Процессы, происходящие в системе запуска двигателя

Для первичной обмотки по известным величинам из формулы (3.22) определяется активное сопротивление:

Аналогично рассчитывается активное сопротивление вторичной обмотки:

Потеря мощности в трансформаторе равняется сумме потерь мощности в стали и меди, то есть:

Р_тр = Р_ст +Р_м, (3.23)

где Р_тр - потеря мощности трансформатора, Вт;

Р_ст - потеря мощности в стали, Вт;

Р_м - потеря мощности в меди.

Мощность потерь в стали магнитопровода пропорциональна массе стали в нем и может вычисляться так:

Р_ст = k_ст G_м, (3.24)

где k_ст - коэффициент пропорциональности, числено равный мощности потерь в единице массы стали, Вт/кг;

G_м - масса стали в магнитопроводе, кг.

Для стали марки 3411 (Э310) со значением магнитной индукции Вт=1,65 Тл из таблицы П1-6 [7] выбирается значение коэффициента k_ст = 2,7 Вт/кг.

По формуле (3.24) рассчитывается потеря мощности в стали:

Р_ст = 2,71,998 = 5,3946 Вт.

Потеря мощности в меди обмоток при температуре 105С вычисляется таким образом:

(3.25)

где Р_м - потеря мощности в меди, Вт;

k_t - коэффициент пропорциональности;

g_п - масса одного метра провода обмотки, г/м;

I - действующее значение тока в обмотке, А;

S_п - сечение провода обмотки, мм²;

l_ср - среднее значение длины витка обмотки, мм;

W - число витков обмотки.

Суммарная мощность потерь в меди определяется по выражению:

Р_м = Р_м1 + Р_м2, (3.26)

где Р_м1 - мощность потерь в первичной обмотке, Вт;

Р_м2 - мощность потерь во вторичной обмотке, Вт.

Из таблицы П1-8 [7] выбирается коэффициент k_t = 2,65 при температуре 105С.

Для первичной обмотки по известным величинам из формулы (3.25) определяется мощность потерь в меди:

.

Аналогично рассчитывается мощность потерь во вторичной обмотке:

.

По формуле (3.23) и (3.26) вычисляется общая потеря мощности в трансформаторе:

Р_тр = 5,3946 + 16,1 + 16,4 = 37,89 Вт.

Коэффициент полезного действия выражается формулой:

,

где - коэффициент полезного действия трансформатора, %;

S_тр - мощность во вторичной обмотке трансформатора, Вт;

Р_тр - потеря мощности в трансформаторе, Вт.

Использованием формулы (3.25) определяется значение коэффициента полезного действия:

%,

3.4 Выбор стабилитрона, защитной и коммутационной аппаратуры, расчет и выбор резистора

Выбор стабилитрона

В качестве стабилизирующего нелинейного элемента выбирается кремниевый стабилитрон VD5, предназначенный для стабилизации напряжения в цепи постоянного тока. Стабилитрон должен удовлетворять следующим требованиям:

ток стабилизации I_с =10 мА;

напряжение стабилизации U_с = 6 В.

Исходя из условий по таблице 34 [6] выбирается стабилитрон 2С402Г сплавной, средней мощности, выпускается в металлостеклянном корпусе, который в рабочем режиме служит отрицательным выводом. Данный стабилитрон имеет следующие характеристики:

минимальный ток стабилизации I_с = 10 мА;

максимальный ток стабилизации I_с = 50 мА;

рассеиваемая мощность Р = 5 Вт;

температурный диапазон работы -60С - +120С.

Температурный коэффициент напряжения составляет не более 0,045% при I_с = 50 мА. Выбранный кремниево-диффузионный стабилизатор имеет массу 0,6г.

Габариты стабилитрона:

длина l=9 мм;

ширина b=8 мм.

Выбор защитной аппаратуры

Наиболее простым и распространенным устройством защиты является плавкий предохранитель, который устанавливается на входе пускового устройства.

В случае перегрузки по току или коротком замыкании в любой цепи устройства увеличивается ток первичной обмотки трансформатора I₁, что приводит к расплавлению плавкой вставки предохранителя и обесточиванию схемы.

Предохранитель характеризуется номинальным током I_н.

Расплавление вставки происходит при критическом значении протекающего по ней тока. Выбор предохранителя осуществляется по условию:

I_н I₁, (3.27)

где I_н - номинальный ток предохранителя, А;

I₁ - первичный ток трансформатора, А.

Из таблицы 9 [3] выбирается плавкий предохранитель типа ПМ длиной 20 мм, диаметром 5 мм, номинальный ток которого составляет 3 А. Масса предохранителя 0,1 г.

Выбор коммутационной аппаратуры

В схеме проектируемого пускового устройства устанавливаются два выключателя (S1 и S2, рисунок 3.1), которые обеспечивают включение устройства и подключение его к зажимам аккумуляторной батареи.

Выключатели подбираются по максимальному коммутируемому напряжению и максимальному коммутируемому току. Из таблицы 8 [3] в качестве выключателя S1 выбирается тумблер типа ТВ1-1, коммутирующий переменный ток I₁ = 3,75 А напряжением 220 В, со следующими характеристиками:

максимальное рабочее напряжение - 220 В;

максимальный рабочий ток - 5 А.

Выключатели S2 выбираются таким образом, чтобы его допустимые значения напряжения и тока были соответственно близки и не менее напряжения и пускового тока, выходящих с данного моста:

U_max U_d; I_max I₂. (3.28)

Из таблицы 8 [3] выбирается пакетный выключатель типа ПВ-2-60 со следующими характеристиками:

максимальное рабочее напряжение - 12 В;

максимальный рабочий ток - 60 А.

Масса тумблера ТВ1-1 составляет 15г, а выключателя ПВ-2-60 - 80 г.

3.5 Выбор измерительной аппаратуры

Контроль параметров пуска осуществляется на постоянном токе с помощью стрелочных измерительных приборов магнитоэлектрической системы вольтметр (PV1, рисунок 3.1) измеряет значение пускового напряжения.

Выбор вольтметра осуществляется по пределу измерения из условия:

U_пр (1,11,2) U_н, (3.29)

где U_пр - предельное измеряемое напряжение, В;

U_н - номинальное напряжение вольтметра, В.

Из таблицы 10 [8] выбирается вольтметр малогабаритный, магнитоэлектрической системы, типа М4202, класса точности 1,5 с пределом измерения 15 В, габаритами 606049 мм, массой 0,15 кг.

3.6 Описание конструкции устройства

Предлагаемое пусковое устройство состоит из основания, к которому крепятся трансформатор, радиатор с силовыми диодами, передняя панель, задняя стенка и кожух. Кожух для жесткости дополнительно крепится к передней панели и задней стенке. На передней панели располагаются элементы, указанные на рисунке 3.5:

вольтметр М4202, контролирующий пусковое напряжение;

держатель плавкой вставки F1 «3А»

выключатель S1 типа ТВ-1, подключающий устройство к сети;

выключатель S2 типа ПВ-2-60, подключающий аккумуляторную батарею к пусковому устройству;

выходные клеммы с символами «+» и «-» канала «ПУСК», предназначенные для подключения нагрузки постоянного тока к устройству.

На задней стенке располагается ввод шнура питания с двухштыревой вилкой для включения устройства в сеть «U_c~f_ц».

На основании находятся вентиляционные отверстия для обеспечения нормального теплового режима устройства и электрический контакт изоляции. На кожухе размещается ручка для перемещения устройства, а также вентиляционные щели.

Разработанное пусковое устройство работает от потребительской сети однофазного переменного тока с номинальным напряжением (22022) В частотой 50 Гц и рассчитано для эксплуатации в условиях:

интервал температур

составляет до 80% при температуре 25С; окружающей среды от -40С до +40С;

относительная влажность воздуха

высота над уровнем моря не более 1000 м;

окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли.

Подготовка рабочего места пускового устройства не требует от военнослужащих затрат времени. К рабочему месту подводится сеть 220В~50Гц с установкой розетки на 6а, 250В или используется удлинитель с сечением проводов не менее 1,0 мм². Длина удлинителя не должна быть более 10 м. Если работа пускового устройства осуществляется в помещении, то необходима его вентиляция. Устройство располагается от автомобильного шасси на расстоянии не менее 1, 0 м. Устройство допускает эксплуатацию и на открытом воздухе, то необходимо защитить его от прямых атмосферных осадков (накрыть чем-либо).

Перед подключением аккумуляторной батареи шасси необходимо определить ее степень заряженности путем замера плотности электролита в каждой банке аккумулятора в соответствии с таблицей 5 или в соответствии с инструкцией по эксплуатации аккумуляторов.

Таблица 5 Степень заряженности аккумулятора

Степень заряженности	Сильно разряжена	Разряжена	Нормально заряжена
Плотность электролита, г/см3	1,17 - 1,21	1,21 - 1,25	1,27 - 1,31

Стартерный пуск двигателя шасси допускается только при параллельной работе устройства по каналу «ПУСК» с аккумуляторной батареей. С помощью соединительных проводов, прилагаемых к пусковому устройству, соединяются клеммы «+» и «-» канала «ПУСК» соответственно с клеммами «+» и «-» установленной на автомобиле аккумуляторной батареи, а затем другой провод - к массе вдали от батареи и топливной системы (заземлить устройство).

С помощью вилки шнура питания устройство подключается к сети 220В~50Гц. При включении тумблера S1 «СЕТЬ» по вольтметру контролируется напряжение 12В.

Пуск стартера шасси проводится коротким включениями переключателя S2 «ПУСК», но не более 10 секунд с последующей паузой не менее 100 секунд. После пяти периодов «пуск-пауза» (один цикл) делается перерыв не менее 5 минут для охлаждения трансформатора и диодов выпрямителя устройства, после чего можно повторить еще один цикл. При нарушении режима «пуск-пауза» возможен отказ пускового устройства (выход из строя).

После запуска двигателя автомобиля устройство отключается от сети и снимаются соединительные провода.

4. Технико-эксплуатационное обоснование проекта

4.1 Рекомендации по подготовке к работе и порядку работы пускового устройства

Спроектированное пусковое устройство работает от потребительской сети однофазного переменного тока с номинальным напряжением (22022) В частотой 50 Гц и рассчитано для эксплуатации в условиях:

интервал температур окружающей среды от -40С до +40С;

относительная влажность воздуха составляет до 80% при температуре 25С;

высота над уровнем моря не более 1000 м;

окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли.

Подготовка рабочего места пускового устройства не требует от военнослужащих затрат времени. К рабочему месту подводится сеть 220В~50Гц с установкой розетки на 6а, 250В или используется удлинитель с сечением проводов не менее 1,0 мм². Длина удлинителя не должна быть более 10 м.

Если работа пускового устройства осуществляется в помещении, то необходима его вентиляция. Устройство располагается от автомобильного шасси на расстоянии не менее 1,0 м. Устройство допускает эксплуатацию и на открытом воздухе, то необходимо защитить его от прямых атмосферных осадков (накрыть чем-либо).

Перед подключением аккумуляторной батареи шасси необходимо определить ее степень заряженности путем замера плотности электролита в каждой банке аккумулятора в соответствии с таблицей 6 или в соответствии с инструкцией по эксплуатации аккумуляторов.

Таблица 6 Степень заряженности аккумулятора

Степень заряженности	Сильно разряжена	Разряжена	Нормально заряжена
Плотность электролита, г/см3	1,17 - 1,21	1,21 - 1,25	1,27 - 1,31

Стартерный пуск двигателя шасси допускается только при параллельной работе устройства по каналу «ПУСК» с аккумуляторной батареей. С помощью соединительных проводов, прилагаемых к пусковому устройству, соединяются клеммы «+» и «-» канала «ПУСК» соответственно с клеммами «+» и «-» установленной на автомобиле аккумуляторной батареи, а затем другой провод - к массе вдали от батареи и топливной системы (заземлить устройство).

С помощью вилки шнура питания устройство подключается к сети 220В~50Гц. При включении тумблера S1 «СЕТЬ» загорается индикатор на рисунке 3.5 «СЕТЬ». По вольтметру контролируется напряжение 12В.

Пуск стартера шасси проводится коротким включениями переключателя S2 «ПУСК», но не более 10 секунд с последующей паузой не менее 100 секунд. После пяти периодов «пуск-пауза» (один цикл) делается перерыв не менее 5 минут для охлаждения трансформатора и диодов выпрямителя устройства, после чего можно повторить еще один цикл. При нарушении режима «пуск-пауза» возможен отказ пускового устройства.

После запуска двигателя автомобиля устройство отключается от сети и снимаются соединительные провода.

4.2 Расчет показателей надежности пускового устройства

Обеспечение надежности является одной из ключевых задач при разработке, производстве и эксплуатации технических устройств самого различного назначения.

Надежность устройства характеризуется несколькими количественными параметрами. Количественные критерии надежности позволяют научно обосновать периоды профилактических мероприятий, организацию технического обслуживания.

Основными количественными характеристиками надежности являются:

Р(t) - вероятность безотказной работы;

(t) - интенсивность отказов;

Т - среднее время между отказами.

Вероятность безотказной работы без резервирования с учетом постоянства интенсивности отказов определяется из выражения:

, (4.1)

где ,

где m - число групп одинаковых элементов, работающих в одном режиме;

n_j - число элементов в группе;

k_j - коэффициент, учитывающий влияние различных факторов (таких как влажность, давление, температура окружающей среды);

_j - интенсивность отказов j-го элемента в нормальных условиях.

При этом коэффициент k_j = 1 (идеальные условия).

Интенсивность отказов элементов схемы пускового устройства приводится в таблице 7.

Таблица 7 Интенсивности отказов элементов схемы пускового устройства

№ п/п	Наименование группы	nj	10-6	nj10-6
1	Трансформатор	1	1,04	1,04
2	Диоды	8	0,20	1,6
3	Резистор	18	0,10	1,8
4	Конденсатор	2	0,10	0,2
5	Стабилитрон	4	0,20	0,8
6	Тумблеры	1	0,06	0,06
7	Индикаторы	1	8,00	8,0
8	Предохранители	2	0,01	0,02
9	Измерительные приборы	1	0,21	0,21

В схеме пускового устройства избыточности по структуре нет и с точки зрения надежности схемы пускового устройства будет представлять собой цепочку последовательного соединения элементов, то есть отказ одного элемента вызывает отказ всей системы. В этом случае интенсивность отказов пускового устройства будет вычисляться по формуле (4.1):

час^-1.

Учитывая условия низкотемпературной эксплуатации, принимается k_j=16, тогда:

час^-1=0,2510^-3час^-1.

Таким образом вероятность безотказной работы при различном времени t будет равна:

График вероятности безотказной работы пускового устройства представляется на рисунке 3.6.

Среднее время безотказной работы устройства вычисляется по формуле:

, (4.2)

где Т - среднее время наработки устройства на отказ, час;

- - интенсивность отказов устройства, час.

Использованием формулы (4.2) вычисляется значение среднего времени безотказной работы:

часов,

Полученное время свидетельствует о достаточно высокой надежности спроектированного пускового устройства.

Заключение

На основе анализа технико-эксплуатационных характеристик системы запуска двигателя шасси и возможных конструктивных вариантов устройств были разработаны рекомендации по облегчению работы аккумуляторов при стартерном запуске в условиях низких температур.

В работе предложена принципиальная электрическая схема пускового устройства, которое облегчает стартерный запуск двигателя шасси ГАЗ-66 с бортовой сетью 12 В при неблагоприятных условиях в холодное время года или при слабо заряженной аккумуляторной батарее 6СТ-68ЭМ.

Разработанное пусковое устройство выдает постоянный ток 50А, соответствующий 16,7% разрядной емкости аккумуляторной батареи 6СТ-68ЭМ при напряжении 12В. Мощность на выходе канала «ПУСК» равняется 600 Вт.

Указанные параметры обеспечивают гарантированный запуск двигателя автомобиля ГАЗ-66 в любых климатических условиях и при любом состоянии аккумуляторной батареи.

Расчет показателей надежности показал, что среднее время безотказной работы прибора составляет 4000 часов. Масса спроектированного устройства при габаритах 180130260 мм равна 6, 407 кг.

Техническое обслуживание проводится при подготовке к работе, при этом легкий доступ к элементам очень удобен для проведения ремонта в случае обнаружения неисправностей.

Список использованной литературы

Положение о научной работе в Вооруженных Силах РФ.

Руководство по организации работы высших военно-учебных заведений Министерства обороны РФ.

ГОСТ 7.32-91. Отчет о научно-иследовательской работе. Структура и правила оформления. - М.: Изд-во стандартов, 1991.

ГОСТ 7.1-84. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления. - М.: Изд-во стандартов, 1984.

ГОСТ 7.12-93. Библиографическая запись. Сокращение слов на русском языке. Общие требования и правила. - М.: Изд-во стандартов, 1995.

ГОСТ 29.115-88. Оригиналы авторские и текстовые издательские стандарты по издательскому делу. Сост. А.А. Джиго, С.Ю. Калинин. - М.: Юрист.1998.

Мощные полупроводниковые приборы. Диоды. Под ред. Голомедова А.В. - М.: Радио и связь, 1985. - 400 с.

Расчет устройства для заряда кислотных аккумуляторных батарей. - Саратов: СВВКИУ РВ, 1983. - 46 с.

Незнайко А.П., Геликман Б.Ю. Конденсаторы и резисторы. - М.: Энергия, 1974. - 110 с.

Мухитдинов М. Светоизлучающие диоды и их применение. - М.: Энергия, 1988. - 80 с.

Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи. Руководство. - М.: Воениздат, 1983. - 183 с.

Резисторы. Справочник. Под ред. Четверткова И.И. - М.: Радио и связь, 1991. - 528 с.

Банников С.П. Электрооборудование автомобилей. Учебник. - М.: Транспорт, 1977. -290 с.

Размещено на Allbest.ru