического пуска с молекулярными накопителями электрической энергии проводилась по критерию несовпадения Тейла. Значение коэффициента несовпадения Тейла ит практически равно нулю, иг = 0,057, что позволяет сделать вывод об • адекватности математической модели функционирования системы электрического пуска с молекулярными накопителями электрической энергии гусеничного вездехода.

Для выработки практических рекомендаций по улучшению характеристик СЭП и применению молекулярных накопителей электрической энергии в работе проведены: теоретические исследования функционирования системы электрического пуска вездехода от молекулярных накопителей электрической энергии по определению температуры холодной прокрутки двигателя в зависимости от типа вспомогательного источника электрической энергии; оценка влияния молекулярных накопителей электрической энергии на эффективность системы электроснабжения вездехода в целом; технико-экономическое обоснование целесообразности применения молекулярных накопителей электрической энергии в СЭП вездеходов.

По результатам проведенных исследований установлено: источники электрической энергии, состоящие из молекулярных накопителей электрической энергии, обеспечивают холодную прокрутку двигателя марки В-84 на маловязких маслах при температуре минус 45°С; применение молекулярных накопителей электрической энергии в составе вспомогательного источника электрической энергии для пуска двигателя обеспечивает повышение частного показателя эффективности СЭП (вероятности обеспечения электрической энергией пуска двигателя) вездехода (вероятности обеспечения машины электрической энергией во всех режимах функционирования) на 29 %; объемно-массовые и стоимостные показатели комбинированных источников электрической энергии, состоящих из молекулярных накопителей электрической энергии и свинцовых стартерных аккумуляторных батарей, определяются параметрами свинцовой стартерной аккумуляторной батареи.

Кроме того, результаты проведенных испытаний позволили обосновать требования к свинцовой стартерной аккумуляторной батарее по назначению и сроку службы.

По результатам оценки технико-экономической целесообразности применения молекулярных накопителей электрической энергии были предложены технические решения по улучшению характеристик СЭП (функциональная схема СЭП, обеспечивающая пуск ДВС от молекулярных накопителей электрической энергии совместно с аккумуляторными батареями; функциональная схема СЭП, обеспечивающая пуск ДВС от молекулярных накопителей электрической энергии), выработаны практические рекомендации по их применению в составе буферных групп (в составе передвижного автономного энергоагрегата с молекулярными накопителями электрической энергии).

1. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учебник для ВУЗов. — 4-е изд. М.: Телеком, 2006. - 440 с.

2. Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования: Учебник / Под общ. ред. М.Н. Фесенко. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. — 384 с.

3. Стартерные аккумуляторные батареи. Устройство, эксплуатация и ремонт /М А Дасоян, Н И Курзуков, О С Тютрюмов, В М Ягнятинский. М.: Транспорт, 1994.-242 с.

4. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные: 6СТЭН-140М; 6СТ-140Р, 12СТ-70М и 12СТ-70. Технические условия ТУ-16-529.357-78. Введ. 1978-09-07.-53 с.

5. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные 12СТ-85Р1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ИКШЖ.563423.003-02ТО. СПб.: АО "Электротяга", 2007. - 35 с.

6. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные 12ТСТС-85А необслуживаемые. Технические условия ТУ 3481-062-062-00217047-2002. Проект. ОАО "НИИСТА", 2002. - 25 с.

7. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные 6ТСТС-140А необслуживаемые. Технические условия ТУ 16 ИЛАЕ 563414.018ТУ. -Проект. ОАО "ИНИСТА", 2003. - 36 с.

8. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные 6ТСТС-100А необслуживаемые. Технические условия ТУ 3481-061-00217047-2002. — ОАО "НИИСТА", 2008.-25 с.

9. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для тяжелых режимов эксплуатации. Руководство по эксплуатации ЖШЦИ.563.423.001РЭ. ОАО "КнААЗ", 2008. 23 с.

10. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные 6СТС-140АС. Технические условия ТУ 3481-024-05758606-2001. Проект. - ОАО "КнААЗ",2001.-38 с.

11. Общие технические требования. Системы электроснабжения для объектов вооружения и военной техники: проект/НИИИ Электромеханики -Истра, 2000.-150 с.

12. Пусковые-качества и системы пуска автотракторных двигателей / С.М. Квайт, Я.А. Менделевич, Ю.П. Чижков: М.: Машиностроение, 1990. -256 с.

13. ГОСТ В 22759-84. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для тяжелых режимов работы. Общие технические условия // Гос. стандарт. — 1984.-26 с.

14. Лабунский A.B. Чтобы автомобиль "заводился"// Грузовик. — 2007, № 1. С. 54-55.

15. СГ-18ТУ. Стартер-генератор. Технические условия. — 2003.

16. Электрооборудование танков: учебник/А.С. Белоновский и др.; под ред. A.C. Белоновского. -М.: ВАБТВ, 1972. 555 с.

17. Хортов В.П., Высоковольтные системы ДВС// Автомобильная промышленность. 1993, № 6. — С. 20-22.

18. Leopard 2. Europe's Number One: рекламный проспект/KMW Krauss Maffe Wegmann. 6 с

19. Батарея аккумуляторная свинцовая стартерная 12СТ-100. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ИКШЖ.563423.001ТО/ Предприятие п/я В-2440. 2004. - 39 с.

20. Иванов О., Нестеркин В. Основные пути в развитии танков за рубежом // Зарубежное военное обозрение. 2006, № 2. - С. 42-48.

21. Электрооборудование автомобилей: учебник для ВУЗов / Акимов C.B., Чижков Ю.П. М.: "За рулем", 2007. - 336 с.

22. Маховичный Н. Накопители энергии. М.: Знание. 1980. - 178 с.

23. Коровин Н.В. Новые химические источники тока. — М: Энергия, 1978.-184 с.

24. Бертинов А.И., Мизюрин СВ. Энергетика процесса заряда конденсатора от генератора постоянного тока // Электричество. 196, № 8. — С.54-61.

25. Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей / О. Г. Булатов, B.C. Иванов, Д.И. Панфилов. М: Радио, 2006. - 160 с.

26. Чижков Ю. Емкостные накопители энергии в системах пуска двигателя внутреннего сгорания // Автомобильный транспорт. — 1995, № 4. — С. 42-44.

27. Накопители энергии в электрических системах: учебн. пособие для вузов/ Ю.Н. Астахов, В. А. Венников, А. Г. Тер-Газарян. М.: Высшая школа, 1989.- 159 с.

28. Каневский С. Мощные импульсные источники электрической энергии: статья // Техника и вооружение. 1991, № 4. - С. 8-9.

29. Захаров Н. П. Источники питания для электромобилей // Автомобильная промышленность. 1993, № 6. - С. 38-99.

30. Кочнев Е. Грузовые электромобили // Автомобильный транспорт. -2003, № 1.-С. 37-39.

31. Хортов В. Емкостные накопители транспортных средств // Автомобильный транспорт. 1993, № 6. - С. 15-16.

32. Хортов В.П. Инвалидная коляска с комбинированным приводом // Автомобильная промышленность. 2003, № 2. — С. 18-19.

33. Анализ возможностей применения емкостных накопителей энергиидля пуска двигателей внутреннего сгорания мобильных машин: отчет о НИР (промежуточ.): "Пуск'УОВА ВС РФ; исполн. В.И. Зубенко и др. М., 2000. -69 с. Инв. № 634046.

34. Анализ возможностей применения емкостных накопителей энергии для пуска двигателей внутреннего сгорания мобильных машин: отчет о НИР (заключит.): "Пуск70ВА ВС РФ; исполн. В. И.Зубенко и др. М., 2001. - 77 с.-Инв. №634047.

35. Хортов В.П. Новое направление в электрооборудовании АТС // Автомобильная промышленность. — 2008, №9. С. 13-15.

36. Танковые двигатели: учебник / А.Г. Козлов, С.И. Юлин, А.Г. Котин. -М.:ВА БТВ, 1963.- 119 с.

37. Das Batterie Sustem, das stets die Starternergie behult und durch-Warnleuchten, hubbuuhnen, Stenndheizzung, Licht und sonstige Verbbrauchher nicht starltunfahig wird: рекламный проспект/ EUROTEC - Ebetronic Waldsassen GmbH.

38. Антипенко B.C. Еще раз о новых накопителях энергии // Грузовик. 2007. - № 10. С. 25-28.

39. Менухов В. Свехвысокоемкие электрохимические конденсаторы. Что это такое // Электронные компоненты. 2000, № 5. - С. 59-62.

40. Накопители энергии 12 ПП-20/0.002, 24 ПП-30/0.003, 24 ПП-80/0.002 для систем электрического пуска ВАТ: пояснительная записка к техническому проекту Мпп-150.00.00.00.00ПЗ/А03т "Элит"; иполн. A.M. Брынцев. — 1997. 7 с.

41. Материалы международной выстави "Автосалон-99". -М., 1999.

42. Воздвиженский М. Следующий шаг снимаем аккумулятор? // Изобретатель и рационализатор. — 2007, № 11. — С. 16-17

43. Чижков Ю.П. Электроснабжение стартера от емкостного накопителя электрической энергии // Грузовик. 1997, № 1. -С. 22-24.

44. Пусковые системы авиационных газотурбинных двигателей / Б.М. Кац, Э.С. Жаров, В.К. Винокуров. -М.: Машиностроение, 1976.-220 с.

45. Фесенко М. Н. Расчет электрических машин и аппаратов танкового электрооборудования: лекции/ М. Н. Фесенко. М.: ВАБТВ, 1963. - 147 с.

46. Надежность и эффективность в технике: справочник в 10 т./ Ред. совет: B.C. Авдуевский и др. М.: Машиностроение, 2001. Т.З.

47. Химические источники тока / B.C. Багоцкий, A.M. Скундин. М.: Энергоиздат, 1981. - 360 с.

48. Запуск авиационных газотурбинных двигателей / М.А. Алабин, Б.М. Кац, Ю.А. Литвинов. М.: Машиностроение, 1998. - 228 с.

49. Электротехника / И.М. Иванов, Я. Д. Мац, М.М. Могилевский, Ю.Б. Россов. М.: Воениздат, 1988. - 614 с.

50. Машиностроитель. №1. 1999. М.Н. Фесенко, Ю.П. Чижков, До Ван Зунг Электроприводы с емкостными накопителями энергии, с.с. 11 — 13.

51. Батарея аккумуляторная свинцовая стартерная 12СТ-85Р1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ИКШЖ.563423.003-02TO.-2007.-35c.

52. Евдокимов Е.В. Методический подход к оценке эффективности вспомогательных источников электрической энергии в системах электроснабжения вездеходов. // Электроника и электрооборудование транспорта. 2009, № 2-3 - С. 36-37. Москва 2009 г.

53. Евдокимов Е.В. Экспериментальное исследование режимов работы электропривода с молекулярным накопителем энергии.// МАДИ (ГТУ). Сборник научных трудов. 2009 №2 - С. 75-78

54. Микрокалькуляторы в физике/А. Е.Шелест.-М.:Наука, 1988. - 272 с.

55. Чумаков Н.М., Серебрянный Е.И. Оценка эффективности сложных технических устройств. — М.: Сов. радио. 1980, 192 с.

56. Основы синтеза систем летательных аппаратов: учебн. пособие для студентов втузов / A.A. Лебедев, В.Н. Баранов, В.Т. Бобровников и др. под ред. A.A. Лебедева. — М.: Машиностроение, 1987. — 224 с.

57. Раскин Л.Г. Анализ сложных систем и элементы теорииоптимального управления; M., Сов. Радио, 1976. -344 с.

58. Евдокимов Е.В; Методика . оценки эффективности комбинированных источников;электрическо№энергии. // Молодежь XXI века: шаг в будущее. Материалы VIII. региональной межвузовской, научно-практической конференции! 7-18 мая 2007г. Книга 2. С. 97-99.

59. Машинные и имитационные . эксперименты с моделями экономических систем / Т. Нейлор, Дж. Ботон, Дж. Фигнер и др. под ред. В.Ю. Лебедева и А.В. Лотова; с предисловием Н.11. Моисеева. М.: Мир,: 2005. - 500 с. ; ;

60. Исследование испытания; Планирование эксперимента;. Термины и определения. ГОСТ 24026-80. М;: Гос. комитет по стандартам, 1980. - 18 с.

61. БродскишВ:3., Введение в факторное планирование эксперимента. -М-.: Наука, 1976.-226 с.

62. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. М:: Радио и связь, 2003. - 248 с.

63. Абезгауз Г.Г. Справочник по вероятностным расчетам. — Мл Воениздат, 2005. 536 с.

64. ОСТ37.003.084-88. Стартеры электрические автотракторные. Общие технические условия // Гос. стандарт. 1988. - 15 с.68. 6140-120167-2397. Единая стартерная батарея НАТО. Стандарт НАТО.

65. Герметичные свинцово кислотные батарей фирмы БОЫЕ^С-НЕКЫ. Неремонтируемые батареи для боевых и тактических машин марки ЦК 6 ТЫ МБ: рекламный проспект/Выставка вооружений в Абу-Даби. -Объединенные Арабские Эмираты. — 2003. 8 с.

66. ГП-10А ТУ. Технические условия. Генератор электромашинный ГП-10А. 1981. - 18 с.

67. ГП-26 ТУ. Технические условия. Генератор электромашинный ГП-26.-2001.-33 с.

68. Шумкин С., Шалимов В. Накопители электрической энергии сверхвысокой емкости для пуска двигателя внутреннего сгорания // Грузовик. 1997, № 10. - С. 22-24.

69. Хортов В. Конденсаторы выходят на трассу // Изобретатель и рационализатор. 2003, № 6 — С. 6-7.

70. Фесенко М.Н. Конденсаторы системы пуска //Автомобильная промышленность. 1986, № 6. - С. 1-8.

71. Фесенко М.Н. Электроника и конденсаторный пуск // Автомобильная промышленность. — 1986, № 6. — С. 17-18.

72. Энергоблоки ЭБ-100-35/12, ЭБ-200-120/24, ЭБ-400-480/24. Технически условия ТУ 3481-089-00217047-2002/ОАО "НИИСТА". 2002. -11 с.

73. Материалы международной выставки источников электрической энергии. М., 2007.

74. Формуляр ESMA 2002.222.00.000.02 ФО. Модуль конденсаторный 20ЭК402.2-120-28/16-0,006.

75. Формуляр ESMA 2002.222.00.000.02 ФО. Модуль конденсаторный 20ЭК404.2-180-28/16-0,01.

76. МНЭ 14.00.00 ТО. Молекулярный накопитель электрической энергии МНЭ-200/24. Техническое описание и инструкция по эксплуатации на опытный образец.

77. Инструкция по эксплуатации ЯАВАЦ 673649.002ИЭ Импульсный конденсатор энергоемкий для системы электростартерного пуска двигателей автомобилей.

78. Черноскутов А.И., Якубович М.Е. Методы сравнительной оценки изделий. Рига, Лат. НИИНТИ, 1987, - 69 с.

79. Квайт С. М. Еще раз о накопителях энергии в системах пуска ДВС // Автомобильная промышленность. — 2005, № 11. — С. 19-20.

80. ГОСТ 22261-82. Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия//Гос. стандарт. — 1983. — 39 с.

81. Зограф И.А., Новицкий П.Ф. Оценка погрешностей результатов измерений / И.А. Зограф, П.Ф. Новицкий. JL: Энергоатомиздат: Ленингр. отделение, - 2003. - 248 с.