МОТОРНИЙ ВИПРОБУВАЛЬНИЙ СТЕНД ЯК ДЖЕРЕЛО ФАКТОРІВ НЕБЕЗПЕКИ ПРИ ПРОВЕДЕННІ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

Автори: С.О. Вамболь, О.М. Кондратенко, Н.В. Дейнеко
Вамболь С.О. Моторний випробувальний стенд як джерело факторів небезпеки при проведенні експериментальних досліджень [Електронний ресурс] / С.О. Вамболь, О.М. Кондратенко, Н.В. Дейнеко // Створення, експлуатація і ремонт автомобільного транспорту та будівельної техніки: Всеукраїнська науково-технічна Інтернет-конференція молодих учених та студентів: Праці / Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка. – Режим доступу: konf.nadobko.com/15_2/1.html. – Дата публікації: 10 квітня 2016. – Назва з екрана.
 

 

УДК 621.43.068.4 + 331.453 + 303.447.33

Вамболь С.О., д.т.н., проф.1

Кондратенко О.М., к.т.н.1,2

Дейнеко Н.В., к.т.н.1

1Національний університет цивільного захисту України

2Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України

МОТОРНИЙ ВИПРОБУВАЛЬНИЙ СТЕНД ЯК ДЖЕРЕЛО ФАКТОРІВ НЕБЕЗПЕКИ ПРИ ПРОВЕДЕННІ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

 

Обґрунтовано актуальність дослідження факторів виробничої, екологічної, пожежної та вибухової безпеки експериментальних досліджень на моторному випробувальному стенді лабораторії відділу поршневих енергоустановок Інституту проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України. Описано особливості конструкції, склад і наведено схему стенда, що містить такі енергетичні установки: електричну навантажувальну машину фірми VSETIN з динамометром постійного струму типу DS 742/4-N, у складі якої є шафа управління типу VH 136, двомашинний агрегат (мотор-генератор) типу IDP 942-1 і пульт керування; автотракторний дизель Д21А; систему засобів вимірювальної техніки; трансмісію, фундаментну раму. Визначено, що доцільно виявляти й аналізувати ці фактори для окремих агрегатів стенда.

Ключові слова: стендові моторні дослідження, дизель, фактори небезпеки, цивільний захист, охорона праці, екологічна безпека.

 

Вамболь С.А., д.т.н., проф.1

Кондратенко А.Н., к.т.н.1,2

Дейнеко Н.В., к.т.н.1

1Национальный университет гражданской защиты Украины

2Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины

МОТОРНЫЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД КАК ИСТОЧНИК ФАКТОРОВ ОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

Обоснована актуальность исследования факторов производственной, экологической, пожарной и взрывной безопасности экспериментальных исследований на моторном испытательном стенде лаборатории отдела поршневых энергоустановок Института проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины. Описаны особенности конструкции, состав и приведена схема стенда, который состоит из таких энергетических установок: электрическая нагрузочная машина фирмы VSETIN с динамометром постоянного тока типа DS 742/4-N, в составе которой есть шкаф управления типа VH 136, двухмашинный агрегат (мотор-генератор) типа IDP 942-1 и пульт управления; автотракторный дизель 2Ч10,5/12 (Д21А1); система средств измерительной техники; трансмиссия, фундаментная рама. Определена целесообразность выявления и анализа этих факторов для отдельных агрегатов стенда.

Ключевые слова: стендовые моторные исследования, дизель, факторы опасности, гражданская защита, охрана труда.

 

UDC 621.43.068.4 + 331.453 + 303.447.33

S.O. Vambol’, Dr.Sci.(Tech.), Professor1

O.M. Kondratenko, Cand.Sci.(Tech.)1,2

N.V. Deyneko, Cand.Sci.(Tech.)1

1National University of Civil Defense of Ukraine

2A.M. Pidgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the NAS of Ukraine

MOTOR TEST BENCH AS A SOURSE OF DENGER FACTORS AT CARRYING OUT OF EXPERIMENTAL RESEARCHES

 

Laboratory of Piston Power Plants Department of A.M. Pidgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of National Academy of Science of Ukraine equipped with engine test bench and autotractor diesel engine 2Ch10.5/12. In present paper substantiated urgency of the study of industrial, ecological, fire and explosion safety factors during carrying out of experimental researches on the engine test bench. Also the article describes the features of construction, composition of the bench and shows its diagram. It was concluded that the most appropriate strategy for solving the problem is identification and analysis of these factors for individual units (power plants) of the bench.

Engine test benches are unique products that have highly scientific capacity, energy concentration and variety of individual units operation principles. For these units, as well as for laboratory room, developed safety requirements at processes of work, measures and also developed means and their implementation.

However, scientific researches aimed a comprehensive and, most importantly, complex investigations of industrial, ecological, fire and explosion safety aspects of engine experimental studies carried out obviously not enough.

For this study, first of all, necessary to obtain input data concerning the list and values of such danger factors. These aspects of the subject of several studies, the first part of which is reflected in this article.

Bench consists of the following power plants: electric load machine of firm VSETIN which is composed of the direct current dynamometer type DS 742/4-N, control cabinet type VH 136, two-machine unit (motor-generator) type IDP 942-1 and control panel; autotractor diesel engine 2Ch10.5/12 (D21A1); system of measuring equipment; transmission; base steel frame on concrete fundament.

D21A1 is the autotractor naturally aspirated air-cooled four-stroke piston internal combustion engine with two in-line cylinders, internal mixture formation and compression ignition, traditional trunk axial crank mechanism. Its cylinder diameter is 105 mm, piston stroke – 120 mm, connecting rod length – 270 mm, working volume – 2.0 l, compression ratio – 16.5, nominal power (at maximum crankshaft speed 1800 min-1) – 21-3 kW, maximum torque (at maximum crankshaft speed 1200 min-1) – 111-16 Nm, effective specific fuel consumption – 235 g/(kWh). It has undivided semi-spherical combustion chamber in piston, direct fuel injection, single-plunger high-pressure fuel pump of distributing type, hydro-mechanical fuel nozzles and all-regimes mechanical regulator. Its mass is 280 kg, overall dimensions – 693×687×855 mm. The engine has an electric starter. Diesel D21A1 made by Vladimir Tractor Plant and using for tractors, automotive chassis, selective agriculture combines, asphalt pavers, concrete pavers, mobile electric welding stations, water pumps, air compressors.

This study correlates with the subject of research of the Faculty of Technogenic and Ecological Safety of the National University of Civil Defense of Ukraine.

Keywords: motor bench researches, diesel, hazards, civil protection, labor safety.

 

Вступ. Як відомо, метою будь-яких наукових досліджень є створення нового інтелектуального продукту фундаментального чи прикладного характеру, що вирізняється науковою новизною і практичною цінністю. При цьому такий продукт на шляху від початкової ідеї до її втілення у вигляді впровадженого у серійне виробництво конкурентоспроможного виробу певного найменування обов’язково проходить стадію експериментальних досліджень його робочих характеристик. Остання обставина зумовлює потребу в розробленні відповідних програм і методик, проектуванні й виготовленні експериментальних зразків та створенні й удосконаленні відповідної матеріальної бази – стендів, установок, засобів вимірювальної техніки (ЗВТ) та ін. Однак будь-які експериментальні дослідження об’єктів, що мають відношення до енергетичних установок, крім так званого мисленого експерименту, характеризуються тими чи іншими факторами небезпеки. Тому роботи, направлені на виявлення, аналіз та максимальне зниження або повне виключення факторів небезпеки, джерелами яких можуть бути експериментальні установки і стенди, є актуальними, оскільки здоров’я і життя дослідника – це цінності значно більшого порядку, аніж будь-які нові наукові знання.

Аналіз останніх джерел досліджень та публікацій. У відділі поршневих енергоустановок (ПЕУ) Інституту проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (ІПМаш НАНУ) розроблено модульний фільтр твердих частинок (ФТЧ) дизеля нової нетрадиційної конструкції з насипкою з природного цеоліту в сітчастих касетах [1, 4, 8]. Декілька варіантів його конструкції втілено у вигляді діючих макетів фільтрувального елемента (ФЕ) ФТЧ ІПМаш. Їх робочі характеристики у реальних умовах експлуатації досліджено на моторному випробувальному стенді (МВС) лабораторії відділу ПЕУ [1 – 4, 8]. Зовнішній вигляд МВС подано на рисунку 1, а його схему – на рисунку 2.

Метою дослідження є описання будови МВС для подальшого виявлення й аналізу факторів виробничої, екологічної, пожежної та вибухової безпеки проведення експериментальних моторних досліджень на ньому.

Виділення не розв’язаних раніше частин загальної проблеми, яким присвячується стаття. Як зазначено у вступі, моторні дослідницькі стенди є унікальними виробами, що вирізняються високою наукоємністю, енергонасиченістю та різноманіттям принципів роботи окремих агрегатів. Для цих агрегатів, як і для самого приміщення лабораторії, вироблено вимоги техніки безпеки при роботі та заходи і засоби їх реалізації. Проте науково-дослідницьких робіт, що мають на меті всебічне й, головне, комплексне дослідження аспектів виробничої, екологічної, пожежної та вибухової безпеки проведення експериментальних моторних досліджень, вочевидь виконується недостатньо. Для такого дослідження перш за все необхідні вихідні дані щодо переліку і значень факторів такої небезпеки. Цьому аспекту й присвячено серію досліджень, першу частину якого відображено у цій статті.

Основний матеріал і результати. МВС являє собою складну систему взаємопов’язаних енергетичних установок. Перелік та описання установок подано далі.

1) Стенд містить електричну навантажувальну машину фірми VSETIN з динамометром постійного струму типу DS 742/4-N, у складі якої є шафа управління типу VH 136, двомашинний агрегат (мотор-генератор) типу IDP 942-1 і пульт керування [2].

2) На МВС встановлено автотракторний дизель 2Ч10,5/12 (Д21А1) [3] як об’єкт дослідження (див. рисунок 3). У випадку дослідження робочих характеристик ФТЧ ІПМаш дизель є генератором аерозолю твердих частинок у відпрацьованих газах.

Коротка характеристика дизеля така. Д21А1 – це автотракторний безнаддувний двоциліндровий рядний чотиритактний двоклапанний поршневий двигун внутрішнього згоряння із внутрішнім сумішоутворенням та займанням від стискування, з традиційним тронковим аксіальним кривошипно-шатунним механізмом (КШМ), діаметром циліндра 105 мм, ходом поршня 120 мм і довжиною шатуна 270 мм, з робочим об’ємом 2,0 л та ступенем стиску 16,5, номінальною потужністю (при 1800 хв‑1) 21-3 кВт і максимальним крутним моментом (при 1200 хв-1) 111-16 Н∙м, питомими ефективними витратами палива 235 г/(кВт∙год), повітряного охолодження, з нерозділеною напівсферичною камерою згоряння у поршні й безпосереднім упорскуванням палива, одноплунжерним паливним насосом високого тиску розподільного типу, гідромеханічними форсунками та всережимним механічним регулятором, масою 280 кг і з габаритними розмірами 693×687×855 мм, з пуском від електростартера. Дизель вироблено на Володимирському тракторному заводі. Він застосовується на тракторах, самохідних шасі й селекційних комбайнах, асфальто- і бетоноукладачах, пересувних електрозварювальних, водонасосних й повітрокомпресорних станціях.

3) Система ЗВТ стенда, що містить датчики, прилади та інформаційні канали, які надають інформацію щодо регулювальних і режимних параметрів роботи дизеля, навантажувальної машини й інших агрегатів стенда та їх контролюють [4].

4) Дизель і навантажувальна машина встановлені на зварній сталевій фундаментній рамі, що спирається на бетонну основу.

5) Трансмісія стенда, яка сполучає шліцьовим валом з карданними шарнірами маховик дизеля і фланець мотор-генератора, закритий захисним кожухом.

а                                                                 в

Рисунок 1 – Моторний випробувальний стенд:

а – загальний вигляд стенда; б – пульт керування стендом; в – навантажувальна машина з динамометром

 

Усі перелічені структурні складові МВС характеризуються певним набором факторів виробничої, екологічної, пожежної та вибухової небезпеки. Випробування на стенді здійснюються відповідно до програм і методик відділу ПЕУ ІПМаш НАНУ, а також положень стандартів [5, 6]. Програми досліджень побудовано на основі стандартизованих випробувальних 13- та 8-режимних циклів, що являють собою моделі експлуатації автомобільних і тракторних дизелів відповідно та описані у Правилах ЄЕК ООН № 49 і № 96. Їх адаптовано до можливостей матеріальної бази лабораторії відділу ПЕУ, особливості адаптації описано у роботі [1]. Для забезпечення проведення стендових моторних досліджень ФТЧ ІПМаш випускну систему МВС модернізовано шляхом доповнення її місцем установлення експериментальних зразків (макетоутримувальною вставкою – МВ), новими системами відбору проб вихлопних газів (ВГ) на токсичність і димність та вимірювання газодинамічних параметрів потоку ВГ. Схему модернізованої випускної системи МВС наведено у роботах [1, 4].

 

Рисунок 2 – Схема моторного випробувального стенда:

1 – дизель Д21А1; 2 – навантажувальна машина (мотор-генератор IDP 924-4); 3 – пульт керування; 4 – карданний вал із захисним кожухом; 5 – фундаментна рама; 6 – витяжна вентиляція; 7 – динамометр DS 742-4/N; 8 – паливний насос високого тиску; 9 – всережимний регулятор частоти обертання колінчастого вала; 10 – муфта зміни кута випередження впорскування; 11 – бак паливний; 12 – указівник рівня палива у баку; 13 – електрогідравлічний автоматичний клапан доливання палива; 14 – ваги лабораторні 2-го кл. ВЛР-200; 15 – оптичний датчик; 16 – витратна місткість вимірювача витрат палива; 17 – навіска (еталонна вага); 18 – щуп-масломір чи датчик температури масла у піддоні дизеля; 19 – датчик температури масла у піддоні дизеля ТМ100В; 20 – випускний колектор; 21 – впускний ресивер; 22 – лічильник газу ротаційний РГ-100; 23, 40 – ртутний термометр ТЛ-4 №2 (0 – 50 °C); 24 – психрометр; 25 – дросельна шайба вимірювача витрат повітря на впуску; 26, 34 – диференційний U‑подібний манометр ДМ; 27 – вентилятор системи охолодження дизеля; 28 – випускний колектор; 29 – глушник шуму ВГ; 30 – відбірник проб ВГ на токсичність; 31 – тримач фільтра для визначення димності ВГ; 32 – газоаналізатор п’ятикомпонентний Автотест-02.03П; 33 – випускний тракт; 35 – від’єднувальна муфта навантажувальної машини; 36, 37 – ручка і канат керування; 38 – барометр-анероїд БАМM-1М; 39 – таймер; 41 – прилад А‑565; 42, 43, 45 – частотомір-хронометр Ф-5040 чи Ф-5041; 44 – прилад А-566; 46 – відмітчик ВМТ; 47 – термометр опору ТСМ; 48 – датчик тиску масла; 49 – манометр МО

 

Фактори небезпеки досліджень МВС доцільно розглянути для агрегатів МВС окремо один від одного, що і буде предметом подальших досліджень [7].

МВС з модернізованою випускною системою використовувався для досліджень у роботах [4, 8]. Попередні їх результати наведено у роботах [9 – 13].

Фактори небезпеки, джерелом яких є трансмісія стенда, докладно описано і проаналізовано у роботі [14].

 

Рисунок 3 – Дизель Д21А1 (2Ч10,5/12) – поздовжній і поперечний переріз

 

Стенд як унікальний виріб являє собою достатньо складний об’єкт метрологічних досліджень. У роботі [15] ці його особливості проаналізовано.

Висновки та перспективи подальших досліджень. У дослідженні розглянуто будову, склад і особливості моторного випробувального стенда лабораторії відділу ПЕУ ІПМаш НАНУ як джерела факторів виробничої, екологічної, пожежної та вибухової небезпеки.

У подальших дослідженнях буде виявлено і проаналізовано вказані вище фактори небезпеки для окремих агрегатів стенда: навантажувальної машини, трансмісії, засобів вимірювальної техніки, дизеля 2Ч10,5/12 та експериментальних зразків ФТЧ ІПМаш.

Буде наведено перелік заходів щодо забезпечення виробничої, екологічної, пожежної й вибухової безпеки досліджень на стенді.

 

Література

1. Вамболь С.О. Стендові випробування автотракторного дизеля 2Ч10,5/12 за стандартизованими циклами для визначення ефективності роботи ФТЧ [Текст] / С.О. Вамболь, О.П. Строков, О.М. Кондратенко // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Автомобіле- та тракторобудування. – Х.: НТУ «ХПІ», 2014. – № 10 (1053). – С. 11 – 18.

2. Измерительный комплекс IDS-742 4/N. Руководство по эксплуатации РР 478 и РР 932 [Текст]. – 20 с.

3. Дизели с воздушным охлаждением Владимирского тракторного завода [Текст] / В.В. Эфрос [и др.]. – М.: Машиностроение, 1976. – 277 с.

4. Разработка малозатратной технологии и автоматизированной системы очистки отработавших газов дизеля от твёрдых частиц: отчет о НИР (заключительный) [Текст] / ИПМаш НАНУ; рук. А.П. Строков. – № ГР 0111U001762. – Х.: ИПМаш НАНУ, 2011 – 2012. – 131 с.

5. ГОСТ 18509-88. Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний [Текст]. – М.: Издательство стандартов, 1988. – 78 с.

6. ГОСТ 14846-87. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний [Текст]. – М.: Издательство стандартов, 1987. – 42 с.

7. Грибан В.Г. Охорона праці: навч. посібник [для студ. вищ. навч. закл.] [Текст] / В.Г. Грибан, О.В. Негодченко. – К.: Центр навчальної літератури, 2009. – 280 с.

8. Кондратенко А.Н. Снижение выброса твёрдых частиц транспортных дизелей, находящихся в эксплуатации: дис. кандидата техн. наук: 05.05.03 «Двигатели и энергетические установки» [Текст] / Александр Николаевич Кондратенко. – Х.: Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, 2013. – 288 с.

9. Кондратенко О.М. Фактори небезпеки експериментальних досліджень на моторному випробувальному стенді. Дизель 2Ч10,5/12 [Текст] / О.М. Кондратенко, Д.О. Плужніченко, К.Ю. Мусієнко // Сучасні проблеми машинобудування: тези доповідей конференції молодих вчених та спеціалістів, присвяч. 115-річчю з дня народж. акад.  НАН України А.П. Філіппова (17 – 20 листопада 2014 р.). – Харків: ІПМаш НАНУ, 2014. – С. 36.

10. Кондратенко О.М. Фактори небезпеки експериментальних досліджень на моторному випробувальному стенді. Навантажувальний пристрій [Текст] / О.М. Кондратенко, О.В. Єжелий, К.В. Семянніков // Сучасні проблеми машинобудування: тези доповідей конференції молодих вчених та спеціалістів, присвяч. 115-річчю з дня народж. акад. НАН України А.П. Філіппова (17 – 20 листопада 2014 р.). – Х.: ІПМаш НАНУ, 2014. – С. 34.

11. Кондратенко О.М. Фактори небезпеки експериментальних досліджень на моторному випробувальному стенді. ФТЧ ІПМаш [Текст] / О.М. Кондратенко, Ю.В. Маложон, О.І. Філіпов // Сучасні проблеми машинобудування: тези доповідей конференції молодих вчених та спеціалістів, присвяч. 115-річчю з дня народж. акад. НАН України А.П. Філіппова (17 – 20 листопада 2014 р.). – Х.: ІПМаш НАНУ, 2014. – С. 35.

12. Кондратенко О.М. Фактори небезпеки експериментальних досліджень на моторному випробувальному стенді. Засоби вимірювальної техніки [Текст] / О.М. Кондратенко, Н.В. Хохлова, Д.І. Жигер // Матеріали VI Міжнародної науково-практичної конференції «Теорія і практика гасіння пожеж та ліквідації надзвичайних ситуацій» (12 – 13 грудня 2014 р.). – Черкаси: ЧІПБ ім. Героїв Чорнобиля НУЦЗУ, 2014. – С 334 – 335.

13. Моторний випробувальний стенд як джерело факторів небезпеки експериментальних досліджень [Електронний ресурс] / С.О. Вамболь, О.П. Строков, О.М. Кондратенко, Н.В. Хохлова, Г.С. Стельмах // Матеріали III Міжнародної науково-технічної Інтернет-конференції «Проблеми та перспективи розвитку автомобільного транспорту» (14 – 16 квітня 2015 р.). – Вінниця: ВНТУ, 2015. – С. 38 – 41. – Режим доступу: http://atmconf.vntu.edu.ua/materialy2015.pdf

14. Система відбору проб відпрацьованих газів дизеля моторного випробувального стенду як об’єкт метрологічних досліджень [Текст] / О.П. Строков, І.В. Міщенко, О.М. Кондратенко, О.А. Бурменко // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – Вінниця: ВНТУ, 2015. – № 4. – С. 113 – 117.

15. Кондратенко А.Н. Факторы опасности экспериментальных исследований на моторном испытательном стенде. Часть 1 [Электронный ресурс] / А.Н. Кондратенко, С.А. Вамболь, А.С. Стельмах // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. – М.: АГПС МЧС РФ, 2015 – Вып. 2 (60). – C. 1 – 6. – Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb/2015-2, http://agps-2006.narod.ru/ttb/2015-2/09-02-15.ttb.pdf.

© С.О. Вамболь, О.М. Кондратенко, Н.В. Дейнеко

Надійшла до редакції 23.11.2015 р.

 

Архів коментарів

 


Інтернет-статистика