CC BY
13
16. Perre P. A physical and mechanical model able to predict the stress field in wood over a wide range of drying conditions / P. Perre, J. Passard // Drying Technology. - 2004. - Vol. 22 (no. 1-2). - Pp. 27-44.
17. Salin J.-G. Drying of liquid water in wood as influenced by the capillary fiber network // Drying Technology. - 2008. - Vol. 26 (no. 5). - Pp. 560-567.
18. Гороховский А.Г. Исследование расброса влажности сухих пиломатериалов на качество продукции деревообработки // Деревообрабатывающая промышленность : науч.-техн., эконом. и производств. журнал. - 2004. - № 4. - C. 56-59.
Соколовский Я.И., Прусак Ю.В. Моделирование вязкоупругого состояния древесины в процессе сушки с учетом анизотропии тепломеханических свойств
Сформулирована математическая модель упруговязкопластических деформаций древесины в процессе сушки, которая учитывает пластические деформации, деформации, обусловленные механико-сорбционной ползучестью и анизотропией механических характеристик материала, а также позволяет определить двухмерное напряженно-деформированное состояние в условиях неизотермического влагопереноса. Построены алгоритмы метода конечных элементов для вязкоупругой и упругопластической области деформирования капиллярно-пористых материалов в процессе сушки. В результате вычислительных экспериментов, проведенных с использованием разработанных прикладных программных средств, установлены закономерности влияния анизотропии теплофизи-ческих и механических характеристик древесины, её начальной влажности на смену двухмерного температурно-влажностного и упруговязкопластического состояния древесины при конвективной сушке.
Sokolovsky Ya.Iv., Prusak Yu. VL Simulation of the viscous elastic state in the wood drying process with anisotropic thermal mechanical properties
The mathematical model of elastic-viscous-plastic deformation of wood in the drying process, which unlike known takes into account plastic deformation, caused by the mechanical-sorption creep and anisotropy of mechanical descriptions of material to define the two-dimensional intense-deforming state in the conditions of non-isothermal humidity transfer, is formulated. Algorithm of the Finite element method for viscoelastic and elasticplastic areas deformations of capillary-porous materials during drying was developed. As a result of calculable experiments, conducted with the use of developed applied programmatic facilities regularity of anisotropy influence of thermo-physical and mechanical descriptions of wood were set, it initial humidity on changing of two-dimensional temperature-humidity and elastic-viscous-plastic state of wood during the convective drying.
УДК 656.13:614.84 Ад 'юнкт А. Ф. Гаврилюк1; проф. В.1. Гудим1'2,
д-р техн. наук; ад'юнкт О.Б. Назаровець1
ДОСЛ1ДЖЕННЯ РЕЖИМ1В НАГР1ВАННЯ ПРОВ1ДНИК1В БОРТОВИХ ЕЛЕКТРОМЕРЕЖ АВТОТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБ1В СТРУМАМИ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ
Дослщжено основш фактори, що впливають на виникнення пожеж на автомобилях через коротю замикання у бортовш електромереж^ Експериментальним шляхом вста-новлено величину внутршнъого опору акумуляторно! батаре!. Дослщжено величини струмш КЗ, як можутъ виникати у бортових електромережах iз врахуванням перехщннх опоргв контакпв, конструктивных особливостей провщннгав, внутршнъого опору акумуляторно! батаре! та опору в мющ КЗ. Шляхом чиселъного експерименту змодельовано температури на^вання ¡зольованнх провщннгав за ди струм]в КЗ. Встановлено часовi
1 Львгвський ДУ безпеки життед1яльност1;
2 Кракгвська вдлггехнжа (Польща)
межi настання усталеного температурного режиму, а також час досягнення температури самозаймання iзоляцiйного матерiалу провiдникiв марок ПВ з рiзними площами поперечного перерiзу за ди струмiв КЗ. Результати експерименпв наведено у виглядi графiч-них залежностей.
Ключовг слова: пожежа автомобшя, коротке замикання, автотранспортнi засоби, струм короткого замикання, бортова електромережа АТЗ.
Вступ. Кшьккть пожеж на легкових, вантажних автомобшях 1 автобусах (автомобшьш транспортш засоби - АТЗ) у всьому свт постшно зростае з темпами, що перевищують зростання чисельносп АТЗ [1]. Пожеж1 на АТЗ належать, як правило, до важких аварш 1 часто призводять до травматизму та людських жертв. В УкраЫ, як 1 в свт, кнуе тенденщя до зростання кшькосп пожеж на транспорт!. За останш п'ятнадцять роюв в УкраЫ виникло близько 50 тис. пожеж на АТЗ, внаслщок яких загинуло 546 та постраждало 1582 особи. Тшьки прям1 матер1альн1 збитки, завдаш пожежами, ят сталися протягом зазначеного перюду, становлять 992 млн 859 тис. грн [2].
Одшею 1з причин виникнення пожеж на АТЗ е нагревания иров1диик1в бор-тових електромереж, яке спричинене струмами короткого замикання (КЗ), перена-вантаження, а також ккршням, яке може утворюватися з р1зних причин [3]. З ог-ляду на це, виникае задача визначення температури нагр1вання 1зольованого про-вщника тд час виникиения КЗ, що е важливою 1 актуальною техшчною задачею.
Постановка задачi. Струм КЗ може виникати внаслвдок пошкодження 1зо-ляцц через 11 трккання чи протирання або випадков1 контакти елеменпв електрич-них мереж, ят перебувають тд напругою, з елементами кузова, а також через зменшення даелектрично! стшкосп 1золяцИ', що визначаеться 11 тепловим зношуван-ням [5]. Залежно вщ типу автомобшя, характеристик акумуляторно! батаре! (АКБ) чи генератора, а також конструкци ировiдиикiв значення струм1в КЗ будуть р1зн1.
Для визначення небезпеки загоряння АТЗ, спричинених струмами КЗ, не-обхiдно ощнити 1х величину та час перебку, за який температура досягне межi займання. Такi режими доцiльно до^джувати шляхом математичного моделю-вання iз застосуванням прикладних програм i максимальним врахуванням всiх параметрiв контуру, в якому може появитися струм КЗ.
Розв'язання задачi. У реальних умовах струм КЗ буде залежати вщ пара-метр1в генератора постiйноí напруги, який може забезпечувати живлення бортово! електромережi автономно або паралельно з АКБ. У разi паралельного живлення значення струму КЗ буде значно бшьше, оскшьки внутрiшнiй опiр паралельно з'еднаних джерел буде щонайменше у два рази менший вiд внутртнього опору кожного з них. Окр1м цього, обмежувати струм КЗ будуть перех1дш опори в м1с-цях контактов, значення яких становить 0,005-0,01 Ом [5], опору провщниюв, який залежить вiд илощi поперечного перерiзу та довжини, а також опору в мкщ КЗ.
Найбiльш небезпечним мiсцем виникнення КЗ е моторний вiдсiк, де е пiдвищена температура та легкозаймисп та горючi рщини, що створюе велику пожежну навантагу, а також зона розмiщения паливного баку. Третя зона - салон автомобшя, де е багато синтетичних та пол1мерних матерiалiв, якими обши-ваеться та оздоблюеться салон.
Враховуючи зазначене, довжини проввднишв, якi можуть утворювати контур КЗ, можуть становити вщ 1 до 4 м. У зв'язку з тим необхщно обчислити значення струм1в КЗ за умови, що вш буде протiкати вiд джерела живлення че-
рез провщник, а повертатися через елементи кузова АТЗ. Враховуючи те, що ку-зовнi елементи виконанi зi стал^ а провiдники мiднi, то можна прийняти з пев-ним наближенням, що опiр зворотного шляху струму е значно меншим, порiвня-но з опором провщника, тому ним можна знехтувати.
Величину струму короткого замикання, який може виникати у бортових електромережах АТЗ, визначають з рiвностi:
IКЗ =
иАКБ
—, (1)
Кен + Япер + Якз + Кпр
де: 1КЗ - струм КЗ, А; иАКБ - напруга акумуляторно'1 батаре'', В; Явн - внутрш-нiй опiр АКБ, Ом; Япер - перехiдний отр контактiв, Ом; ЯКЗ - отр дуги КЗ, Ом; Япр - отр контуру, де виник струм КЗ, Ом;
К = Р-1.
(2)
/1
З лiтературних джерел встановлено, що напруга справно'' АКБ лежить у межах иАКБ =12.14 В; сума опорiв перехiдних контактiв становить 0,05-0,1 Ом; отр дуги КЗ лежить у межах 0,03-0,07 Ом;
Площа поперечного перерiзу найбтьш типо-вих провiдникiв бортових електромереж АТЗ становить 1 мм2, 1,5 мм2 та 2,5 мм2. Враховуючи, що КЗ вщ-буваеться у моторному вщсшу з використанням вира-зу (2), опр провiдникiв зазначених вище перерiзiв ста-новитиме 0,035 Ом, 0,0233 Ом та 0,014 Ом вщповщно. Для визначення внутршнього опору АКБ проведено експериментальне дослщження, принципову схему якого зображено на рис. 1. Дослщжували АКБ як вгг-чизняних, так i зарубiжних марок автомобiлiв.
Визначали напругу АКБ до моменту замикання ключа запалення и0, та пiсля - и1, коли подавався струм на стартер. При цьому спад напруги на АКБ становив
ди = и0 - иь (4)
Знаючи споживчий струм 11 стартера, визначали внутршнш опiр АКБ з рiвностi
К, = ди. (5)
11
Результати експериментального дослщження наведено в таблищ. Табл. Результант експериментальних доаидженъ
Рис. 1. Принципова схема проведення до^джень:
1) АКБ; 2) стартер; 3) вольтметр; 4) ключ
№ з/п
и0
и.
ди
1
13.5
11.8
1,7
0,017
13 2
11 5
1 7
0 017
12 9
11 0
1 9
0 019
12,6
10,8
1,4
0,014
5
12,8
11,1
1,7
0,017
Сер. знач.
13,0
10,84
1,7
0,017
2
3
4
Схему виникнення струму КЗ у разi пошкодження iзоляцiйного матерiалу провiдникiв бортово'1 електромережi зображено на рис. 2.
1- АКБ;
2 - внутр1шнш ошр АКБ;
3 - ключ;
4 - ЕРС генератора;
5 - внутр1шнш ошр генератора;
6 - ошр споживача;
7 - мюце виникнення КЗ;
8 - корпус АТЗ
Рис. 2. Схема виникнення струму КЗ у разi пошкодження iзоляцiйного матерiалу провiдникiв бортово'1 електромережi
Струм КЗ з використанням виразу (1) для провщниюв бортово'1 електро-мережi марки ПВ площею поперечного перерiзу 1 мм2, 1,5 мм2 та 2,5 мм2 стано-витиме 59 А, 62 А та 65 А вщповщно. Струм, який виникае внаслщок КЗ, буде на^вати провщник по всш його довжиш. Змiна температури нагршання провiд-ника з часом тд час протшання по ньому струму КЗ наведено у виглядi графiч-них залежностей на рис. 3-5 для площ поперечного перерiзу провiдникiв 1,0 мм2, 1,5 мм2, 2,5 мм2.
Рис. 3. Змта температури нагрiвання npoeidHUKa площею поперечного nepepi3y 1 мм2 з часом за струму КЗ
100 200 300 400 Час, с 0 10 20 30 40 50 60 Час, с
Рис. 4. Змта температури нагрiвання прoвiдника площею поперечного перерiзу 1,5 мм2 з часом за струму КЗ
100 200 300 400 500 Час, с 0 50 100 150 200 Час, с
Рис. 5. Змта температури нагрiвання прoвiдника площею поперечного перерiзу 2,5 мм2 з часом за струму КЗ
Для npoBÎ^Hma марки ПВ площею поперечного nepepi3y 1 мм2 пiд час протжання струму КЗ 59 А усталений режим настае через 300 с. Експеримен-тально встановлено, що температура займання iзоляцiйних матерiалiв бортових електромереж АТЗ становить 290-370 °С [6], тому на рис. 3 наведено змiнy тем-ператури нагр1вання iзольованого провiдника з часом пiд час протшання струму КЗ. Вже на 25-й с температура iзоляцiйного матерiалy досягае температури са-мозаймання. За площ поперечного перерiзy 1,5 мм2 провiдника марки ПВ шд час протiкання струму КЗ 62 А усталений режим настае за температури, близько!' до 1000 °С через 400 с ввд початку виникнення КЗ та температура самозаймання iзоляцiйного матерiалy досягаеться на 55-й с (див. рис. 4).
Для проввдника марки ПВ площею поперечного перерiзy 2,5 мм2 струм КЗ становить 65 А, який нагршае провщник до температури самозаймання iзоля-щйного матерiалy за 180 с, а усталений режим настае через 500 с (див. рис. 5).
Чисельний експеримент показав, що за умови, коли номшальний струм запобiжника пвдбрано неправильно або вш вщсутнш, а його мiсце закорочене, струм КЗ, який виникае у бортовш електромережi АТЗ, здатний нагргги iзольо-ваний провiдник до температури самозаймання iзоляцiйного матерiалy та спри-чинити пожежу.
Висмовки:
1. За аварiйних режимiв роботи бортово'1 електромережi АТЗ може виникати струм КЗ. Ц режими роботи створюються внаслiдок порушення кршлення проводiв, втрати дiалектичноï здатностi iзоляцiйного матерiалу через меха-HÎ4HÎ та температурш пошкодження, використання запобiжникiв 3i завище-ним номiнальним струмом плавко'1 вставки.
2. Режим нагрiвання iзольованого провiдника струмом КЗ визначаеться сумар-ним опором контуру та величиною джерела електрорушшно'1 сили. Резуль-тати чисельного експерименту змiни температури на^вання провiдника струмом КЗ з часом наведено у виглядi графiчних залежностей.
3. Струм КЗ нагрiвае iзольований провiдник марки ПВ до температури самозаймання iзоляцiйного матерiалу площею поперечного перерiзу 1 мм2 за 25 с, площею поперечного перерiзу 1,5 мм2 за 55 с та 2,5 мм2 - за 180 с.
Лггература
1. Брушлинский Н.Н. Мировая пожарная статистика в начале ХХ1 века / Н.Н. Брушлинский, С.В. Соколов // Пожарная безопасность. - М. : Изд-во "Удача", 2005. - № 5. - С. 78-88.
2. Офщшний сайт Украшського науково-дослщного ш-ту цнвшьного захисту. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.undicz.mns.gov.ua/content/. / Роздш Статистика / Аналiз масиву карток облшу пожеж. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.undicz.mns.gov.ua/con-tent/amkop.html.
3. Гудим В.1. Аналiз систем та агрегатов автотранспортних засобгв за ргвнем пожежно'1 не-безпеки / В.1. Гудим, А.Ф. Гаврилюк // Пожежна безпека : зб. наук. праць. - Львгв : Вид-во ЛДУ БЖД, 2013. - № 23. - С. 58-63.
4. Смелков Г.И. Пожарная опасность электропроводок при аварийных режимах. - М. : Изд-во "Энергоатомиздат", 1984. - 184 с.
5. Гудим В.1. Дагностика стану з'еднань в електричних мережах шляхом контролю перехщ-них опоргв / В.1. Гудим, Г.П. Столярчук, Ю.1. Рудик // Пожежна безпека : зб. наук. праць. - Львгв : Вид-во ЛДУ БЖД, 2005. - № 6. - С. 142- 147.
6. Гаврилюк А.Ф. Экспериментальное определение пожарной опасности изоляционных материалов бортовых электросетей транспортных средств / А.Ф. Гаврилюк, В.И. Гудым, В.Л. Петровский // Вестник Командно-инженерного ин-та МЧС республики Беларусь : сб. науч. тр. - 2014. - № 1 (19). - С. 32-37.
Гаврилюк А.Ф., Гудым В.И., Назаровец О.Б. Исследование режимов нагрева проводников бортовой электросети автотранспортных средств токами короткого замыкания
Исследованы основные факторы, которые влияют на возникновение пожаров на автомобилях через короткие замыкания в бортовой электросети. Экспериментальным путем установлена величина внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи. Исследованы величины токов КЗ, которые могут возникать в бортовых электросетях с учетом переходных сопротивлений контактов, конструктивных особенностей проводников, внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи и сопротивления в месте КЗ. Путем численного эксперимента смоделированы температуры нагрева изолированных проводников при воздействии токов КЗ. Установлены временные границы наступления установившегося температурного режима, а также время достижения температуры самовоспламенения изоляционного материала проводников марок ПВ с различными площадями поперечного сечения при действии токов КЗ. Результаты экспериментов приведены в виде графических зависимостей.
Ключевые слова: пожар автомобиля, короткое замыкание, автотранспортные средства, ток короткого замыкания, бортовая электросеть АТС.
Gavrilyuk A.F., Gydum V.I., Nazarovets О.В. The Investigation of Heating Modes of Wires Onboard Electrical Grids in Vehicles by Short-Circuit Current
The main factors affecting the occurrence of fires on vehicles due to short circuit in onboard electrical grids are investigated. The value of the internal resistance of the battery is experimentally determined. The magnitude of short-circuit current that may arise with regard to onboard electrical grids taking into account the transient resistance of contacts, design features conductors, the internal resistance of the battery and resistance in place of short circuit, is studied. Temperature of insulated wires heating under the action of short-circuit current is simulated by numerical experiments. Time limits for beginning of steady-state temperature condition and achieving self-ignition temperature insulation material of wires with different cross-sectional areas at the action of short-circuit current are established. The experimental results are presented in graphical form relationships.
Keywords: car fire, short circuit, vehicles, short-circuit current, onboard electrical grid of vehicle.
УДК674.053:621.935 Доц. Л.Ф. Дзюба1, канд. техн. наук; викл. О.1. Хитряк2, канд. техн. наук; доц. О.В. Меньшикова1, канд. ф1з.-мат. наук;
проф. 1.Т. Ребезнюк3, д-р техн. наук
ПОРШНЯЛЬНЕ ОЦ1НЮВАННЯ ПОПЕРЕЧНИХ РЕЗОНАНСНИХ КОЛИВАНЬ СТР1ЧКОВО1 ПИЛКИ З1 СТАЛИМ I ЗМ1ННИМ НАТЯГОМ
Дослщжено поперечш згинальш коливання стрiчковоl пилки у резонансному ви-падку з урахуванням стало! та змшно! у чаи сил натягу й полотна та зовншнього перь одичного збурення. Для побудови розв'язку диференщального рiвняння поперечних ко-ливань i визначення резонансних ампл^уд дшянок рухомого полотна стрiчковоl пилки використано метод Бубнова-Гальоркша та основш ще! метсдав збурень. Отримано систему диференщальних рiвнянъ, що описуе основш параметри коливань дослщжуваного об'екта. Проаналiзовано вплив змшного складника сили натягу на ампл^уду резонансних коливань.
Ключовi слова: поперечш коливання, резонанс, стрiчкова пилка, сила натягу, швидюсть, ампл^да коливань.
1 Львiвський ДУ безпеки життедшльнот;
2 Академш сухопутних вшськ iM. гетьмана Петра Сагайдачного;
3 НЛТУ Украши, м. Львiв
