СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПУНКТА ТЕХНИЧЕСКОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА С ПОРШНЕВЫМ ГИБРИДНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Содержание
Введение……………………………………………………………………….
1. Гибридные силовые установки……………………………………………
Введение
Пункт технического обслуживания и ремонта предназначен для проведения работ всех видов комплексного технического обслуживания и ремонта штатных ВВТ части в соответствии с нормативно-технической документацией. Он размещается на территории парка в конце линии технического обслуживания, как правило, после пункта ежедневного технического обслуживания или на одном уровне с ним.
Основу пункта технического обслуживания и ремонта составляют посты технического обслуживания и ремонта машин. На постах размещаются сами машины, оборудование для их обслуживания и ремонта и вспомогательное оборудование.
Для перевозки запасных частей, материалов между постами требуется транспортные средства, не загрязняющие воздух в закрытых помещениях. В то же время подобные транспортные средства значительную часть времени работают на открытом воздухе.
Проблема создания мощного, экологичного, малогабаритного, высоко-экономичного, надежного двигателя является одной из важнейших в развитии военной техники. Решение этой проблемы возможно благодаря применению в них гибридных силовых установок или гибридных двигателей.
Целью настоящей работы является рассмотрение возможностей создания силовых установок для транспортных средств, работающих в пунктах технического обслуживания и ремонта автобронетанковой техники.
Гибридные силовые установки
Основными компонентами гибридной силовой установки любого транспортного средства являются тяговые двигатели и источники энергии. В качестве тяговых двигателей, как правило, применяют двигатели внутреннего сгорания (ДВС) в сочетании с электродвигателями, либо ДВС с пневмодвигателями (ПД) или электродвигатели в сочетании с ПД. Возможно также одновременное сочетание ДВС с электродвигателями и ПД. Положительный эффект от их применения в каждом отдельном случае может быть достигнут благодаря комбинации сильных сторон электродвигателей, пневмодвигателей и ДВС при различных режимах движения транспортного средства.
Источниками энергии являются. Химическая энергия топлива (бензин, дизельное топливо, пропан, бутан и другие альтернативные виды топлива) в ДВС преобразуется в механическую энергию движения транспортного средства.
Химическая энергия накопителей электрической энергии (аккумуляторы конденсаторы, молекулярные накопители энергии, топливные элементы и другие источники) в электрических двигателях превращается в механическую энергию движения транспортного средства.
Механическая энергия, накопленная в баллонах высокого давления, в пневматических двигателях превращается в механическую энергию движения транспортного средства. Тепловая энергия выхлопных газов ДВС тоже может превращаться в электрическую энергию или использоваться для повышения работоспособности пневмодвигателей.
В настоящее время за рубежом интенсивно проводятся разработки по созданию легковых автомобилей с гибридными силовыми установками. В частности, фирмой Energine из Южной Кореи разработан автомобиль PHEV (Pneumatic hybrid electric vehicle) с гибридным электропневматическим приводом [1]. В этой машине два двигателя: пневматический поршневой и электрический. Машину, приводимую в движение как сжатым воздухом от бортовых баллонов, так и электрическим двигателем от аккумуляторов, можно было бы считать электромобилем, поскольку при движении с постоянной скоростью свыше 20-25 км/ч основным становится электрический двигатель.
Однако он стартует, набирает скорость и преодолевает подъемы на пневматической тяге, поэтому фирма-разработчик считает, что основной двигатель в конструкции автомобиля все же пневматический. Столь оригинальный дорожный цикл позволяет использовать основные достоинства обоих типов моторов и сгладить их недостатки. Высокий стартовый момент и большая мощность на валу пневмодвигателя прекрасно дополняются относительно низким потреблением энергии (в данном случае - запасенной в аккумуляторах) электродвигателем. Оба мотора (и пневматический и электрический) весят по 30 кг каждый, а 40 кг весит 100-литровый воздушный баллон. В машине применены Ni-Mн батареи, рабочее напряжение которых около 280 В.
Разработки по созданию гибридных автомобилей с ДВС и пневматическими двигателями, работающими на сжатом воздухе и сжиженных газов, проводятся в Харьковском автомобильно-дорожном университете [2-4].
Пневмодвигатели, применяемые в подобных силовых установках, выполнены на базе поршневых двигателей с принудительным газораспределением. Система принудительного газораспределения обладает рядом существенных недостатков: сложность конструктивного исполнения, повышенное механическое трение, невысокая надежность и другие.
Одним из направлений совершенствования системы газораспределения в поршневых пневмодвигателях является применение самодействующих клапанов. Отсутствие сложного механизма принудительного газораспределения позволяет упростить конструкцию поршневого двигателя, значительно сократить трудоемкость изготовления, снизить массогабаритные показатели и металлоемкость.
Известна силовая установка транспортного средства, содержащая двигатель внутреннего сгорания и пневмодвигатель, связанный с выходным валом установки (RU № 2195558).
Из уровня техники также известен пневмодвигатель, выполненный в виде поршневой расширительной машины, содержащий однорядный блок цилиндров с головкой, впускными и выпускными каналами, поршни, кинематически связанные с выходным валом, золотниковый механизм распределения, который сообщает цилиндры с впускными каналами, подключенными к источнику сжатого воздуха, и выпускными каналами (SU 1548475 A1, F 01 B 23/02, 1990; SU 1629570 A1, F 01 B 23/02, 1991).
Недостатками указанных конструкций является наличие принудительной системы воздухораспределения, снижающей эффективность работы пневмодвигателя из-за повышенных потерь на трение и утечек воздуха в механизме воздухораспределения, особенно на режимах работы, отличающихся от номинальных.
Устранение указанных недостатков способствует повышению эффективности и возможности варьирования эффективной мощностью системы в зависимости от изменения нагрузок включением или выключением некоторой из составных частей силовой установки транспортного средства в работу.
В силовой установке транспортного средства, содержащей приводной двигатель и поршневой пневмодвигатель, кинематически связанные с выходным валом установки,согласно заявленному изобретению,в головках блоков цилиндров пневмодвигателя, подключённых к источнику сжатого воздуха, размещены самодействующие нормально открытые впускные клапаныс ограничителями перемещения подпружиненных запорных элементов и закрытые выпускные клапаны, а в стенке цилиндра в районе нижних мёртвых точек выполнены выпускные окна.
В качестве источника сжатого воздуха применены два баллона, один низкого (рабочего) давления, другой высокого давления, соединённые между собой газовым редуктором.
Крышки цилиндров пневмодвигателя могут быть разделены на две части перегородкой, в одной части, подключённой к источнику сжатого воздуха, размещены самодействующие нормально открытые впускные и нормально закрытые выпускные клапаны, а в другой части крышки цилиндров самодействующие нормально открытые выпускные клапаны илипринудительного действия.
Приводной двигатель может быть выполнен двигателем внутреннего сгорания или электрическим.
На рис.1 приведены примеры исполнения предложенной силовой установки транспортного средства: вариант с приводом на один вал приводных колёс и вариант с приводом на два вала приводных колёс транспортного средства. На рис.2 приведена принципиальная схема конструкции одного из цилиндров поршневого пневмодвигателя.
Установка включает приводной двигатель 1, муфту 2, трансмиссию 3, приводные колёса 4, поршневой пневмодвигатель 5, муфту 6, зубчатую или иную передачу 7, баллон низкого давления 8, баллон высокого давления 9, газовый редуктор 10.
Поршневой пневмодвигатель (рис.2) содержит цилиндр 11, поршень 12, связанный с кривошипно-шатунным механизмом (на чертеже не показан). В стенках цилиндра 11 выполнены выхлопные окна13. В крышке14 цилиндра 11 располагаются нормально открытый впускной 15 и закрытый выпускной 16 клапаны, впускной штуцер 17. Впускной клапан включает в себя ограничитель 18 с возможностью перемещения, например по резьбе, относительнокрышки14 и впускного штуцера17, запорный элемент 19, пружину 20. Выпускной клапан представляет собой, запорный элемент 21, с пружиной 22.
Силовая установка транспортного средства и поршневой пневмодвигатель работают следующим образом. При работе приводного двигателя1 транспортного средства (рис.1) мощность на приводные колёса 4 передаётся через подключённую муфту 2 и трансмиссию 3, через зубчатую или иную передачу 7, при подключённой муфте 6 часть мощности приводного двигателя 1 передаётся поршневому пневмодвигателю 5, работающему в режиме компрессора.
Атмосферный воздух в этом случае поступает через выхлопные окна 13 цилиндра 11, в положении поршня 12в районе нижней мёртвой точки, и при перемещении поршня 12 в направление к верхней мёртвой точке, после перекрытия поршнем выхлопных окон 13, сжимает поступивший воздух в цилиндр11. При превышении давления воздуха в цилиндре 11 давления в крышке 14 цилиндра 11, открываются закрытые впускной 15 и выпускной 16 клапаны, сжатый воздух из крышки 14 цилиндра 11 через штуцер 17 поступает в баллон низкого давления 8. В режиме компрессора поршневой пневмодвигатель работает также в случае торможения силовой установки транспортного средства поршневым пневмодвигателем 5 и спуске транспортного средства с повышенных участков дорог.
В режиме пневмодвигателя силовая установка транспортного средства работает следующим образом. Сжатый воздух из баллона давления 9 через газовый редуктор 10, поступает в баллон низкого (рабочего) давления 8 и через впускной штуцер 17в крышку 14 цилиндра 11(впускной клапан 15 при этом открыт, а выпускной клапан 16 закрыт) происходит впуск газа в цилиндр 11 через нормально открытый впускной клапан. Поршень 12 при этом начинает движение от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. При нарастании перепада давлений на запорный элемент 19, пружина20 сжимается и клапан закрывается. Попавшая в цилиндр, порция газа продолжает оказывать давление на поршень 12 и при его перемещении расширяется с совершением внешней работы и снижением температуры. При открытии торцевой поверхностью поршня12 выхлопных окон13 происходит выхлоп и выталкивание расширившегося охлажденного газа в атмосферу. Открытые поршнем 12 выхлопные окна13 в продолжение его движения к нижней мёртвой точке способствуют освобождению цилиндра от расширившегося газа. При обратном движении поршня к верхней мертвой точке давление в цилиндре 11 после закрытия поршнем выхлопных окон 13 растет давление за счет сжатия оставшегося воздуха в цилиндре. При превышении давления воздуха в цилиндре 11 над давлением в крышке 14 цилиндра запорные элементы впускного 19 и выпускного 21 клапанов открываются, и при дальнейшем приближении поршня к верхней мёртвой точке происходит выталкивание газа из цилиндра в полость высокого давления через открытые впускной 19 и выпускной 21 клапаны. Затем цикл повторяется.
Для обеспечения эффективной работы расширительной машины при колебаниях давления сжатого газа на впуске положение запорных элементов впускного 19 клапана относительно крышки 14 цилиндра изменяется перемещением ограничителяподъёма18.
Рис.1. Варианты силовых установок транспортного средства
 |
Фиг. 2
Рис.2. Схема конструкции пневмодвигателя