CC BY
13
Дмитрий Владимирович Глазунов, канд. техн. наук, доцент, glazu-novdm@yandex.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
RELIABILITY ENHANCEMENT OF AUTOMATICS AND TELEMECHANICS SYSTEMS ON
RAILROAD TRANSPORT
A.M. Lyashchenko, D.V. Shvalov, D.V. Glazunov
The article deals with the main types of damages of points' reducers gear drives, disadvantages and advantages of lubricants used in the reducers of points' switches. A set of bench tests of mineral and synthetic oils has been carried out, as a result of which the lubricant service life under conditions of positive (+250C) and negative temperatures (-100C) during switches operation has been determined. On the basis of the obtained results of the bench tests the recommendations for the operation of the tested lubricants in the operating conditions of automatic systems on the railroad transport have been given.
Key words: automatics, telemechanics, railway transport, points, reducer, gear gearing, lubricant.
Lyashchenko Alexey Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, lam75@,mail.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Dmitry Viktorovich. Shvalov, candidate of technical sciences, docent, d_shvalov@,mail.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Dmitry Vladimirovich Glazunov, candidate of technical sciences, docent, glazu-novdm@yandex.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University
УДК 623.1.7 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-509-517
АВТОТОПЛИВОМАСЛОЗАПРАВЩИК АВТОБРОНЕТАНКОВОЙ ТЕХНИКИ
И МАЛЫХ КОРАБЛЕЙ
Ю.Н. Пирогов, Ф.Е. Шарыкин, В.В. Безручкин, Г.Е. Шарыкин
В статье рассмотрен вариант сокращения номенклатуры автомобильных средств заправки и транспортирования горючего за счёт расширения их функциональных возможностей на примере перспективного автотопливомаслозаправщика с реализацией на нем новых технических решений по обеспечению возможности контроля наличия и движения горючего, а также разогрева масла дросселированием. Дано описание его конструкции, представлена информация по основным тактико-техническим характеристикам.
Ключевые слова: автотопливомаслозаправщик, перспективный образец, переоснащение, унификация, разогрев масла, дросселирование, система контроля наличия и движения топлива.
Многообразие вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ), отличающейся объемами топливных систем, расходом и марками применяемых горючесмазочных материалов (ГСМ) при постоянном ее совершенствовании и модернизации традиционно вело к расширению номенклатуры обеспечивающих автомобильных средств заправки и транспортирования горючего (АСЗТГ).
509
Существенные различия вязкостно-температурных свойств «светлых» нефтепродуктов (автомобильных и авиационных бензинов, дизельных топлив, топлив для реактивных двигателей) (далее - топливо) и «тёмных» нефтепродуктов (моторных, трансмиссионных и др. масел, флотских и топочных мазутов) обуславливали потребность в специализированных АСЗТГ: автоцистернах для масел (мазутов), автомаслоза-правщиках и автотопливомаслозаправщиках [1].
Для маловязких «темных» нефтепродуктов при положительных температурах окружающего воздуха задача обеспечения ВВСТ успешно решалась за счет выбора насосов, как правило, объёмного типа (шестеренных, поршневых, пластинчатых). Однако при низких температурах перекачка ими высоковязких масел могла быть существенно затруднена, вместе с тем, с повышением вязкости нефтепродукта и увеличением его налипаемости осложнялся слив и зачистки цистерны [2]. Выход из положения достигался введением в конструкции АСЗТГ систем подогрева и термостатирования.
Новый облик Вооруженных Сил Российской Федерации и основные направления развития ВВСТ на период до 2030 года [3, 4] обусловили наращивание научно-технического и технологического потенциала, обеспечивающего модернизацию существующих и создание перспективных образцов АСЗТГ при одновременном сокращении типажа технических средств службы горючего (ТС СГ). Анализ общих тактико-технических требований, предъявляемых к АСЗТГ, а также опыта их применения в рамках совместных специальных учений «Восток-2018», «Центр-2019» и «Кавказ-2020» показал, что одним из приоритетных направлений их развития является проведение мероприятий по унификации и расширению функциональных возможностей образцов [5].
В последние годы высокого уровня достигла деятельность предприятий оборонно-промышленного комплекса по разработке для Вооруженных Сил Российской Федерации современных высокотехнологичных АСЗТГ. Одним из таких средств является автотопливомаслозаправщик (далее - АТМЗ) [6], созданный при военно-научном сопровождении ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России», представлен на рис. 1.
Разработанный АТМЗ предназначен для транспортирования, кратковременного хранения, заправки автобронетанковой техники и малых кораблей фильтрованным топливом с учетом выданного количества, а также фильтрованным маслом (разогретым при необходимости) с учетом выданного количества. Его основные тактико-технические характеристики представлены в таблице.
Технологическое оборудование АТМЗ с цистерной чемоданного сечения размещено на доработанном автомобильном шасси повышенной проходимости. Чемоданная форма поперечного сечения (по сравнению с эллипсной) увеличивает полезный объем цистерны, уменьшает ее габаритные размеры и повышает устойчивость АТМЗ (в движении) за счёт снижения центра тяжести. Такой формой цистерны обусловлено размещение пеналов с напорно-всасывающими рукавами (сверху цистерны), для удобства использования которых в конструкции предусмотрены технологические лестницы и площадки обслуживания.
Основные тактико-технические характеристики АТМЗ
Наименование параметра (характеристики) Значение параметра
Тип базового шасси КамАЗ-65224
Номинальная вместимость цистерны для топлива (масла*), м3 7,0±0,2
Номинальная вместимость бака для масла, м3 0,5
Насос для топлива (масла*): марка подача, л/мин, не менее СШН-80/1200 1200
Насос для масла: марка (для разогрева дросселированием) подача, л/мин, не менее (при номинальном режиме); марка (для выдачи через раздаточный кран) подача, л/мин, не менее (при номинальном режиме) НШ-100А-3 100 НШ-50А-3Л 50
Напорно-всасывающие рукава для топлива (масла*): количество, шт. / длина, м, не менее / диаметр, мм 4 / 3 / 75
Раздаточные рукава для топлива: количество, шт. / длина, м, не менее / диаметр, мм 4/10 / 32
Напорно-всасывающие рукава для масла: количество, шт. / длина, м, не менее / диаметр, мм 2 / 3 / 38
Раздаточный рукав для масла: количество, шт. / длина, м, не менее / диаметр, мм 1 /10 / 25
Количество масел и специальных жидкостей, перевозимых в таре, л 120
Время развертывания из походного положения в рабочее, мин, не более 5
Обслуживающий расчет (водитель-оператор), чел. 1
* при необходимости допускается использовать основную цистерну для транспортирования маловязких масел
Задний (топливный) и масляный технологический отсек, расположенный слева по ходу движения, оборудованы пультами управления технологическими операциями, обеспечивающими высокий уровень эргономичности образца. Для маскировки под бортовой автомобиль и защиты от природно-климатических факторов АТМЗ снабжён тентовым модулем. Характеристики раздаточных рукавов позволяют эффективно выполнять заправку как автобронетанковой техники в полевых условиях, так и малых кораблей в районах базирования. Удобство выполнения функциональных задач по заправке в темное время суток обеспечивают 6 фонарей автономного питания с мигающими (или постоянно горящими) огнями оранжевого цвета.
Конструкция АТМЗ отвечает требованиям Европейского соглашения о международной дорожной перевозки опасных грузов [7]: система выхлопа вынесена за кабину влево вверх и обеспечивает возможность установки съёмного искрогасителя, защита топливных баков обеспечена специальными щитками, установлены проблесковые маячки, исключена возможность попадания топлива на нагретые узлы и агрегаты двигателя и трансмиссии, отсутствует прохождение топливных трубопроводов, шлангов пневматических и гидравлических систем вблизи источников тепла, инструмент комплекта запасных частей и принадлежностей выполнен в искробезопасном исполнении.
Технологическое и специальное оборудование АТМЗ обеспечивает возможность выполнения следующих операций:
транспортирование и кратковременное хранение топлива в цистерне; перемешивание топлива в цистерне;
перекачка топлива из одной емкости в другую, минуя собственную цистерну; наполнение цистерны своим или сторонним насосами; опорожнение цистерны своим насосом и самотеком; заправка ВВСТ из своей цистерны фильтрованным топливом; разогрев масла в масляном баке и сторонней емкости; наполнение и опорожнение масляного бака своим насосом; заправка ВВСТ фильтрованным (разогретым при необходимости) маслом. Масляный отсек АТМЗ теплоизолирован - его элементы (основание, крыша, боковины, дверцы) выполнены с двойной стенкой, имеющей слой утеплителя (50 мм). Бак гидропривода и масляный бак представляют собой единую емкость, что позволяет
используемое для заправки ВВСТ масло применять в гидроприводе самого АТМЗ (через гидромотор топливного насоса), сокращая номенклатуру используемых ГСМ, обеспечивая постоянное обновление масла и экономию на техническом обслуживании гидропривода. В масляную систему интегрирована система подогрева, один насос которой обеспечивает подачу масла в дроссельный подогреватель, а другой - направление потока масла на выдачу внешнему потребителю, на гидромотор и в масляный бак. Оба насоса имеют привод от двигателя базового шасси через коробки отбора мощности.
Ранее на аналогичных по назначению образцах задача разогрева масла решалась введением в их конструкцию огневых подогревателей и теплоизоляции емкости для транспортирования высоковязких нефтепродуктов. Такие АСЗТГ могли использоваться только для перевозки нефтепродуктов, а устанавливаемые на автомаслозаправ-щиках и автоцистернах для масел (мазутов) автономные системы огневого подогрева на практике оказались малоэффективными. Вследствие локального нагрева цистерны происходило образование нагара, что влекло к снижению теплопередачи.
На АТМЗ разогрев масла при низких температурах окружающей среды (до минус 50 °С) осуществляется устройством преобразования механической энергии масла в тепловую [8], обеспечивающих повышение температуры масла (2 °С в 1 мин.) за счет его принудительной циркуляции. Для поддержания необходимой скорости разогрева (давления) посредством гидрораспределителя дроссели последовательно отключаются и при достижении заданной температуры (максимально 50 °С) полностью отключается дроссельный узел.
Насос и дроссели могут также использоваться в качестве дополнительной ступени подогрева - при подключении устройства [8] к внешнему теплообменнику разогрев масла возможен в сторонней ёмкости.
На рис. 2 представлена схема технологическая принципиальная (масляной и топливной систем) АТМЗ.
Пульты управления технологическими операциями оснащены системой аварийной остановки двигателя и взрывозащищенным цифровым сигнализатором со светозвуковой сиреной. Система блокировок и сигнализаторов АТМЗ позволяет прерывать выполнение технологических операций и сигнализирует в следующих ситуациях: при достижении предельного уровня топлива в цистерне; при засорении топливного фильтра; при наличии воды в топливе;
при достижении максимально допустимой температуры разогреваемого масла; при достижении минимально допустимого уровня масла в масляном баке. Высокий уровень автоматизации АТМЗ обеспечен системой контроля наличия и движения топлива, способной осуществлять учёт его количества при приёме (выдаче) с формированием отчёта, в том числе посредством устройства беспроводной передачи данных. Система базируется на электронной компонентной базе отечественного производства с использованием оригинального программного обеспечения, расширяющего возможности функционирования АТМЗ в части контроля за временем, количеством и качеством выдаваемых ГСМ [9]. Она позволяет определять температуру, плотность, массу нефтепродукта и уровень подтоварной воды.
Такой подход соответствует концепции создания информационно-измерительной системы на базе принятых на снабжение в Вооруженных Силах Российской Федерации изделий из состава автоматизированной системы управления материально-техническим обеспечением и изделий автоматизированного измерения наличия и расходования ГСМ, применяемых в гражданском секторе экономики. Данное оборудование сертифицировано и испытано в целях утверждения типа средства измерения с внесением информации в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений (включая описание типа).
Система контроля наличия и движения топлива содержит информационно-вычислительный комплекс с коммутационным блоком, состоящим из терминала управления, блока передачи информации, уровнемера и контроллера (рис. 3).
У=0,5 м
4-х-
РК5
ГМШ-50
РК1
ФТк-45.76.300
БРС1 БРС2
Рис. 2. Схема технологическая принципиальная (масляной и топливной систем) АТМЗ: БРС1 - быстроразъемное соединение для приема (выдачи) топлива через напорно-всасывающие рукава Ду 75; БРС2 - быстроразъемное соединение для выдачи топлива; ГМШ-50 - гидромотор шестеренный; ДКп - донный клапан приема топлива; ДКс - донный клапан слива топлива; ДР1...ДР4 - дроссели; КОМ1, КОМ2 - коробки отбора мощности; КП - клапан предохранительный; НШ-50А-3Л, НШ-100А-3 - насосы шестеренные; Р1 - гидрораспределитель для направления потока масла от насоса НШ-50А-3Л; Р2 - гидрораспределитель для направления
потока масла от насоса НШ-100А-3; РК1...РК4 - раздаточные краны РКТ-32 (для топлива); РК5 - раздаточный кран РКТ-25 (для масла); СЖ1...СЖ4 - счетчики жидкости (для топлива, ППО-40-0,6), СЖ5 - счетчик жидкости (для масла, ППО-25-1,6); СШН-80/1200 - самовсасывающий шиберный насос; ФТк-18М- фильтр масляный; ФТк-45.76.300 - фильтр топливный
1. Поднести карту или п|
ДЛЯ ЭКСТРЕННОЙ ОСТАНОВКИ НАЖАТЬ «СТОП»
ОТКРЫВАТЬ, ОТКЛЮЧИВ СЕТЬ!
щииииии аг~
Рис. 3 Контроллер АТМЗ
4. Задать дозу и нажать «ВВОД»
5. Произвести заправку.
Информационно-вычислительный комплекс предоставляет возможность расчета массы принятых (выданных) нефтепродуктов и блокировки их выдачи на основе данных от уровнемера и фильтра-водоотделителя (о содержании воды в нефтепродукте), блокировки движения АТМЗ при открытии дверей, включении коробки отбора мощности или заправочного оборудования. Возможна блокировка приема (выдачи) топлива при достижении его минимального (максимального) уровня. Отключение блокировок в случае возникновения нештатных ситуаций (сбои в работе системы, запрос на выдачу топлива с заниженными характеристиками и т.д.) обеспечивается блоком аварийной выдачи.
Авторизация пользователя АТМЗ осуществляется с помощью карты или личного номера с паролем, также обеспечено разграничение прав доступа (администратор, оператор, водитель).
По результатам выполненных операций возможно сохранение отчетов в энергонезависимой памяти, и их передача через беспроводные сети GSM, цифровой интерфейс и съемные носители, которые позволяют осуществлять удаленную настройку и диагностику информационно-вычислительного комплекса.
Заменяя устаревшие и не выпускаемые промышленностью образцы (АТМЗ-4,5-375, АТМЗ-5,5-4310, АТМЗ-5-4320, АТМЗ-7,7-5557, АТМЗ-10-6350), АТМЗ займет достойное место при укомплектовании подразделений (частей) нового облика Вооруженных Сил Российской Федерации. Данные мероприятия, направленные на исключение образцов технических средств со сходными значениями тактико-технических характеристик, на практике реализуют унификацию АСЗТГ. Такой процесс должен быть организован в соответствии с перспективами переоснащения системы материально-технического обеспечения Вооруженных Сил Российской Федерации, на основе оптимизации тактико-технических характеристик образцов и их штатной численности (комплекта), обеспечивающих выполнение задач по функциональному предназначению в заданном объёме и в установленные сроки, с высокой вероятностью, при минимальных затратах в том или ином выражении, то есть [10]:
S = k ■ n = Smin при условии q > Чзад >' f ^ t зад '' Р > Рзад > (1)
где S - затраты на комплект ТС СГ в том или ином выражении (например, стоимость жизненного цикла, цена закупки, потребность в личном составе и т.п.); k - коэффициент затрат на единицу ТС СГ; n - численность комплекта ТС СГ (штатная), ед.; q -достигаемый объём функционально-штатной задачи комплекта (например, для АТМЗ -размер дозаправки обеспечиваемого подразделения, заправок); q3ad - заданный объём функционально-штатной задачи комплекта, заправок; t - достижимое время выполнения функционально-штатной задачи, мин; t3ad - заданное время выполнения функционально-штатной задачи, мин; P - достигаемая вероятность выполнения функционально-штатной задачи в установленное время, %; Рзад - заданная вероятность выполнения
функционально-штатной задачи в установленное время, %.
Системная оценка эффективности применения (военно-технических свойств) АТМЗ по сравнению с другими образцами аналогичного функционально-штатного предназначения предлагается с использованием математической модели процесса на базе метода статистических испытаний [11, 12]. В качестве исходных данных могут использоваться результаты статистической обработки информации, полученной при проведении различных испытаний, а также в процессе учебно-боевой подготовки и тактико-тыловых учений.
Вместе с тем, при поступлении в войска перспективных образцов АСЗТГ (АТМЗ и др.) проблемным остается вопрос отработки нормативов выполнения функционально-штатных задач, связанных с их применением. В этой связи представляется целесообразным накопление (обработку) статистических данных по времени выполнения заправки отдельных единиц современной (перспективной) техники и их групп начинать
514
с момента проведения государственных испытаний и продолжать в ходе учебного процесса с активным использованием соревновательного принципа [5]. Данный подход, кроме отработки одиночных профессиональных навыков и быстрейшего освоения техники, будет способствовать поиску новых, более эффективных методов организации заправки, а в конечном счёте повышению боевой готовности, как службы горючего, так и обеспечиваемых подразделений.
Применение АТМЗ с реализацией на нем новых технических решений позволит упростить процесс и сократить время заправки ВВСТ топливом и маслами за счет повышения автоматизации и эргономичности, с обеспечением высокого уровня надежности. Это внесет значительный вклад в развитие транспортной компоненты системы материально-технического обеспечения Вооруженных Сил Российской Федерации по службе горючего, положительно влияя на обеспечение национальной безопасности.
Список литературы
1. Шарыкин Ф.Е., Коваленко В.П., Галко С.А. Проблемы и перспективы развития средств заправки и транспортирования горючего. / Материалы межвузовской научно-исторической конференции. Вольск-2016. С. 4-10.
2. Эксплуатация средств перекачки, заправки и транспортирования ракетного топлива и горючего: учебник. М.: Воениздат, 1993. 376 с.
3. Указ Президента Российской Федерации № 603 от 07 мая 2012 года «О реализации планов (программ) строительства и развития Вооружённых Сил Российской Федерации, других войск, воинских формирований, органов и модернизации оборонно-промышленного комплекса» / Собрании законодательства Российской Федерации от 07 мая 2012 года № 19, ст. 2340.
4. Основные направления развития вооружения, военной и специальной техники на период до 2030 года. [Электронный ресурс] URL: http://federalbook.ru/ files/ OPK/ Soderianie/OPK-10/III/Borisov.pdf (дата обращения: 17.02.2021).
5. Пирогов Ю.Н., Шарыкин Ф.Е., Безручкин В.В., Шарыкин Г.Е. Анализ опыта применения автомобильных средств заправки общевойскового назначения и оценка их соответствия современным требованиям назначения // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук, 2017. № 4. С. 115-121.
6. Патент 2738492 РФ. Автотопливомаслозаправщик / Ф.Е. Шарыкин, В.В. Безручкин, Н.Н. Горнов, Д.А. Горшков, Д.В. Комаров, В.И. Демиров, Ш.С. Муртазин, С.А. Галко. Опубл. 14.12.2020. Бюл. № 35.
7. Европейское соглашение о международной дорожной перевозки опасных грузов (ДОПОГ). [Электронный ресурс] URL: https://rosavtotransport.ru/netcat_files/ 15/54/20190101 ADR 2019 vol1 R.pdf (дата обращения: 19.01.2021).
8. Патент 2735118 РФ. Устройство для преобразования механической энергии масла в тепловую / Ф.Е. Шарыкин, В.В. Безручкин, Н.Н. Горнов, Д.А. Горшков, Д.В. Комаров. Опубл. 28.10.2020. Бюл. № 31.
9. Патент 2739370 РФ. Система контроля наличия и движения горючего / Ф.Е. Шарыкин, В.В. Безручкин, Н.Н. Горнов, Д.А. Горшков, Д.В. Комаров. Опубл. 23.12.2020. Бюл. № 36.
10. Пирогов Ю.Н., Шарыкин Ф.Е., Безручкин В.В., Шарыкин Г.Е. Анализ эффективности применения средств групповой заправки вооружения, военной и специальной техники на марше // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2019. Вып. 9. С. 279-288.
11. Пирогов Ю.Н. Математическое моделирование процессов функционирования объектов и технических средств обеспечения горючим. М.: Издательство «Неогра-фия», 2006. 228 с.
12. Пирогов Ю.Н., Шарыкин Ф.Е., Безручкин В.В., Шарыкин Г.Е. Автотопливозаправщик массовой выдачи и модели вариантов его применения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2017. Вып. 5. С. 202-214.
Пирогов Юрий Никитич, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, 22otdel@mail.rH, Россия, Москва, ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России»,
Шарыкин Федор Евгеньевич, старший научный сотрудник, fedor_rf@mail.rH, Россия, Москва, ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России»,
Безручкин Владимир Владимирович, начальник лаборатории, 22otdel@mail.rH, Россия, Москва, ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России»,
Шарыкин Георгий Евгеньевич, заместитель начальника штаба - начальник отделения мобилизационного и комплектования, sarykin_1988@mail.rH, Россия, Санкт-Петербург, 51 брмто ЗВО.
AUTOFUEL OIL TANKER ARMORED VEHICLES AND SMALL SHIPS Y.N. Pirogov, F.E. Sharykin, V.V. Bezruchkin, G.E. Sharykin
The article considers the option of reducing the nomenclature of automobile fuel filling and transportation facilities by expanding their functionality on the example of a promising autofuel oil tanker with the implementation of new technical solutions to ensure the possibility of controlling the presence and movement of fuel, as well as heating the oil by throttling. The description of its design is given, information on the main tactical and technical characteristics is presented.
Key words: autofuel oil tanker, perspective sample, re-equipment, unification, oil heating, throttling, fuel availability and movement control system.
Pirogov Yurii Nikitich, candidate of technical science, leading scientific employee, 22otdel@mail.ru, Russia, Moscow, FAE «The 25-th State Research Institute of Himmotology, Ministry of Defence of Russian Federation»,
Sharykin Fedor Evgenevich, senior scientific employee, fedor_rf@mail.rн, Russia, Moscow, FAE «The 25-th State Research Institute of Himmotology, Ministry of Defence of Russian Federation»,
Bezruchkin Vladimir Vladimirovich, chief of laboratory, 22otdel@mail.ru, Russia, Moscow, FAE «The 25-th State Research Institute of Himmotology, Ministry of Defence of Russian Federation»,
Sharykin Georgiy Evgenevich, deputy chief of staff - head of the mobilization and recruiting department, sarykin_1988@mail.ru, Russia, St.-Petersburg, 51 brigade of material support of the WMD
