|
Реферат: Автомобиль. Рабочие процессы и экологическая безопасность двигателя (Технология)
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
СЕВЕРО - ЗАПАДНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ : РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ И
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ III КУРСА ФАКУЛЬТЕТА ЭМ и АП
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 2401 ШИФР ____________
=
. . =
РУКОВОДИТЕЛЬ РАБОТЫ : = А. Д. ИЗОТОВ =
г. ЗАПОЛЯРНЫЙ
1998 г.
1. ВведенИЕ Стр.3
2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВЫБОР АНАЛОГА ДВИГАТЕЛЯ
Стр.4.
3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ.
Стр.5
1 ПРОЦЕСС ВПУСКА Стр.6
2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ Стр.6
3 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ Стр.6
4 ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ Стр.7
5 ИНДИКАТОРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ. Стр.7
6 ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ . Стр.8
7 ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ. Стр.9
4. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ. Стр.10
1 КИНЕМАТИКА КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА. Стр.10
2 ПОСТРОЕНИЕ РАЗВЕРНУТОЙ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ. Стр. 12
3 РАСЧЕТ РАДИАЛЬНОЙ (N) , НОРМАЛЬНОЙ (Z) И ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ СИЛ ДЛЯ ОДНОГО
ЦИЛИНДРА. Стр.13
4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНЫХ НАБЕГАЮЩИХ ТАНГЕНЦИАЛЬНЫХ СИЛ И
СУММАРНОГО НАБЕГАЮЩЕГО КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА. Стр.17
5. ВЫВОДЫ. Стр.18
5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. Стр.19
1. ВВЕДЕНИЕ .
На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели
внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой
экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного
хозяйства.
В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности
выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы
двигателей .
Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к
качеству двигателей при возрастающем объеме их производства , обусловили
необходимость создания специализированных моторных заводов . Успешное
применение двигателей внутреннего сгорания , разработка опытных конструкций
и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в
значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих
процессов в двигателях внутреннего сгорания .
Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных
двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса
двигателей , знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего
сгорания .
Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют
определить предполагаемые показатели цикла , мощность и экономичность , а
также давление газов , действующих в надпоршневом пространстве цилиндра , в
зависимости от угла поворота коленчатого вала . По данным расчета можно
установить основные размеры двигателя (диметр цилиндра и ход поршня ) и
проверить на прочность его основные детали .
2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ .
По заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчет , по
результатам расчета построить индикаторную диаграмму , определить основные
параметры поршня и кривошипа . Разобрать динамику кривошипно-шатунного
механизма определить радиальные , тангенциальные , нормальные и суммарные
набегающие силы действующие на кривошипно-шатунный механизм . Построить
график средних крутящих моментов .
Прототипом двигателя по заданным параметрам может служить двигатель ЗИЛ-
164 .
ТАБЛИЦА 1. Параметры двигателя .
|Номиналь|Число |Расположе|Тип |Частота |Степень |Коэффицие|
|ная |цилиндров|ние |двигателя|вращения |сжатия . |нт |
|мощность| |цилиндров|. |К.В. | |избытка |
|КВт. | |. | | | |воздух |
|90 |6 |Рядное . |Карбюрато|5400 |8,.2 |0,95 |
| | | |р. | | | |
3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ .
При проведении теплового расчета необходимо правильно выбрать исходные
данные и опытные коэффициенты , входящие в некоторые формулы . При этом
нужно учитывать скоростной режим и другие показатели , характеризующие
условия работы двигателя .
ТОПЛИВО :
Степень сжатия ( = 8,2 . Допустимо использование бензина АИ-93 (
октановое число = 81(90 ) . Элементарный состав жидкого топлива принято
выражать в единицах массы . Например в одном килограмме содержится С =
0,855 , Н = 0,145 , где От - кислород ; С- углерод ; Н - водород . Для 1кг.
жидкого топлива , состоящего из долей углерода , водорода , и кислорода ,
при отсутствии серы можно записать : С+Н+От = 1 кг .
ПAРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ТЕЛА:
Определение теоретически необходимого количества воздуха при полном
сгорании жидкого топлива . Наименьшее количество кислорода Оо , которое
необходимо подвести извне к топливу для полного его окисления , называется
теоретически необходимым количеством кислорода . В двигателях внутреннего
сгорания необходимый для сгорания кислород содержится в воздухе , который
вводят в цилиндр во время впуска . Зная , что кислорода в воздухе по массе
0,23% , а по объему 0,208% , получим теоретически необходимое количество
воздуха для сгорания 1кг топлива :
[pic] кг.
[pic] кмоль.
Действительное количество воздуха , участвующего в сгорании 1 кг. топлива
при (=0,9 : (lo = 0.9*14.957 = 13.461 кг ; (Lo = 0,9 * 0,516 = 0,464 .
При молекулярной массе паров топлива (т = 115 кмоль , найдем суммарное
количество свежей смеси :
М1 = 1/ (т + (Lo = 1/115+0,464 = 0,473 кмоль.
При неполном сгорании топлива ( ((1 ) продукты сгорания представляют собой
смесь окиси углерода (СО) , углекислого газа (СО2) , водяного пара (Н2О) ,
свободного водорода (Н2) , и азота (N2) . Количество отдельных составляющих
продуктов сгорания и их сумма при К=0,47 (постоянная зависящая от
отношения количества водорода к окиси углерода , содержащихся в продуктах
сгорания).:
Мсо = 2*0,21*[(1-()/(1+K)]*Lo = 0,42*(0,1/1,47)*0,516 = 0,0147 кмоль.
МСО2 = С/12- Мсо = 0,855/12-0,0147 = 0,0565 кмоль.
МН2 = К* Мсо = 0,47*0,0147 = 0,00692 кмоль.
МН2О = Н/2 - МН2 = 0,145/2-0,00692 = 0,06558 кмоль.
МN2 = 0,792*(Lo = 0,792*0,9*0,516 = 0,368 кмоль.
Суммарное количество продуктов сгорания :
М2 = 0,0147+0,0565+0,00692+0,06558+0,368 = 0,5117 кмоль.
Проверка : М2 = С/12+Н/2+0,792*(Lo = 0,855/12+0,145/2+0,792*0,9*0,516 =
0,5117 .
Давление и температура окружающей среды : Pk=Po=0.1 (МПа) и Tk=To= 293 (К)
, а приращение температуры в процессе подогрева заряда (Т = 20о С .
Температура остаточных газов : Тr = 1030o К . Давление остаточных газов на
номинальном режиме определим по формуле : PrN = 1.16*Po = 1,16*0,1 = 0,116
(МПа) .
[pic] , где
РrN - давление остаточных газов на номинальном режиме , nN - частота
вращения коленчатого вала на номинальном режиме равное 5400 об/мин. Отсюда
получим :
Рr=Р0(( 1,035+ Ар(10-8 (n2)= 0,1((1,035+0,42867(10-8(54002) =
0,1((1,035+0,125)=0,116 (Мпа)
1 ПРОЦЕСС ВПУСКА .
Температура подогрева свежего заряда (Т с целью получения хорошего
наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается (ТN =10о
С .
Тогда :
[pic]
(Т = Ат ( (110-0,0125(n) = 0,23533((110-0,0125(5400)= 10о С .
Плотность заряда на впуске будет : [pic] ,
где Р0 =0,1 (Мпа) ; Т0 = 293 (К) ; В - удельная газовая постоянная равная
287 (Дж./кг*град.) ( (0 = ( 0,1*106)/(287*293) = 1,189 (кг/м3).
Потери давления на впуске (Ра , в соответствии со скоростным режимом
двигателя
(примем ((2+(вп)= 3,5 , где ( - коэффициент затухания скорости движения
заряда в рассматриваемом сечении цилиндра , (вп - коэффициент впускной
системы ) ,
(Ра = ((2+(вп)* Аn2*n2*((k /2*10-6) , где Аn = (вп/ nN , где (вп - средняя
скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы ((вп = 95
м/с) , отсюда Аn= 95/5400 = 0,0176 . : (k = (0 = 1,189 ( кг/м3) .( (Ра =
(3,5( 0,1762(54002(1,189(10-6)/2 = (3,5(0,0003094(29160000(1,189(10-6) =
0,0107 (Мпа).
Тогда давление в конце впуска составит : Ра = Р0 - (Ра = 0,1- 0,0107 =
0,0893 (Мпа).
Коэффициент остаточных газов :
[pic] , при Тк=293 К ; (Т = 10 С ; Рr = 0,116 (Мпа) ; Тr = 1000 K ;
Pa= 0.0893 (Мпа);( = 8,2 , получим : (r = (293+10)/1000*0,116/(8,2*0,0893-
0,116) =0,057.
Коэффициент наполнения :[pic] (К).
2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ.
Учитывая характерные значения политропы сжатия для заданных параметров
двигателя примем средний показатель политропы n= 1,37 . Давление в конце
сжатия:
Рс = Ра ((n = 0.0893( 8.21.37 = 1,595 (Мпа). Температура в конце сжатия :
Тс = Та(((n-1) = 340,6(8,20,37 = 741,918( 742 (К).
Средняя молярная теплоемкость в конце сжатия ( без учета влияния
остаточных газов): mcv’ = 20,16+1,74(10-3(Тс = 20,16+1,74(10-3(742 = 21,45
(Кдж/кмоль(град.)
Число молей остаточных газов : Мr = (((r(L0 = 0,95(0,057(0,516=0,0279
(кмоль).
Число молей газов в конце сжатия до сгорания: Мс= М1+Мr = 0,473+0,0279=
0,5(кмоль)
3 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ .
Средняя молярная теплоемкость при постоянном объеме для продуктов
сгорания жидкого топлива в карбюраторном двигателе при ( ((1) : mcв’’ =
(18,4+2,6(()+(15,5+13,8(()(10-4(Тz= 20,87+28,61(10-4(Тz = 20,87+0,00286(Тz
(Кдж/кмоль(К).
Определим количество молей газов после сгорания : Мz = M2+Mr =
0,5117+0,0279 = 0,5396 (кмоля) . Расчетный коэффициент молекулярного
изменения рабочей смеси находится по формуле : ( = Мz / Mc = 0,5397/0,5 =
1,08 .
Примем коэффициент использования теплоты (z = 0,8 , тогда количество
теплоты , передаваемой на участке lz при сгорании топлива в 1 кг. : Q =
(z((Hu-(QH) , где Hu - низшая теплотворная способность топлива равная 42700
(Кдж/кг)., (QH =119950((1-()( L0 - количество теплоты , потерянное в
следствии химической неполноты сгорания :
(QH = 119950((1-0,95) (0,516 = 3095 (Кдж/кг) , отсюда Q = 0,8((42700-3095)
=31684 (Кдж/кг). Определим температуру в конце сгорания из уравнения
сгорания для карбюраторного двигателя (((1) :
[pic] , тогда получим :
1,08(20,87+0,00286*Тz)*Tz =
36636/(0,95*0,516*(1+0,057))+21,45*742
22,4Тz +0,003Тz2 = 86622 ( 22,4 Тz +0,003 Тz2 -
86622 = 0
[pic]
Максимальное давление в конце процесса сгорания теоретическое : Рz =
Pc*(*Tz /Tc = 1,595*1,08*2810/742 = 6,524 (Мпа) . Действительное
максимальное давление в конце процесса сгорания : Рzд = 0,85*Рz =
0,85*6,524 =5,545 (МПа) . Степень повышения давления : ( = Рz / Рс =
6,524/1,595 = 4,09
4 ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ .
С учетом характерных значений показателя политропы расширения для
заданных параметров двигателя примем средний показатель политропы
расширения n2 = 1,25
Давление и температура в конце процесса расширения :
[pic]6,524/13,876=0,4701(МПа).[pic]2810/1,7=1653 К
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов :
[pic]1653/ 1,6 = 1037 К . Погрешность составит :
(= 100*(1037-1030)/1030 = 0,68% , эта температура удовлетворяет условия ((
1,7 .
5 ИНДИКАТОРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ЦИКЛА .
Теоретическое среднее индикаторное давление определенное по формуле :
[pic]=1,163 (МПа) . Для определения среднего индикаторного давления примем
коэффициент полноты индикаторной диаграммы равным (и = 0,96 , тогда среднее
индикаторное давление получим : рi = 0,96* рi’ = 0,96*1,163 = 1,116 (МПа) .
Индикаторный К.П.Д. : (i = pi l0 ( / (QH (0 (v ) = (1,116
*14,957*0,9)/(42,7*1,189*0,763) = 0,388 , Qн = 42,7 МДж/кг.
Индикаторный удельный расход топлива : gi = 3600/ (QH (i ) =
3600/(42,7*0,388) =217 г/КВт ч.
6 Эффективные показатели двигателя .
При средней скорости поршня Сm = 15 м/с. , при ходе поршня S= 75 мм. и
частотой вращения коленчатого вала двигателя n=5400 об/мин. , рассчитаем
среднее давление механических потерь : Рм = А+В* Сm , где коэффициенты А и
В определяются соотношением S/D =0,75(1 , тогда А=0,0395 , В = 0,0113 ,
отсюда Рм = 0,0395+0,0113*15 =0,209 МПа.
Рассчитаем среднее эффективное давление : ре = рi - pм = 1,116-0,209=
0,907 МПа.
Механический К.П.Д. составит : (м = ре / рi = 0,907/ 1,116 = 0 ,812
Эффективный К.П.Д. и эффективный удельный расход топлива :
(е= (i (м = 0,388*0,812 = 0,315 ; ge = 3600/(QH (е) = 3600/(42,7*0,315)
= 268 г/КВт ч
Основные параметры цилиндра и двигателя.
1. Литраж двигателя : Vл = 30(( Nе / (ре n) = 30*4*90/(0,907*5400) = 2,205
л.
2. Рабочий объем цилиндра : Vh = Vл / i = 2,205 / 6 = 0,368 л.
3. Диаметр цилиндра : D = 2(103(( Vh((S) = 2*10^3*(0,368/(3,14*75))^(0,5)=
2*103*0,0395 = 79,05 мм.( 80 мм.
4. Окончательно приняв S = 75 мм. и D = 80мм. объем двигателя составит : Vл
= (D2Si / (4*106) = (3,14*6400*75*6)/(4000000)= 2,26 л.
5. Площадь поршня : Fп = (D2 / 4 = 20096/4 = 5024 мм2 = 50,24 (см2).
6. Эффективная мощность двигателя : Nе = ре Vл n / 30( =
(0,907*2,26*5400)/(30*4) = 92,24 (КВт.).
7. Эффективный крутящий момент : Ме = (3*104 / ()(Ne /n) =
(30000/3,14)*(92,24/5400) = 163,2 (н(м)
8. Часовой расход топлива : Gт = Ne (ge (10-3 = 92,24(268(10-3 =
92,24*268*10^(-3)=24,72 .
9. Удельная поршневая мощность : Nn = 4( Ne /i(((D2 =
(4*92,24)/(6*3,14*80*80) =30,6
7 ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЯ .
Индикаторную диаграмму строим для номинального режима двигателя , т.е.
при Ne=92,24 кВт. И n=5400 об/мин.
Масштабы диаграммы :масштаб хода поршня 1 мм. ; масштаб давлений 0,05 МПа в
мм.
Величины соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания
:
АВ = S/Ms = 75/1,0 =75 мм. ; ОА = АВ / ((-1) = 75/(8,2-1) = 10,4 мм.
Максимальная высота диаграммы точка Z : рz / Mp = 6,524/0,05 = 130,48 мм.
Ординаты характерных точек :
ра / Мр = 0,0893/0,05 = 1,786 мм. ; рс / Мр = 1,595/0,05 = 31,9 мм. ; рв /
Мр = 0,4701/0,05 = 9,402 мм. : рr / Мр = 0,116/0,05 = 2,32 мм. ; р0 / Мр =
0,1/0,05 = 2 мм.
Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом :
1. Политропа сжатия : Рх = Ра (Vа Vх )n1 . Отсюда Рх / Мр =
(Ра/Мр)(ОВ/ОХ)n1 мм. , где ОВ= ОА+АВ= 75+10,4 = 85,4 мм. ; n1 = 1,377 .
ТАБЛИЦА 2. Данные политропы сжатия :
[pic]
ТАБЛИЦА 3. Данные политропы расширения .:
Рх / Мр = Рв (Vв /Vх)n2 , отсюда Рх / Мр = (рв/Мр)(ОВ/ОХ)n2 , где ОВ= 85,4
; n2 =1.25
[pic]
[pic]
Рис.1. Индикаторная диаграмма.
4. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ .
Кинематика кривошипно-шатунного механизма .
Sn = (R+()- ( R cos.(+(cos.()= R[(1+1/()-( cos.(+1/( cos.()] , где ( =R / (
, тогда Sn = R[(1+ (/4)-( cos.(+ (/4 cos.2()] , если (=180о то Sn=S - ходу
поршня , тогда : 75 = R[(1+(/4)-(-1+(/4)] ; 75 = R[1.0625+0.9375] ; 75 =
2R ( R = 75/2 = 37.5 мм.=0,0375 м.
(=R/Lш ( Lш = R/(= 37,5/0,25 = 150 мм.=15 см. т.к. (= 0,25
Находим скорость поршня и ускорение в зависимости от угла поворота
кривошипа :
Vп = dSn/dt = R(( sin( + (/2sin2() , jn = d2Sn/dt = R(2(cos( + (cos2() ,
Угловую скорость найдем по формуле : ( = (n/30 = 3,14*5400/30 = 565,2 рад/с
.
ТАБЛИЦА 4.. Числовые данные определяющие соотношения :
1- ( sin( + (/2sin2() ; 2- (cos( + (cos2()
[pic]
Подставив эти значения в формулы скорости и ускорения и подсчитав
результаты занесем их в таблицу 5.
ТАБЛИЦА 5. Скорость поршня при различных углах поворота кривошипа.(м/с)
|( |0 |30 |60 |90 |120 |150 |180 |210 |240 |270 |300 |330 |
|Vп |0 |12,8|20,6|21,2|16,0|8,31|0 |-8,3|-16,|-21,|-20,|-12,|
| | |9 |5 | |6 | | |1 |06 |2 |65 |89 |
|( |360 |390 |420 |450 |480 |510 |540 |570 |600 |630 |660 |690 |
|Vп |0 |12,8|20,6|21,2|16,0|8,31|0 |-8,3|-16,|-21,|-20,|-12,|
| | |9 |5 | |6 | | |1 |06 |2 |65 |89 |
ТАБЛИЦА 6. Ускорение поршня при различных углах поворота кривошипа .
|( |0 |30 |60 |90 |120 |150 |180 |210 |240 |270 |300 |330 |
|jп |1497|1187|4492|-299|-748|-887|-898|-887|-748|-299|4492|1187|
| |4 |2 | |5 |7 |7 |5 |7 |7 |5 | |2 |
|( |360 |390 |420 |450 |480 |510 |540 |570 |600 |630 |660 |690 |
|jп |1497|1187|4492|-299|-748|-887|-898|-887|-748|-299|4492|1187|
| |4 |2 | |5 |7 |7 |5 |7 |7 |5 | |2 |
[pic]
Рис.2 График зависимости скорости поршня от угла поворота кривошипа .
[pic]Рис. 3 График зависимости ускорения поршня от угла поворота кривошипа
.
2 ПОСТРОЕНИЕ РАЗВЕРНУТОЙ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ.
Отрезок ОО1 составит : ОО1= R(/2 = 0,25*3,75/2 = 0,47 (см). Отрезок
АС :
АС = mj (2 R(1+() = 0,5 Рz = 0,5*6,524 = 3,262 (МПа) ; Рх = 3,262/0,05 =
65,24 мм.
Отсюда можно выразить массу движущихся частей :
[pic]
Рассчитаем отрезки BD и EF :
BD = - mj (2 R(1-() = - 0,000218*319451*0,0375*(1-0,25) = -1,959 (МПа) .
EF = -3 mj (2 R( = -3*0,000218*319451*0,0375*0,25 = -1,959 (МПа ). ( BD= EF
[pic]
Рис.4 Развернутая индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя.
Силы инерции рассчитаем по формуле : Рj = - mj (2 R(cos( + (cos2()
ТАБЛИЦА 7. Силы инерции .
|( |0 |30 |60 |90 |120 |150 |180 |210 |240 |270 |300 |330 |
|Рj |-3,2|-2.5|-0,9|0,65|1,625|1,927|1,95|1,927|1,625|0,65|-0,9|-2,5|
| |5 |8 |8 | | | | | | | |8 |8 |
|( |360 |390 |420 |450 |480 |510 |540 |570 |600 |630 |660 |690 |
|Pj |-3,2|-2,5|-0,9|0,65|1,625|1,927|1,95|1,927|1,625|0,65|-0,9|-2,5|
| |5 |8 |8 | | | | | | | |8 |8 |
Расчет радиальной , нормальной и тангенциальной сил для одного цилиндра :
Определение движущей силы , где Р0 = 0,1 МПа , Рдв = Рr +Pj - P0 , где Рr
- сила давления газов на поршень , определяется по индикаторной диаграмме
теплового расчета . Все значения движущей силы в зависимости от угла
поворота приведены в таблице 8. Зная движущую силу определим радиальную ,
нормальную и тангенциальную силы :
N= Рдв*tg( ; Z = Рдв * cos((+()/cos( ; T = Рдв * sin((+()/cos(
ТАБЛИЦА 8. Составляющие силы .
[pic]
[pic]
По результатам расчетов построим графики радиальной N (рис.5) , нормальной
(рис.6) , и тангенциальной (рис.7) сил в зависимости от угла поворота
кривошипа .
[pic]
Рис.5 График радиальной силы N в зависимости от угла поворота кривошипа .
[pic]
Рис 6. График зависимости нормальной силы от угла поворота кривошипа.
[pic]
Рис.7. График тангенциальной силы в зависимости от угла поворота кривошипа
4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНЫХ НАБЕГАЮЩИХ ТАНГЕНЦИАЛЬНЫХ СИЛ И СУММАРНОГО
НАБЕГАЮЩЕГО КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА .
Алгебраическая сумма касательных сил , передаваемых от всех предыдущих
по расположению цилиндров , начиная со стороны , противоположной фланцу
отбора мощности , называется набегающей касательной силой на этой шейке . В
таблице 10 собраны тангенциальные силы для каждого цилиндра в соответствии
с работой двигателя и определена суммарная набегающая тангенциальная сила
на каждом последующем цилиндре .
Суммарный набегающий крутящий момент будет : ( Мкр = ( (( Тi) Fп R ,
где Fп - площадь поршня : Fп = 0,005 м2 , ; R= 0,0375 м . - радиус
кривошипа . Порядок работы поршней в шести цилиндровом рядном двигателе : 1-
4-2-6-3-5 .
Формула перевода крутящего момента : Мкр =98100* Fп R
[pic]
[pic]
[pic]
Рис. 8. График среднего крутящего момента в зависимости от угла поворота
кривошипа.
Определим средний крутящий момент : Мкр.ср = ( Мmax + Mmin)/2
Мкр.ср = (609,94+162,2)/2 = 386 н( м .
5. ВЫВОДЫ.
В результате проделанной работы были рассчитаны индикаторные параметры
рабочего цикла двигателя , по результатам расчетов была построена
индикаторная диаграмма тепловых характеристик.
Расчеты динамических показателей дали размеры поршня , в частности его
диаметр и ход , радиус кривошипа , были построены графики составляющих сил
, а также график суммарных набегающих тангенциальных сил и суммарных
набегающих крутящих моментов.
Шестицилиндровые рядные двигатели полностью сбалансированы и не
требуют дополнительных мер балансировки .
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. КОЛЧИН А. И. ДЕМИДОВ В. П. РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЬНЫХ И ТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.
М.: Высшая школа, 1980г.;
2. АРХАНГЕЛЬСКИЙ В. М. и другие. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. М.:
Машиностроение, 1967г.;
3. ИЗОТОВ А. Д. Лекции по дисциплине: «Рабочие процессы и экологическая
безопасность автомобильных двигателей» . Заполярный, 1997г..
Реферат на тему: Аккумуляторные батареи
АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ
Устройство аккумуляторной батареи и принцип ее действия
Аккумуляторная батарея на автомобиле служит для питания электрическим
током стартера при запуске двигателя, а также для всех других приборов
электрооборудования, когда генератор не работает или не может еще отдавать
энергию в цепь.
Если мощность , потребляемая включенными потребителями ,
превышает мощность , развиваемую генератором, аккумуляторная батарея,
разряжаясь , обеспечивает питание потребителей одновременно с работающим
генератором.
Свинцово- кислотная аккумуляторная батарея является вторичным
химическим источником постоянного тока. Прежде чем она будет отдавать
электрическую энергию, ее необходимо зарядить – сообщить ей определенное
количество электрической энергии. На автомобилях применяют стартерные
аккумуляторные батареи, конструкция которых позволяет разряжать их токами,
в 3-5 раз превышающими их номинальную емкость.
Стартерные аккумуляторные батареи , выпускаемые нашей
промышленностью, классифицируют по номинальному напряжению (6 и 12 В); по
конструкции- в моноблоке с крышками и перемычками над крышками и в
моноблоке с общей крышкой и перемычками под крышкой; батареи
необслуживаемые – залитые электролитом и полностью заряженные или
сухозаряженные.
Согласно ГОСТ 959.0- 84, все свинцовые стартерные аккумуляторные
батареи имеют условное наименование. Например, на автомобиле ЗИЛ-130
установлена батарея 6СТ-90. Первая цифра обозначает количество
последовательно соединенных аккумуляторов в батареи. Напряжение каждого
аккумулятора 2 В, поэтому номинальное напряжение батареи 12 В. Буквы СТ
определяют назначение батареи – стартерная.
Число после букв указывает на емкость батареи в ампер-часах в
20-часовом режиме разряда. Буквы после цифр, обозначающих емкость ,
обозначают исполнение батареи : А- с общей крышкой , Н- несухозаряженная ,
З- необслуживаемая, залитая электролитом и полностью заряженная. После
условного обозначения батареи указывают обозначение стандарта или
технических условий на батарею конкретного типа. На батарее там же могут
быть указаны номинальная емкость в ампер- часах (А.ч) в 20-часовом режиме и
разрядный ток батареи (А) при температуре – 18 С.
Аккумуляторная батарея имеет полипропеленовый полупрозрачный корпус 1
(рис.)
Разделенный перегородками на шесть отсеков , представляющих собой отдельные
аккумуляторы. Сверху аккумуляторы закрыты общей полипропеленовой крышкой
2, приваренной к корпусу ультразвуковой сваркой. В крышке имеются
отверстия для заливки электролита в каждый аккумулятор и для прохода
двух полюсных выводов батареи : плюсового и минусового.
Каждый аккумулятор состоит из двух полублоков чередующихся
пластин: положительных 9 и отрицательных 10. Пластины одинаковой полярности
приварены к межэлементным соединениям 4, которые служат для крепления
пластин и выводов тока и соединяют аккумуляторы батареи между собой .
Решетки пластин отлиты из сплава свинца с добавлением кальция и сурьмы,
что замедляет процесс разложения электролита и саморазряд аккумуляторов.
Для увеличения емкости в решетку пластин впрессовывают активную
массу , приготовленную на водном растворе серной кислоты из окислов
свинца – свинцового сурика (Р О ) и свинцового глета ( Р О)- для
положительных пластин и свинцового порошка- для отрицательных пластин .
Одноименные пластины соединяются в полублоки , заканчивающиеся выводными
полюсными штырями. Полублоки с положительными и отрицательными
пластинами собирают в блок таким образом, что положительные пластины
располагаются между отрицательными, поэтому последних на одну больше. Это
позволяет лучше использовать двустороннюю активную массу крайних
положительных пластин и предохраняет из от коробнения и разрушения.
Положительные пластины аккумулятора помещаются в сепараторы ,
изготовленные в виде конвертов из тонкого пластикового микропористого
материала. Это исключает их короткое замыкание отрицательными пластинами
, а малая толщина и большая пористость облегчают прохождение через них
электролита , снижают внутреннее сопротивление и обеспечивают получение
разрядного тока большой силы. Кроме того это исключает короткое замыкание
пластин выпадающей активной массой, позволяет устанавливать блоки пластин
непосредственно на днище бака без ребер и значительно увеличить объем
электролита над пластинами и тем самым увеличить срок доливки
дистилированной воды при эксплуатации автомобиля. Для облегчения проверки
уровня электролита в каждом аккумуляторе у заливных отверстий снизу имеются
трубчатые индикаторы (тубусы) 7. Нижний срез индикатора находится на
требуемой высоте от уровня пластин. При нормальном уровне поверхность
электролита образует четко видимый через наливное отверстие меникс (
элипс). Кроме того , на полупрозрачном пластмассовом корпусе
аккумуляторной батареи могут быть метки « MIN» и «MАХ» между которыми
должен находиться уровень электролита .
Полублоки положительных 9 и отрицательных 10 пластин отдельных
аккумуляторов соединены между собой межэлементными соединениями ,
проходящими через пластмассовые перегородки , и соединяются
соответственно с положительными 3 и отрицательными 5 выводами батареи.
Выводы большинства отечественных и импортных аккумуляторных батарей
имеют конусную форму, обеспечивающую сохранение надежного контакта с
клеммами проводов при износе их в процессе эксплуатации и имеют
стандартные размеры. Причем положительный вывод батареи по диаметру
больше отрицательного, что исключает возможность нарушения полярности
при установке батареи на автомобиль.
На верхней поверхности батареи расположены отверстия для заливки
электролита в каждый аккумулятор батареи, закрываемые пробками 6. Пробки
имеют вентиляционные отверстия для вывода газов , образующихся в процессе
работы батареи . У новых незалитых батарей вентиляционные отверстия
закрыты специальными герметизирующими приливами, которые при заливке в
батарею электролита удаляются (срезаются) . Электролит, заливаемый в
аккумуляторную батарею , представляет собой раствор химически чистой
аккумуляторной кислоты с дистилированной водой . Для предотвращения
замерзания электролита при эксплуатации аккумуляторной батареи в зимних
условиях плотность регламентируется в зависимости от климатических
условий эксплуатации (см табл)
Плотность электролита при эксплуатации в различных климатических районах
|Климатические районы (средне-|Время года |Плотность электролита , |
|месячная температура воздуха| |приведенная к 25 С |
|в январе) | |г/см3 |
| | |Заливаемого|После |
| | |в батарею |полного |
| | | |раряда |
|Очень холодный (-50-30 С) |Зима |1,28 |1,30 |
| |лето |1,24 |1,26 |
|Холодный (-20 –15 С) |Круглый год |1,26 |1,28 |
|Умеренный (-15 –8 С) |То же |1,26 |1,28 |
|Жаркий сухой (-15 +4 С) | |1,22 |1,24 |
|Теплый влажный ( 0 =4 С) | |1,21 |1,23 |
Технические характеристики и свойства аккумуляторной батареи
Важнейшей технической характеристикой аккумуляторной батареи
является ее емкость , которая характеризует способность батареи отдавать
электроэнергию.
Номинальная емкость (С ) аккумуляторной батареи – это количество
электричества в ампер-часах ( А.ч), которое способно отдать полностью
заряженная батарея при непрерывном 20-часовом разряде с постоянной
силой тока в амперах (А), численно равной 0,05 С при температуре 25 С до
напряжения на выводах батареи U = 10,5 В.
Емкость аккумуляторной батареи определяется как ее конструктивными
параметрами (пористостью материала электродов , их толщиной и качества
пористостью материала сепараторов и т.д.), так и эксплуатационными
факторами : плотностью заливаемого в батарею электролита, его температурой
, степенью заряженности батареи и режимом ее разряда.
При повышении плотности электролита емкость батареи повышается до
определенных пределов. Однако при чрезмерном увеличении плотности
ускоряются корразионные процессы на электродах , их разрушение, и
соответственно , снижается срок службы батареи. При чрезмерной малой
плотности электролита снижается емкость батареи , а при низкой
температуре окружающего воздуха зимой электролит может замерзнуть , и
батарея выйдет из строя. Поэтому оптимальная плотность электролита
устанавливается исходя из условий эксплуатации . При заряде батареи
плотность электролита падает, поэтому по плотности электролита определяют
состояние батареи и степень ее разряженности.
Температура электролита определяется температурой окружающего воздуха
и она несколько возрастает при заряде и разряде батареи. С понижением
температуры емкость батареи уменьшается , в связи с повышением
электрического сопротивления электролита и замедлением химических реакций
. При уменьшении температуры электролита на 1 С емкость батареи снижается
примерно на 1%. Таким образом , если номинальная емкость аккумуляторной
батареи равна , например, 60 А.ч. при 25 С, то при снижении температуры
окружающего воздуха и, соответственно, электролита до минус 25 С она станет
на 50% или вдвое меньше и составит всего 30 А.ч.
Степень заряженности аккумуляторной батареи влияет на плотность
электролита . При заряде батареи плотность электролита повышается и
увеличивается емкость батареи, достигая максимальных значений при полном
ее заряде .
Режим разряда батареи характеризуется силой разрядного тока и его
прерывностью. Чем больше разрядный ток , тем меньше емкость аккумуляторной
батареи. Например , если емкость батареи 6СТ-55 А при разряде ее током
2,75 А при температуре электролита 25 с составляет С= 55А.ч.( номинальная
емкость), то при разряде током 250 А (4,6 С ) емкость снижается более
чем в два раза и составляет 22 А .ч.( примерно 40% от С ). Емкость,
отдаваемая аккумуляторной батареи при прерывистых разрядах , значительно
превышает емкость при непрерывном разряде , что особенно важно учитывать
при стартерном режиме разряда , когда величина разрядного тока очень
высока (примерно 2-5 С ).
К важнейшим техническим характеристикам аккумуляторной батареи
относится также электродвижущая сила (ЭДС) батареи и ее напряжение.
ЭДС батареи- это разность потенциалов на ее полюсных выводах без
нагрузки ( при разомкнутой внешней цепи). Данная характеристика
взаимосвязана со степенью заряженности батареи и по ее величине так же ,
как и по плотности электролита , можно оценивать состояние батареи и
необходимость ее заряда.
Напряжение батареи - это разность потенциалов на ее полюсных
выводах в процессе заряда или разряда ( при наличии тока во внешней цепи)
. Данная характеристика используется при оценке пусковых качеств батареи .
Для оценки пусковых качеств аккумуляторной батареи применяют следующие
основные характеристики стартерного разряда , измеряемое при температуре
электролита 18 С: сила разрядного тока в А , напряжение в начале разряда в
В ( измеряется на батареях с пластмассовым корпусом на 30-й секунде
стартерного разряда), время разряда в минутах ( измеряется при разряде
тока, численно равном 3 С до снижения напряжения батареи до 6 В).
Саморазряд аккумуляторной батареи- является чрезвычайно важным ее
свойством , которое необходимо учитывать для правильной эксплуатации
батареи и продления срока ее службы . Саморазрядом называют
самопроизвольное снижение емкости аккумуляторной батареи при отключенных
от нее потребителях, т. е. при бездействии. Обычно саморазряд батареи не
превышает 1% в сутки , такой саморазряд называют естественным. При более
высоком ( более 1% в сутки) значении саморазряда, он считается ускоренным
и это свидетельствует о неисправности батареи. На скорость саморазряда
батареи оказывает влияние плотность и температура электролита ,
отсутствие примесей в электролите и доливаемой в него воде,
загрязненность аккумуляторной батареи снаружи , а также срок ее
эксплуатации. Скорость саморазряда батареи при повышении плотности
электролита и ее температуры увеличивается , причем особенно интенсивно
с увеличением срока ее службы. При отрицательных температурах саморазряд
аккумуляторных батарей резко уменьшается поэтому хранить их лучше при
низких ( до –30 С) температурах в заряженном состоянии.
Работа аккумуляторных батарей
При прохождении тока через пластины и электролит (заряд) в
аккумуляторе происходит процесс преобразования электрической энергии в
химическую , что выражается в образовании налета активной массы на
поверхности пластин. На положительной пластине образуется перекись свинца
коричневого цвета , а на отрицательной – губчатый свинец серого цвета. При
этом плотность электролита значительно увеличивается – аккумулятор
зарядился . напряжение заряженного аккумулятора составляет 2 В.
При включении в цепь аккумулятора какого- либо потребителя (
лампы) происходит обратный процесс превращения химической энергии в
электрическую, и аккумулятор постепенно разряжается. При этом активная
масса на той и другой пластинах превращается в серно- кислый свинец
(см. рис.), а плотность электролита уменьшается .После полного разряда
аккумулятор снова заряжается и работоспособность его восстанавливается.
Плотность зависит от температуры электролита , уменьшаясь,
примерно, на 0,1 г/см3 при повышении температуры на 15 С. при расчетах
плотность обычно приводят к температуре +15 С. Для предотвращения
замерзания электролита при эксплуатации аккумуляторов в зимних условиях
плотность регламентируется в зависимости от климатических условий в
соответствии с данными таблицы
|Климатические районы |Время года |Плотность электролита . |
| | |приведенная к 15 С г/см3|
| | | |
| | |Заливаемого в|После |
| | |аккумулятор |зарядки |
|Районы с резкоконтинентальным |Зима |1.29 |1,31 |
|климатом , с температурой зимой |лето |1.25 |1.27 |
|ниже 40 С | | | |
|Северные районы с температурой |Круглый год |1,27 |1,29 |
|зимой до минус 40 С | | | |
|Центральные районы с температурой|То же |1, 25 |1,27 |
|зимой до минус 30 С | | | |
|Южные районы |То же |1,23 |1,25 |
Свинцово- кислотная стартерная аккумуляторная батарея- она состоит
из следующих основных частей:
Отрицательных электродов 4 , собранных в полублок 7, положительных
электродов 3 , собранных в полублок 5, сепараторов 2, бареток 6,
связывающих в полублок параллельно включенные электроды одного знака
(плюс или минус), выводных штырей –борнов 9, аккумуляторного бака 10 с
общей крышкой 11 и заливными пробками 12.
Отрицательные и положительные электроды 8 состоят из решетки 1,
отлитой из свинцово- сурьмянистого сплава с содержанием сурьмы от 4 до
5%. Сурьма увеличивает решетки против коррозии, повышает ее твердость и
улучшает текучесть сплава при отливе решеток.
В настоящее время выпускают так называемые необслуживаемые
аккумуляторные батареи , которые отличаются от обычных меньшим содержанием
сурьмы (1,5- 2,0%) в решетках электродов. Наличие сурьмы в решетках
положительных электродов приводит в процессе эксплуатации батареи к
переносу части сурьмы на поверхность активной массы отрицательных
электродов и в электролит , что сказывается на повышении потенциала
отрицательного электрода и понижения ЭДС батареи в процессе ее срока службы
При постоянном напряжении генератора понижение ЭДС батареи приводит
к повышению зарядного тока, обильному газовыделению и повышению расхода
воды.
В необслуживаемых батареях за счет меньшего содержания сурьмы в
решетках электродов эти явления протекают более слабо, что значительно
увеличивает сроки доливки воды (не чаще одного раза в год).
Решетка выполняет роль каркаса , на котором закреплен активный
материал пластины. Вместе с тем решетка обеспечивает равномерный отвод и
подвод тока к активному материалу при разряде и заряде аккумулятора.
Активный материал приготавливается в виде пасты и вмазывается в решетку.
Благодаря пористости материала активная площадь пластины увеличивается в
600-800 раз по сравнению с ее действительной площадью. Активным материалом
отрицательных электродов является губчатый свинец Рb, имеющий серый цвет.
Активным материалом положительных электродов является диоксид свинца РbO2
темно- коричневого цвета.
Для предохранения отрицательных и положительных электродов от
соприкосновения (короткого замыкания) их разделяют прокладками-
сепараторами. Сепаратор на стороне обращенной к положительному электроду,
имеет ребра. Это обеспечивает доступ к положительному электроду большего
количества кислоты, необходимого для нормального протекания химических
реакций. Сепараторы в необслуживаемых батареях делают в виде конверта ,
куда вставляется положительный электрод , в этом случае в баке отсутствуют
опорные ребра и электроды опираются на дно сосуда что дает возможность
увеличить уровень электролита до 50 мм.
Для приведения в действие аккумуляторную батарею заливают
электролитом , представляющим собой раствор кислоты Н2SO4 в
дистилированной воде Н2О.
Для приготовления электролита применяют особый сорт технической
серной кислоты , согласно ГОСТ 667-73, плотностью 1,83 г/см 3 и воды по
ГОСТ 6709-72 . Содержание примесей в дистилированной воде , идущей на
приготовление электролита , не должно превышать значений , указанных в ГОСТ
6709-72. Плотность электролита у полностью заряженного аккумулятора,
приведенная к 25 С, должна составлять 1,22- 1,30 г/см3 в зависимости от
температурных условий эксплуатации автомобиля. При полном разряде
аккумулятора плотность снижается на 0,15 – 0,16 г/см 3 от исходной.
Аккумуляторный бак имеет вид общего сосуда (моноблока),
разделенного на отдельные ячейки перегородками. На дне каждой ячейки
имеются ребра , на которые опираются положительные и отрицательные
электроды. Баки изготавливают из эбонита, пластмассы и полипропелена.
Выпадающий при работе аккумулятора шлак скапливается в пространстве
между ребрами бака, не замыкая электродов.
Для соединения аккумуляторов в батарею блоки электродов помещают
в ячейки моноблока таким образом, чтобы отрицательный штырь баретки
одного блока находился у положительного штыря баретки соседнего блока
электродов.
Электроды, опущенные в раствор серной кислоты в воде, приобретают
определенный электрический потенциал по отношению к этому раствору и
становятся, таким образом, положительными и отрицательными электродами. Так
как значение электрического потенциала различно для плюсового и
минусового электродов, через последний потечет электрический ток при их
соединение проводником. При разряде аккумулятора ток в электролите
протекает от отрицательного электрода к положительному . На отрицательном
электроде происходит образование сернокислого свинца в результате
соединения губчатого свинца электрода с кислотным остатком из
электролита. На положительном электроде под действием разрядного тока
активный материал превращается иакже в сернокислый свинец ,
поглощая из электролита кислотный остаток и отдавая в электролит
кислород. Кислород положительного электрода , соединяясь с водородом,
оставшимся в электролите в результате распада серной кислоты , образует
воду.
При разряде аккумулятора количество серной кислоты в электролите
уменьшается и плотность электролита снижается. При заряде аккумулятора
реакции проходят в обратном порядке. В этом случае ток от постороннего
источника пойдет от положительного электрода к отрицательному. Реакции,
проходящие при разряде и заряде аккумулятора можно изобразить следующей
химической формулой:
При заряде аккумулятора количество серной кислоты в электролите
увеличивается и плотность электролита повышается. Свойство электролита
изменять свою плотность при разряде и заряде аккумулятора используется в
эксплуатации для определения степени заряженности аккумуляторной
батареи.
Электрические параметры и характеристик свинцовой аккумуляторной батареи
Электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора является алгебраической
разностью электродных потенциалов (см.рис)
И измеряется как напряжение разомкнутой цепи аккумулятора. Замер
потенциала положительного и отрицательного электродов производят по
отношению к электролиту с помощью кадмиевого электрода.
ЭДС аккумулятора зависит от плотности и очень незначительно от
температуры электролита. С повышением плотности и температуры электролита
ЭДС повышается. При температуре 18 С и плотности d=1,28 г/см 3 аккумулятор
обладает ЭДС, равной 1,12 В. Зависимость ЭДС от плотности электролита
при изменении ее от 1,05 г/см3 выражается формулой Е= 0,84 + d , где Е-
ЭДС аккумулятора , В; d- плотность электролита при температуре 15 С
,г/см3.
По ЭДС нельзя точно судить о степени разряженности аккумулятора.
ЭДС разряженного аккумулятора с большей плотностью электролита будет
выше, чем ЭДС заряженного аккумулятора , но имеющего меньшую плотность
электролита .
Внутреннее сопротивление аккумулятора представляет собой сумму
сопротивлений выводных зажимов, межэлементных соединений , электродов,
электролита, сепараторов и сопротивления , возникающего в местах
соприкосновения электродов с электролитом. Чем больше емкость аккумулятора
(число электродов), тем меньше его внутреннее сопротивление. С понижением
температуры и по мере разряда аккумулятора его внутреннее сопротивление
растет. Чем выше номинальное напряжение аккумуляторной батареи , тем
больше ее внутреннее сопротивление.
Напряжение аккумулятора отличается от его ЭДС на величину падения
напряжения во внутренней цепи аккумулятора . Изменение напряжения
аккумуляторной батареи при ее заряде и разряде показано на рисунке.
При заряде батареи от автомобильного генератора, напряжение которого
постоянно , зарядный ток к концу заряда снижается, что и служит признаком
заряженности аккумуляторной батареи.
Напряжение аккумуляторной батареи при ее разряде стартерным током
зависит от силы разрядного тока и температуры батареи .
На следующем рисунке показаны вольт-амперные характеристики
аккумуляторной батареи 6СТ-90 при различной температуре электролита . если
разрядный ток будет постоянным , то напряжение батареи при разряде будет
тем меньше , чем ниже ее температура .Для сохранения постоянства
напряжения при разряде необходимо с понижением температуры батареи
снижать силу разрядного тока.
Емкостью аккумулятора называют количество электричества, которое
аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения. Чем
больше сила разрядного тока , тем ниже напряжение, до которого может
разряжаться аккумулятор, например, при определении номинальной емкости
аккумуляторной батареи разряд ведется током до напряжения 10,5 В,
температура электролита должна быть в интервале от 18 С до 27 С, а время
разряда 20 ч. Конец срока службы батареи , согласно ГОСТ 959.0-84 ,
наступает, когда ее емкость составляет 40% от С .
Емкость батареи в стартерных режимах определяется при температуре
25 С и разрядом токе 3С . В этом случае время разряда до напряжения 6 В
(1 В на аккумулятор) должно быть не менее 3 мин.
К электрическим характеристикам также относится резервная емкость
– время разряда (мин) током (25 +0,25) до напряжения 10,5 В на батарею
( 1,75 В на аккумулятор) при температуре ( 27+ 5)С. Эта емкость,
выраженная для удобства использования в минутах, позволяет знать время
, в течении которого автомобиль может продолжать движение , если отказал
генератор , а суммарный ток потребителей при этом равен 25 А. Для батарей
емкостью от 26 до 75 А.ч. резервная емкость может быть подсчитана по
формуле , а для батарей емкостью
Резервная емкость составляет (1,7-1,8)С .
Если разряд происходит при постоянной силе тока , то емкость
аккумуляторной батареи определяется по формуле С=It, где I-ток разряда,А;
t-время разряда,ч .
Емкость аккумуляторной батареи зависит от ее конструкции, числа
электродов, их толщины, материала сепаратора , пористости активного
материала конструкции решетки электродов и других факторов. В
эксплуатации емкость батареи зависит от силы разрядного тока, температуры,
режима разряда, степени заряженности и изношенности аккумуляторной батареи
. При увеличении разрядного тока и степени напряженности , а также с
понижением температуры емкость аккумуляторной батареи уменьшается. При
низких температурах падение емкости аккумуляторной батареи с повышением
разрядных токов происходит особенно интенсивно.
Неисправности
Срок службы аккумуляторной батареи при правильной их эксплуатации и
своевременном уходе за ними составляет 4 года или 75 тыс.км. пробега
автомобиля . Однако эти сроки могут значительно сокращаться при нарушении
правил эксплуатации и хранения батарей. Особенно сильно на техническом
состоянии аккумуляторных батарей сказываются загрязнение электролита,
работа и хранение при повышенной температуре электролита и низком его
уровне, нарушение режимов заряда, заливка электролита повышенной
плотности(это особенно часто бывает , если вместо дистилированной воды для
доводки уровня добавляют в аккумуляторы электролит). Перечисленные
причины вызывают такие наиболее часто наблюдающиеся неисправности, как
коррозия решета положительных пластин, повышенный саморазряд, короткое
замыкание разноименных пластин и сульфатация пластин. Кроме того, в
процессе эксплуатации батарей происходят окисление полюсных штырей и
наконечников, а также растрескивание мастики и появление трещин в баке и
крышках , вызывающих подтекание электролита.
А. Саморазряд аккумуляторной батареи при ее эксплуатации и хранени
возникает в следствии образования в активной массе пластин местных
токов. Местные токи появляются за счет возникновения электродвижущей силы
между окислами активной массы и решеткой пластин. Кроме того, при
длительном хранении электролита в аккумуляторе отстаивается и плотность
электролита в нижних слоях становится больше , чем в верхних. Это приводит
к появлению разности потенциалов и возникновению уравнительных токов на
поверхности пластин. Нормальный саморазряд исправной батареи составляет
1-2% в сутки.
Б. Причинами повышенного саморазряда могут быть: загрязнение
поверхности батарей , применение для доливки обычной (не дистилированной)
воды , содержащей щелочи или соли , попадение внутрь аккумуляторов
металлических частиц и других веществ, способствующих образованию
гальванических пар.
В. для устранения неисправности следует протереть поверхность
батареи или заменить электролит, промыв внутреннюю поверхность бака.
Признаками короткого замыкания внутри аккумулятора являются кипение
электролита и резкое падение напряжения; чаще оно вызывается осыпанием
активной массы и разрушением сепараторов. В этом и другом случаях
аккумуляторную батарею разбирают и устраняют неисправности, заменяя
неисправные элементы.
А. Признаком сульфатации пластин является то, что при заряде
батареи быстро повышаются напряжение и температура электролита и происходит
бурное газовыделение (кипение), а плотность электролита незначительна.
При последующем разряде и особенно при включении стартера батарея быстро
разряжается из-за малой емкости. Основные причины, вызывающие сульфатацию:
разряд батареи ниже 1,7В на один аккумулятор, оголение пластин в следствии
понижения уровня электролита, длительное хранение батареи без подзарядки
( особенно разряженной ) , большая плотность электролита ,
продолжительное пользование стартером при пуске.
Б. Сульфатация пластин заключается в том, что на пластинвх
образуется крупнокристаллический сернокислый свинец в виде белого налета.
При этом увеличивается сопротивление аккумуляторов . Крупные кристаллы
сульфата свинца закрывают поры активной массы, препятствуя проникновению
электролита и формированию активной массы при заряде. В следствии этого
активная поверхность пластин уменьшается , вызывая снижение емкости
батарей.
В. Небольшая сульфатация пластин может быть устранена проведением
одного или нескольких циклов «заряд-разряд». Для этого аккумуляторную
батарею необходимо полностью зарядить и довести плотность электролита в
ней до нормальной величины ( 1,285 г/см3) путем доливания электролита
плотностью 1,4 г/см3 или дистилированной воды. Затем разрядить батарею
через лампу током силой 4-5 А до напряжения 1,7В на один аккумулятор и
определить разрядную емкость. После этого привести емкость к температуре +
30 С по формуле.
Где Q действ- емкость батареи, приведенная к + 30 С., Q-разрядная
емкость , полученная умножением силы разрядного тока на время разряда
батареи и в часах. ; t- средняя температура электролита (полусумма
температур, замеренных в начале и в конце разряда) в аккумуляторах во
время разряда.; 0,01- температурный коэффициент емкости.
Если подсчитанная таким образом действительная емкость будет не менее
80% номинальной, то батарею снова заряжают и устанавливают на автомобиль;
если емкость окажется ниже , весь цикл повторяют вновь. Приведенный цикл
рекомендуется применять также после хранения батареи более 6 месяцев и
перед длительным хранением .
Окисление полюсных штырей приводит к увеличению сопротивления во
внешней цепи и даже к прекращению тока. Для устранения неисправности
нужно снять со штырей наконечники проводов (клеммы) , зачистить штыри и
клеммы и укрепить последние на штырях. После этого штыри и клеммы снаружи
надо смазать тонким слоем технического вазелина.
Подтекание электролита через трещины бака обнаруживают осмотром . для
устранения неисправности батарею сдают в ремонт. При вынужденной временной
эксплуатации батареи с этой неисправностью необходимо периодически
добавлять в неисправное отделение бака электролит, а не дистилированную
воду .
Техническое обслуживание аккумуляторной батареи
Срок службы и исправность аккумуляторной батареи во многом зависят
от своевременного и правильного ухода за ней. Батарея должна содержаться
в чистоте, так как загрязнение ее поверхности приводит к ее повышенному
саморазряду. При техническом обслуживании необходимо протирать
поверхность батарей 10% раствором нашатырного спирта или кальцинированной
соды, после чего вытереть чистой сухой ветошью.
Во время заряда в результате химической реакции выделяются газы ,
значительно повышающие давление внутри аккумуляторов. Поэтому
вентиляционные отверстия в пробках нужно постоянно прочищать тонкой
проволокой. Учитывая, что при работе батареи образуется гремучий газ (
смесь водорода с кислородом), нельзя осматривать батарею рядом с открытым
огнем во избежание взрыва. Периодически необходимо зачищать штыри и клеммы
проводов. Через 2-2,5 тыс.км пробега, а в жаркое время через каждые 5-
6 дней проверять уровень электролита через заливные отверстия
аккумуляторов стеклянной пробкой внутренним диаметром 3-5 мм. Столбик
электролита в трубке указывает высоту его уровня над предохранительным
щитком, которая должна быть 12-15 мм (см.рис)
При отсутствии стеклянной трубки уровень электролита можно проверить
чистой эбонитовой или деревянной палочкой. Нельзя применять для этой цели
металлический стержень. При понижении уровня следует долить
дистилированную воду, а не электролит, так как в процессе работы батареи
вода в электролите разлагается и испаряется , а кислота остается.
Периодически проверяют плотность электролита с целью определения степени
заряженности аккумуляторной батареи. Для этого наконечник кислотомера
опускают в наливное отверстие аккумулятора, засасывают электролит с
помощью резиновой груши и по делением поплавка , помещенного внутри
стеклянной колбы определяют величину плотности электролита и степенью
заряженности аккумуляторной батареи . Для длительного хранения батареи и
в зимнее время ее нужно снять с автомобиля , полностью зарядить и хранить
в сухом месте при температуре не выше 0 С и ниже минус 30 С, имея ввиду
, что чем ниже температура электролита , тем меньше самозаряд. Через
каждые 3 месяца батарею необходимо подзаряжать для восстановления емкости
, потерянной при самозаряде . При хранении батареи непосредственно на
автомобиле необходимо отсоединить провода от плюсовых штырей (если
отсутствует специальный выключатель). Следует помнить. Что температура
замерзания электролита плотностью 1,1 г/см 3 минус 7 С, плотностью 1,22
г/см3 минус 37 С и плотностью 1.31 г/см3 минус 66 С.
|Плотность электролита, приведенная к 15 С г/см3 |
|плотность заряженной батареи |батарея разряжена |
| |25% |50% |
|1,31 |1,27 |1,23 |
|1,29 |1,25 |1,21 |
|1,27 |1,23 |1,19 |
|1,25 |1,21 |1,17 |
| |
