CC BY
29
УДК 614.842
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПУСКА ПОЖАРНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ И МОТОПРИВОДОВ ПОЖАРНОЙ И АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
В.А. Годлевский, М.А. Колбашов, Ю.Н. Моисеев, А.Г. Бубнов
В статье рассмотрены факторы, снижающие надежность пуска ДВС в условиях использования техники при пожарно-спасательных работах. Дана современная классификация пускозарядных устройств, обеспечивающих надежный пуск в сложных условиях эксплуатации (низкая температура, неудовлетворительное состояние АКБ). Описаны возможности новых конструкций пусковых устройств на базе портативных аккумуляторных батарей нового поколения. Сформулированы рекомендации по оснащению пожарно-спасательных подразделений такими устройствами, которые могут служить в полевых условиях резервными источниками электроэнергии как для пуска ДВС автомобилей и мотоприводов, так и для подзарядки устройств связи.
Ключевые слова: надежность пуска, пускозарядное устройство, пожарная и аварийно-спасательная техника, аккумуляторные батареи.
Введение. В процессе эксплуатации пожарной и аварийно-спасательной техники важным является существенное сокращение временных интервалов, требуемых для подготовки расчетов к выезду. Это решается проведением как организационных, так и технических мероприятий. В частности, важно обеспечить быстрый и бесперебойный пуск двигателя. Этому могут препятствовать ряд неисправностей, связанных, например, с системой топливоподачи с электрическими цепями зажигания, стартером. Задача обеспечения надежного пуска двигателя аварийно-спасательной техники становится особенно актуальной, когда пуск приходится производить не в гараже, а на выезде, например, при тушении затяжных пожаров, вдали от стационарных источников электроснабжения.
Факторы ненадежного пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Слабым местом, чаще всего создающим отказы при пуске двигателя, как правило, являются аккумуляторные батареи (АКБ). Несмотря на очевидный прогресс, связанный в последние десятилетия с развитием конструкций АКБ, на уменьшение требований к их проверкам и обслуживанию (большинство современных АКБ маркируются как «необслуживаемые»), эти накопители энергии часто не выдерживают тяжелого режима эксплуатации аварийно-спасательной техники, особенно в условиях влажного, морского и холодного климата.
Пагубно могут влиять на состояние АКБ следующие факторы. Так, в морских прибрежных районах, которым свойственно наличие в воздухе мелкодисперсных гидрозолей морской воды, на поверхности АКБ быстро формируется токопроводящая пленка, ведущая к быстрому саморазряду батареи и ухудшению ее пусковых
свойств.
Конструкция современного аварийно-спасательного автомобиля становится все более перегружена устройствами электроподогрева различных элементов кабины и специальной надстройки. Электрическими нагревательными системами могут быть снабжены: лобовое и заднее стекло, зеркала заднего вида, подушки сидений, рулевое колесо, форсунки стеклоомывателей и другие элементы конструкций. При частом пользовании этими устройствами, тем более в условиях низких оборотов двигателя (например, преимущественно при городской езде), АКБ не успевает полностью восстанавливать заряд от бортового генератора, отчего снижается надежность последующих пусков.
Низкая температура окружающей среды не только снижает остаточную электрическую емкость АКБ, но и существенно повышает сопротивление движению в цилиндропоршневой системе и подшипниках ДВС, что иногда не позволяет при отрицательных температурах обеспечить двигателю вращение, достаточное для осуществления пуска. Реальный срок службы современных свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 5 - 7 лет [1], а в данных условиях обеспечить с требуемой регулярностью своевременное обновление парка АКБ затруднительно. При таких обстоятельствах недорогие, мощные и надежные вспомогательные пусковые устройства могли бы существенно снизить риски возникновения задержек при развертывании пожарно-спасательных команд, следовании их к месту пожарно-спасательных работ, запуске автономных мотоприводов вывозимой техники.
Известны меры, которые
предпринимались традиционно при трудностях с
запуском холодного двигателя: заливали в двигатель горячую воду, обдували горячим воздухом, пытались запустить при буксировке или подавали напряжение от стоящего рядом другого автомобиля. Если позволяло время, для обеспечения можно было применять обычные зарядные устройства, позволяющие в течение одного-двух часов интенсивной зарядки обеспечить условия для пуска двигателя. Однако экстренный характер работы подразделений пожарной охраны и спасательных служб делает длительную задержку выезда недопустимой.
Наилучшим решением до последних лет было, если пуск выполняли в пределах стационарного гаража с применением специальных пусковых устройств. Это поначалу были стационарные, крупногабаритные, тяжелые, работающие от сети, мощные выпрямители, способные, помимо аккумулятора,
самостоятельно обеспечить большую пусковую электрическую мощность и быстро решить проблему.
Одним из путей решения рассматриваемой проблемы надежного запуска автомобиля оказались электрические
конденсаторы большой емкости, способные при небольшой массе и габаритах накапливать энергию, достаточную для нескольких последовательных пусков двигателя без подзарядки батареи конденсаторов. Недавно разработанные импульсные конденсаторы нового типа оказались пригодными для хранения электроэнергии на борту автомобиля. Такие конденсаторы повышенной емкости иногда называют «ионисторами» [2].
Главное преимущество такого устройства состоит в большей накопительной возможности (примерно на порядок) по сравнению с обычными конденсаторами. Это обеспечило мощность, выдаваемую кратковременно, и достаточную для «раскрутки» и запуска холодного двигателя. Такое техническое решение, впрочем, не обладало достаточной компактностью, предлагалось его использование не в носимом варианте, а путем монтажа на борту транспортного средства.
В последние годы техника, создаваемая для задач аварийного пуска двигателя при неисправной АКБ, существенно обновилась, и цель настоящей статьи - дать краткий обзор и характеристики этих новых устройств, показать перспективы их использования в условиях борьбы с пожарами и последствиями ЧС. Существует несколько критериев классификации зарядных устройств (ЗУ) [3].
1) По типу источника питания. Устройства могут быть автономными (со встроенной аккумуляторной батареей) и с питанием от электрической сети. Несмотря на автономность и мобильность аккумуляторных батарей, в отличие от приборов сетевого питания,
они требуют периодической подзарядки и техобслуживания.
2) По типу преобразователя напряжения. Бывают устройства трансформаторные и импульсные. Трансформаторные ЗУ построены на базе трансформатора напряжения, оснащаются выпрямителем. Трансформаторные установки тяжелы, имеют значительные габариты, их непросто транспортировать. Среди систем, генерирующих большие токи, большее распространение получили импульсные преобразователи (инверторы) Такие приборы гораздо легче, оснащены системами защиты от неверного включения и короткого замыкания. Кроме того, они намного легче и компактнее.
3) Метод зарядки. На практике применяются ЗУ постоянного тока, переменного, комбинированные. Чтобы не допускать перезарядки АКБ, применяют «умные» зарядные системы, которые, в зависимости от состояния батареи, применяют тот или иной алгоритм зарядки. В этом случае заряд может протекать в несколько стадий, с вариацией силы тока и его пульсаций. Пульсации, по сведению некоторых источников, способны предотвращать сульфатацию аккумуляторных пластин или снимать ее последствия. «Умные» ЗУ способны также производить «тренировку» батарей путем последовательного цикла зарядов - разрядов, что обычно способствует повышению срока службы АКБ. Современные ЗУ главным образом выпускаются как устройства комбинированного типа.
4) Время зарядки. Приборы поддержки системы пуска делят на собственно зарядные (ЗУ), и пускозарядные (ПЗУ). Стандартные устройства используются для зарядки/подзарядки автоаккумулятора, чтобы восстановить емкость практически до номинальной. ПЗУ обладают способностью запустить двигатель при полностью разряженном (или даже отключенном) аккумуляторе.
Современные автомобильные
пускозарядные устройства иногда называют «бустерами». Эти внешние ПЗУ - компактные и легкие аккумуляторы - «бустеры», способны дать пусковой импульс автомобилю с разряженной батареей. Многие модели позволяют использовать их и в режиме малого тока - для простой подзарядки АКБ. До недавнего времени ПЗУ представляли собой довольно тяжелые и объемные приборы, содержащие внутри корпуса классический свинцовый аккумулятор не очень большой емкости, однако обеспечивающий достаточной величины пусковой ток.
Но главное - эти устройства были автономны, ими можно было пользоваться вне гаража, поскольку они обладали запасом электроэнергии. Однако широкого
распространения такие устройства не получили
ввиду большого объема и веса, что делало проблематичным включать их в список вывозимого оборудования, тем более, что частота их использования незначительна [3]. К тому же эти приборы тоже разряжаются с прошествием временем, снижают заряд под воздействием холода, так что периодическая зарядка в стационарных условиях от электрической сети для них необходима.
Пусковые устройства на базе аккумуляторов нового поколения
Однако после освоения нового типа электрических аккумуляторов - литий-полимерных ^1Ро) - было получено новое техническое решение, обеспечивающее многократный пуск двигателя с помощью легкого и малогабаритного (переносного) пускового устройства [4, 5]. Ряд моделей этих устройств, помимо задач аварийного пуска, получил также способность к зарядке одновременно нескольких мобильных устройств связи, что придало этим приборам дополнительные полезные
возможности, особенно при эксплуатации в полевых условиях.
Электрическая емкость портативных пусковых устройств ограничена количеством перезаряжаемых элементов питания в их корпусе (обычно их количество 4 - 6). Каждый элемент, в зависимости от модификации, выдает напряжение порядка 3,6 В. Для того чтобы заряжать от бустера мобильные устройства, они соединяются попарно, а для запуска двигателя через коммутационное устройство подключаются все элементы сборки одновременно.
Фактически получается, что реальная емкость пускового устройства примерно на порядок меньше, чем штатного автомобильного аккумулятора (соответственно примерно 5 и 50 Ач в случае легкового автомобиля). Однако практика показывает достаточность такого объема хранимой энергии для нескольких надежных пусков автомобиля на холоде. В качестве примера на рис. 1. представлен вариант компактного ПЗУ, выпускаемого серийно.
Рис. 1. Общий вид компактного автономного ПЗУ, обеспечивающего пуск двигателя автомобиля («стартовый бустер»)
Стоимость устройства - 7400 руб. (2017 г). Характеристики: емкость - 5 Ач, имеется пятивольтовый выход USB типа для зарядки гаджетов, «силовой» выход на 12 В (вариант -24В) для пуска ДВС, максимальный стартовый ток 200 - 500 А.
На корпусе ПЗУ четыре кнопки управления режимами работы, индикатор уровня заряда (светодиодный, разноцветный, 4-секционный), два индикатора режима работы, светодиодный фонарь, вход для подпитки внутреннего аккумулятора и два выхода: один стандарта USB (5 В, 2 А) и силовой разъем под автомобильные зажимы типа «крокодил» (12 В, 202,5/405 А).
Размеры 192х122х47 мм. В комплекте -зарядные устройства для внутреннего аккумулятора (220 В и 12 В) и силовые провода с зажимами типа «крокодил». Прибор помещен сумку-органайзер размером 290x160x100 мм. Схема прибора обеспечивает защиту от короткого замыкания силового выхода. Производитель представленного на рис. 1. прибора объявляет о том, что полностью заряженный прибор способен произвести до 15 - 17 пусков холодного двигателя рабочим объемом до 4 л [6].
В производственных программах ряда фирм производителей фигурируют и более мощные компактные модели ПЗУ, ориентированные на грузовые модели автомобилей, имеющие бортовую сеть 24 В и с пусковым током до 1100 А. Как правило, производителем предусмотрены защитные системы от коротких замыканий, неправильного подключения и других случайных ошибок эксплуатации. Есть функции автоматической регулировки зарядного тока, реверсивного заряда, стабилизации напряжения.
Заключение
Таким образом, в настоящей статье дана характеристика современных тенденций в области новых конструкций ЗУ и ПЗУ, способных обеспечить эффективную подзарядку АКБ и пуск двигателя в условиях низких температур и даже при полностью разряженной АКБ.
1) Современные мощные ПЗУ на базе литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов приобрели малый вес и компактность, что позволяет применять их в пожарно-спасательных подразделениях, в особенности они могут быть полезны при пожарно-спасательных работах на выезде.
2) Эффективность вывозимых ПЗУ, по нашему мнению, была бы более выраженной при длительных работах на выезде, например, в условиях тушения больших многодневных пожаров или ликвидации последствий больших катастроф, в местностях, где нарушено стационарное электроснабжение.
3) Возможность обеспечения этими
приборами зарядки мобильных устройств связи является полезной функцией, в особенности в описанных выше экспедиционных рабочих условиях.
4) Портативными аккумуляторными системами пуска, по нашему мнению, должны оснащаться как пожарно-спасательные подразделения, так и отдельные транспортные средства этих служб.
5) Полагаем, что пожарно-спасательные подразделения преимущественно должны
Библиография
1. Розанов Д. Вся правда про аккумуляторы / Д. Розанов // https://www.drive2.eom/b/1642625/
2. Годлевский В.А., Моисеев Ю.Н., Назаров Г.Е., Федотов Е.В. Проблема пуска двигателей аварийно-спасательной техники / В.А. Годлевский // Надежность и долговечность машин и механизмов. Сб. мат-лов II межвузовского научно-практич. семинара аспирантов, студентов, курсантов и слушателей. Ивановский ин-т гос. противопож. службы Иваново, 25 апреля 2012. - ИвИГПС МЧС. - С. 157-160.
3. Классификация зарядных устройств для аккумуляторов // https://ukrenergy.dp. ua/2014/08/18/klassifikaeiya-zaryadnyx-ustrojstv-dlya-avtomobilnyx-akkumulyatorov. html
4. Садовников А.В., Макарчук В.В. Литий-ионные аккумуляторы / А.В. Садовников, В.В. Макарчук //Молодой ученый. - 2016. - №23. - С. 84-89.
5. Современные Li-ion аккумуляторы. Типы и конструкция // Компоненты и технологии. -2013. - № 11. - С. 67-74.
6. Тестируем автомобильные пуско-зарядные устройства (стартовые бустеры) // http://www.autodela.ru/main/top/test/pusko_zarid_te st berkut earku d-lex neoline
оснащаться 12-вольтовыми ПЗУ повышенной емкости, для обеспечения пуска двигателей разной мощности: автомобилей, мотоциклов, мотопомп и мотоинструмента.
6) Оснащение пожарных и спасательных подразделений описанными выше компактными пусковыми устройствами не должны приводить к большим материальным затратам, так как таким оборудованием может оснащаться лишь один автомобиль из нескольких, участвующих в тушении пожара или ликвидации последствий ЧС.
References
1. Rozanov D. Vsya pravda pro akkumulyatory / D. Rozanov // https://www.drive2.eom/b/1642625/
2. Godlevskij V.A., Moiseev YU.N., Nazarov G.E., Fedotov E.V. Problema puska dvigatelej avarijno-spasatel'noj tekhniki / V.A. Godlevskij // Nadezhnost' i dolgoveehnost' mashin i mekhanizmov. Sb. mat-lov II mezhvuzovskogo nauehno-praktieh. seminara aspirantov, studentov, kursantov i slushatelej. Ivanovskij in-t gos. protivopozh. sluzhby Ivanovo, 25 aprelya 2012. - IvIGPSMCHS. - S. 157-160.
3. Klassifikaeiya zaryadnyh ustrojstv dlya akkumulyatorov // https://ukrenergy.dp.ua/2014/08/18/klassifikaeiya-zaryadnyx-ustrojstv-dlya-avtomobilnyx-akkumulyatorov. html
4. Sadovnikov A.V., Makarehuk V.V. Litij-ionnye akkumulyatory / A.V. Sadovnikov, V. V. Makarehuk // Molodoj uehenyj. - 2016. - №23. - S. 84-89.
5. Sovremennye Li-ion akkumulyatory. Tipy i konstrukeiya // Komponenty i tekhnologii. - 2013. -№ 11. - S. 67-74.
6. Testiruem avtomobil'nye pusko-zaryadnye ustrojstva (startovye bustery) // http://www. autodela. ru/main/top/test/pusko_zarid_te st berkut earku d-lex neoline
RELIABILITY INCREASING OF FIRE ENGINES AND MOTOR-DRIVES OF FIRE
AND RESCUE TECHNIQUE
In the article the factors reducing reliability of ICE start-up in the conditions of technique use at fire-salvage operations are considered. Modern classification of starter-charging devices providing reliable start-up in difficult operation conditions (low temperature, unsatisfactory condition of accumulators) is given. Possibilities of new designs of starting arrangements on the basis of portable storage batteries of new generation are described. Recommendations about equipment of fire-saving divisions by such devices which can serve in field conditions as reserve sources of electric power as for start-up of cars engines and motor-drives, and for additional charge of communication devices are formulated.
Keywords: reliability of start-up, start-up and charging device, fire and rescue technique, storage batteries.
Годлевский Владимир Александрович,
доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России Россия, г. Иваново, e-mail: [email protected] Godlevskiy V.A.,
Doctor of Technical Sciences, Professor,
Ivanovo fire and rescue academy of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
Колбашов Михаил Александрович,
кандидат технических наук, доцент,
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России Россия, г. Иваново, e-mail: [email protected], Kolbashov M.A.,
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor,
Ivanovo fire and rescue academy of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
Моисеев Юрий Николаевич,
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России Россия, г. Иваново, e-mail: [email protected], Moiseev J.N.,
Ivanovo fire and rescue academy of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
Бубнов Андрей Германович,
доктор химических наук, доцент,
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России Россия, г. Иваново, e-mail: [email protected] Bubnov A.G.,
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor,
Ivanovo fire and rescue academy of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
© Годлевский В.А., Колбашов М.А., Моисеев Ю.Н., Бубнов А.Г., 2018
