CC BY
7
0.7.O.Î СЫ 0.5 0 6 0.7 0 8 m/M
Рис. 2 - Значения коэффициента понижения частоты
Литература
1. Александрова А.Т. Новые способы передачи и формирования движения в вакууме. М.: Высшая школа, 1979. 69 с.
2. А.с. 465501 СССР, MnKF 16 D 49/16. Внешний колодочный тормоз: № 1773092/25-27 / Тыжнов Г.И., Буженко В.Е.; заявит. Тюменский индустриальный институт; заявл. 13.04.72; опубл. 30.03.75.
3. Кокошин С.Н. Физические основы процесса разрушения почвы // Вестник государственного аграрного университета Северного Зауралья. 2015. № 4 (31). С. 100 - 104.
4. Кокошин С.Н. Культиваторные стойки с измеряемой жёсткостью // Сельский механизатор. 2012. N° 5. С. 8
5. Пат. 2093805 Российская Федерация, МПК G01L 7/04. Манометрическая трубчатая пружина / Пирогов С.П., Пономарева Т.Г.; патентооблад. Тюменский государственный нефтегазовый университет; № 96105858/28; заявл. 26.03.96; опубл. 20.10.97
6. Пат. 211146 Российская Федерация, МПК G01L 7/04. Манометрическая трубчатая пружина; № 96105858/28/ Пирогов С.П., Пономарева Т.Г, Вол-жаков А.А.; патентооблад. Тюменский государственный нефтегазовый университет; заявл. 10.11.96; опубл. 20.05.9820
7. Пат. 2285904 Российская Федерация, МПК G01L 7/04. Манометрическая трубчатая пружина со вставками; № 2005113487/28 / Пирогов С.П., Чуба А.Ю., Самакалев С.С.; патентооблад. Тюменский государственный нефтегазовый университет; заявл. 03.05.2005; опубл. 20.10.2006
8. Пирогов С.П., Чуба А.Ю. Расчёт частот собственных колебаний манометрических трубчатых пружин // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2012. Т. 55. № 1. С. 39 - 42.
9. Pirogov S.P., Cherentsov D.A., СМЬа A.Y. Study of elastic sensing elements for vibration-resistant pressure gauges // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. С. 012015.
10. Pirogov S.P., Qiuba A.Y, Cherentsov D.A. Effect of section shape on frequencies of natural oscillations of tubular springs // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018; 357: 012032.
Сергей Петрович Пирогов, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет». Россия, 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38, pirogovcp@gausz.ru
Александр Юрьевич Чуба, кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья». Россия, 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7, chubaaly@gausz.ru
Sergey P. Pirogov, Doctor of Technical Sciences, Professor.Tyumen Industrial University. 38, Volodarsky St., Tyumen, 625000, Russia, pirogovcp@gausz.ru
Alexander Yu. Chuba, Candidate of Technical Sciences. Northern Trans-Ural State Agricultural University. 7,
Republic St., Tyumen, Tyumen region, 625003, Russia, chubaaly@gausz.ru
-♦-
Научная статья УДК 62-65
Повышение эффективности использования грузовых автомобилей для вывоза сельскохозяйственной продукции в условиях низких температур
Александр Викторович Кучер, Зоя Фёдоровна Кривуца, Константин Евгеньевич Кузнецов,
Алексей Иванович Гончарук, Сергей Васильевич Щитов, Евгений Евгеньевич Кузнецов
Дальневосточный государственный аграрный университет
Аннотация. Одной из главных проблем при эксплуатации энергетических средств в условиях низких температур является затруднительный запуск двигателя после продолжительной стоянки. При эксплуатации автомобилей в этих условиях большая нагрузка ложится на всю систему энергообеспечения. Это обусловлено тем, что при работе автомобилей при низких температурах приходится включать большое количество приборов, чтобы обеспечить нормальные условия движения, управления и работы водителя. В этом случае нагрузка ложится на аккумуляторные батареи. Для нормальной работы аккумулятора температура электролита должна находиться в пределах 0 - 30 град., чтобы аккумуляторная батарея смогла обеспечить достаточный пусковой ток, необходимый в момент запуска двигателя. Приведены результаты исследований по повышению эффективности работы аккумуляторных батарей при эксплуатации грузовых автомобилей в зимних условиях эксплуатации за счёт использования специального устройства, способного аккумулировать и отдавать тепловую энергию во время работы.
Ключевые слова: автомобиль, стартерный ток, внутреннее сопротивление аккумулятора, температура электролита, аккумуляторная батарея.
Для цитирования: Повышение эффективности использования грузовых автомобилей для вывоза сельскохозяйственной продукции в условиях низких температур / А.В. Кучер, З.Ф. Кривуца, К.Е. Кузнецов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 167 - 172.
Original article
Improving the efficiency of using trucks for the export of agricultural products in low temperatures
Alexander V. Kucher, Zoya F. Krivutsa, Konstantin E. Kuznetsov,
Alexey I. Goncharuk, Sergey V. Shchitov, Evgeny E. Kuznetsov
Far Eastern State Agrarian University
Abstract. One of the main problems in the operation of power equipment at low temperatures is the difficulty of starting the engine after a long parking period. In addition, when operating cars in these conditions, a large load falls on the entire energy supply system. This is due to the fact that when cars operate at low temperatures, it is necessary to turn on a large number of devices to ensure normal driving, driving and working conditions for the driver. In this case, the load falls on the batteries. At the same time, it should be noted that for the normal operation of the battery, the temperature of the electrolyte must be within 0...30 degrees, so that the battery can provide sufficient starting current required at the time of starting the engine. The article presents the results of research on improving the efficiency of battery batteries in the operation of trucks in winter operating conditions through the use of a special device that can accumulate and release heat energy during operation.
Keywords: car, starter current, internal resistance of the battery, electrolyte temperature, battery.
For citation: Improving the efficiency of using trucks for the export of agricultural products in low temperatures / A.V. Kucher, Z.F. Krivutsa, K.E. Kuznetsov et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 90(4): 167 - 172. (In Russ.).
В результате проведённых ранее исследований установлено, что для нормальной работы электрической системы автомобиля в зимних условиях необходимо постоянно поддерживать оптимальную температуру электролита [1 - 3]. Известно, что с понижением температуры электролита возрастает внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи (АКБ) и, как следствие, снижается пусковой ток. Эти факторы снижают пусковые качества АКБ и ведут к затруднительному запуску двигателя. С целью уменьшения охлаждения аккумулятора водители прибегают к их утеплению различными способами, что, как правило, не даёт продолжительного эффекта.
Материал и методы. С целью повышения пусковых качеств автомобиля необходимо применять более эффективные способы поддержания температурного режима аккумуляторной батареи при эксплуатации в условиях низких температур. Одним из наиболее перспективных способов поддержания температуры аккумуляторной батареи является использование устройств, способных аккумулировать тепло, используя при этом теплоту отработанных уходящих газов двигателя.
Решение данной проблемы было найдено за счёт применения устройства, позволяющего использовать теплоту уходящих газов для аккумуляции тепловой энергии и дальнейшей передачи её аккумуляторной батарее. На данное устройство получен патент РФ № 197094 [4].
Результаты исследования. Для оценки эффективности работы аккумуляторных батарей широкое применение нашли вольт-амперные разрядные характеристики. Вольт-амперная
разрядная характеристика является связующей между параметрами батареи и стартёра при пуске двигателя. Для расчёта и построения вольт-амперной характеристики необходимо знать начальное разрядное напряжение, которое можно определить по формуле [1]:
и = т(2,02 + 0,00136^ - 0,001ДСр) (\ - -¡-\ (1)
\ Iзб'
где т - число элементов в батарее;
Ьэ - температура электролита, °С;
ДСр - разряжённость батареи, %.
Уравнение (1) позволяет рассчитать вольт-амперную характеристику для аккумуляторных батарей любой ёмкости, изменяя число положительных пластин в элементе п+ и напряжения, увеличивая или уменьшая число элементов в батарее т.
В случае определения силы тока замыкания на одну положительную пластину с учётом предпускового разряда на средства облегчения пуска двигателя можно воспользоваться формулой [1]: /+пр = /+ - кПрЛСПр = 1+0 + Ыэ + сДСр -
-(<* + е(Сп - 10))(гп - 1) - /спрДСпр, (2) где кПр - коэффициент предпускового разряда;
ДСПр - ёмкость предпускового разряда, % от
^10.
Значения коэффициента предпускового разряда в зависимости от температуры электролита определены в ранее опубликованной работе [1]. Установим зависимость коэффициента предпускового разряда от температуры электролита и определим уравнение регрессии для исследуемых параметров, используя график на рисунке 1.
В рамках проведённых теоретических исследований и с учётом поправочных табличных коэффициентов [1] построены аппроксимированные вольт-амперные характеристики аккумуляторной батареи при различных температурах электролита, степенях разряжённости и моментах разряда, представленные на рисунке 2.
Используя вольт-амперную характеристику (рис. 2), получим выражение для эквивалентного внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи:
Йй =
Е- U U,
нр
4б
mU3 1+п+
т = —R
7U '
(3)
и,
иэ - напряжение элемента, В. На основании ранее полученных формул определим внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи:
—-!-~ (4)
=
/+o+bt3+cACp-(d+e(tn-10))(zn-l)-fcnpACnp
где Я = — - эквивалентное внутреннее сопротивление элемента, отнесённое к одной положительной пластине, Ом;
Рассмотрим зависимость внутреннего сопротивления от температуры электролита при различной ёмкости предпускового разряда (за-ряжённости батареи аккумулятора) (рис. 3).
Приведённые данные показывают, что внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи уменьшается в зависимости от повышения температуры электролита, при этом минимальные режимы внутреннего сопротивления оптимальны после достижения пороговой температуры в 0 °С.
Рис. 1 - Зависимость коэффициента предпускового разряда от температуры электролита
О 190 г00 300 400 500 «00 700 »00 »00 1000 1 100 1200 IJ00 1400 1 500 li00
Спла тока, А
- При^-ЗО'С - При 1-20° С - При с - Прис=г5"с
Рис. 2 - Вольт-амперные разрядные характеристики свинцовых стартерных аккумуляторных батарей при различных температурах электролита
Рис. 3 - Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи в зависимости от температуры электролита и ёмкости предпускового разряда
Проведём расчёт величины стартерного тока в момент запуска двигателя, используя формулу (4), эта величина определяется выражением:
-■ (5)
ш(2,02 + 0,00136^ - 0,001АСр)
/+0 + №э + сДСр (<* + е(£п - 10))(2п - 1) - /спрДСп|
- + Я™ + йп
Результаты проведённых экспериментов позволили построить 3D-модель взаимосвязанных процессов «стартерный ток - температура электролита - напряжение на клеммах АКБ», представленную на рисунке 4.
Анализ исследуемой зависимости показывает, что на характер и значения стартерного тока влияют температура электролита и ёмкость пред-
Рис. 4 - Зависимость стартерного тока в момент запуска двигателя от температуры электролита и ёмкости предпускового разряда
пускового разряда аккумуляторной батареи. Стар-терный ток аккумуляторной батареи изменяется в значительно большей степени при одновременном снижении температуры окружающего воздуха и ёмкости предпускового разряда и достигает наименьших значений по сравнению с пусковым током при неизменных значениях параметров [5]. Причиной является влияние роста плотности электролита на удельное сопротивление (рис. 1, 2) за счёт уменьшения диффундирования электролита из наружных слоёв в поры активной массы, и, как следствие, значительное увеличение внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи при понижении температуры (рис. 5) за счёт изменений условий эксплуатации.
АКБ
Теплоаккумулирующее
устройство
Рис. 5 - Устройство для подогрева аккумуляторной батареи
Рис. 6 - Модуль термоэлектрических элементов для использования теплоты уходящих газов
30 20 10 0
\
у = -0,007 х2 + 1,3397* + 7,0258
40
60
P, Вт
80
100
120
Рис. 7 - Зависимость мощности модуля термоэлектрических элементов от температуры нагрева в месте установки на выхлопной магистрали автомобиля
Для поддержания оптимальной температуры аккумуляторной батареи автомобиля было использовано предлагаемое устройство - термоэлектрический автомобильный подогревающий модуль, состоящий из двух основных элементов - тепло-аккумулирующего устройства (рис. 5) и модуля термоэлектрических элементов (рис. 6) [6, 7].
В результате проведённых исследований по влиянию предлагаемого устройства на подогрев электролита была получена зависимость мощности устройства от температуры нагрева в месте установки, представленная в виде графика на рисунке 7.
Выводы. На основании проведённых исследований установлено, что предлагаемое устройство позволяет поддерживать оптимальную температуру электролита в зимних условиях, используя при этом энергию выхлопных газов за счёт рекуперативного эффекта в модуле термоэлектрических
элементов и применения для аккумулирования тепловой энергии в демпфирующем модуле [8].
Представленные зависимости позволяют обосновать параметры стартерного тока в момент запуска двигателя от температуры электролита и ёмкости предпускового разряда.
Литература
1. Боровских Ю.И. Электрооборудование автомобилей. Справочник инженера-механика. М.: Изд-во «Транспорт», 1971. 192 с.
2. Кучер А.В., Пономарев Н.В. Влияние низких температур окружающего воздуха на режимы работы гидравлических устройств энергетических средств // Перспективные направления развития современной науки: сб. науч. работ 49-й Междунар. науч. конф. Евраз. науч. объедин. (г Москва, март 2019). М.: ЕНО, 2019. С. 116 - 119 [Электронный ресурс]. URL: https:// esa-conference.ru/wp-content/uploads/2019/04/esa-march-2019-part2.pdf
0
3. Сапоженков Н.О. Методика корректирования периодичности заряда автомобильных аккумуляторных батарей в зимний период: дис. ...канд. техн. наук. Тюмень, 2016. 200 с.
4. Пат. на полезную модель N° 197094 Рос. Федерация. Термоэлектрический автомобильный подогревающий модуль / Щитов С.В, Кузнецов Е.Е.; заявит. и патен-тооблад. Дальневосточный гос. агр. университет; заявл. 17.12.2019; зарегистр. 17.12.2019; опубл. 30.03.2020; бюл. № 10. 10 с.
5. Кузнецов Е.Е., Кучер А.В. Влияние устанавливаемых термоизоляционных компонентов на топливную экономичность и работоспособность технических средств и средств механизации при использовании в условиях низких температур // Стратегии устойчивого развития мировой науки: сб. науч. работ 51-й Междунар. науч. конф. Евраз. науч. объедин. (г Москва, май 2019). М.: ЕНО, 2019. С. 136 - 141.
6. Экспериментальные исследования влияния электрического ленточного подогревателя на эксплуатационные параметры гидравлического механизма подъёма кузова самосвального автомобиля / А.В. Кучер, В.В. Самуйло, В.И. Худовец [и др.] // АгроЭкоИнфо. 2019. № 1.
7. Кучер А.В., Щитов С.В. Исследования повышения эффективности использования автотранспортного обеспечения агропромышленного комплекса в низкотемпературный период // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2020. № 2 (26). С. 70 - 76.
8. Пат. № 197094 Российская Федерация, МКИ В 60 В 15/00. Термоэлектрический автомобильный подогревающий модуль / Щитов С.В. [и др.], заявит. и патентооблад. Дальневост. гос. агр. университет. № 2019142798; заявл. 17.12.2019; опубл. 30.03.2020; Бюл. № 10. 8 с.
Александр Викторович Кучер, аспирант. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, alexkucher1987@ mail.ru
Зоя Фёдоровна Кривуца, доктор технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, zfk20091@rambler.ru
Константин Евгеньевич Кузнецов, магистрант. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, ji.tor@mail.ru
Алексей Иванович Гончарук, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, docent-dalgau76@yandex.ru
Сергей Васильевич Щитов, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, shitov.sv1955@mail.ru
Евгений Евгеньевич Кузнецов, доктор технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, ji.tor@mail.ru
Alexander V. Kucher, postgraduate. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, alexkucher1987@mail.ru
Zoya F. Krivutsa, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor.Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, zfk20091@rambler.ru
Konstantin Е. Kuznetsov, Master's degree student. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, ji.tor@mail.ru
Alexey I. Goncharuk, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor.Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, docent-dalgau76@yandex.ru
Sergey V. Shchitov, Doctor of Technical Sciences, Professor.Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, shitov.sv1955@mail.ru
Evgeny E. Kuznetsov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor.Far Eastern State Agrarian University.
86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, ji.tor@mail.ru
-♦-
