В данной статье рассматривается влияние параметров проводов для прикуривания на величину стартерного тока.
Ключевые слова: ток, аккумуляторная батарея, провода.
This article examines the impact of the parameters of wires for lighting the value of the starter current.
Keywords: current, battery, wires.
Самым сложным периодом эксплуатации автомобиля в наших условиях является зима. В это время на автомобиль влияют низкие температуры воздуха, повышенная влажность, перепады температур. Так как в автомобиле достаточно много составляющих, имеющих в своей структуре воду или жидкости, то влияние этого фактора является существенным. Большое влияние температура оказывает на масло двигателя и коробки передач из-за загустевшего масла, что затрудняет запуск двигателя. Так же низкая температура влияет на топливную систему автомобилей с дизельными двигателями, заправляющиеся дизельным топливом, имеющим в своем составе парафины, замерзающие при низких температурах и засоряющие топливную систему. [2] Часто выходят из строя резиновые уплотнители и патрубки, которые трескаются из-за перепада температур. Следующей неисправностью, часто возникающей в зимний период, является неисправность электрооборудования (генератор, стартеры) из-за окисления контактов (из-за скопления конденсата) и замыкания проводов из-за потрескавшейся изоляции проводов. [1]
Наиболее распространенная неисправность автомобиля в зимний период — это разряд аккумуляторной батареи. Завести такой автомобиль можно несколькими способами. Самым простым и распространенным способом является «прикуривание» от исправного аккумулятора. Однако не всегда получается «прикурить», а главным образом это зависит от проводов «для прикуривания». На рынках достаточно большой ассортимент проводов «для прикуривания» с различными сечениями провода, площадями контакта, усилиями пружины (прижимная сила). В статье мы рассматриваем вопрос — какие провода лучше подходят для этого процесса.
Основными параметрами проводов для прикуривания являются площадь контакта «крокодилов» и площадь поперечного сечения проводов. Величина тока в проводах зависит от величин сопротивления в крокодилах и проводах. Общее сопротивление будет равно:
(1)
где Rпр — сопротивление в проводах (цифра перед ним обозначает количество проводов); Rзаж — сопротивление в зажимах (цифра перед ним обозначает количество зажимов).
Провод для прикуривания состоит из двух крокодилов и провода. Если рассмотреть зажим, то мы увидим, что он состоит из нескольких зубчиков (рис. 1).
Рис. 1. Схема зажима с зубчиком
Предположим, что зуб под действием прижимной силы пружины зуб входит в клемму на высоту h. Тогда площадь контакта одного зуба равна:
(2)
Суммарное пятно контакта зажима будет равно:
,
где z — число зубьев.
Так же сечение может иметь иную форму (рис.2).
Рис. 2. Схема зажима с прямоугольной поверхностью
При этом поверхность контакта будет иметь вид прямоугольника с длиной b и шириной a. При этом длина b определяется как длина дуги по формуле:
(3)
где R — радиус окружности, n — угол дуги в градусах.
Тогда площадь контакта равна:
(4)
Суммарная площадь при этом равна:
где z — число зубьев.
Увеличение площади позволяет увеличить количество электронов, проходящих через сечение за промежуток времени. Увеличение количества электронов ведет к увеличению плотности тока, которую определяют по формуле:
(5)
где q — одиночный заряд(Кл), n — количество зарядов(шт), U — скорость зарядов (м/с).
Так же на силу тока влияет величина сечения провода для прикуривания. Сечение представляет собой окружность диаметром D. Тогда по формуле площади окружности:
(6)
Чтобы понять значение площади сечения провода, обратимся к формуле Ома, которая гласит:
(7)
Теперь обратимся к формуле определения сопротивления R:
(8)
где ρ — это удельное сопротивление материала проводника (определена для всех материалов опытным путем), L — длина проводника, S — площадь поперечного сечения проводника.
Подставляя формулу (6) в формулу (8), получаем
(9)
Подставляя полученную формулу (9) в формулу (7), получаем
(10)
Необходимо учитывать прижимную силу пружины, установленной в крокодилах (рис.3)
Рис. 3. Схема системы пружины, установленной в крокодилах
Систему пружины можно представить как равенство моментов, то есть каждый усик — это плечо, на конце которого действует сила. Опытным путем было доказано что усилия на концах усиков возрастает с увеличением угла между ними.
Для практической части исследования были проведены испытания трех видов проводов: штатные провода, провода с тонким и толстым сечениями. Параметры этих проводов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры проводов
|
Параметры |
Стандартные провода |
Провода тонкого сечения |
|
Диаметр провода, мм |
8 |
4 |
|
Площадь поперечного сечения, мм2 |
50 |
13 |
|
Площадь контакта клеммы аккумуляторной батареи с клеммами проводов, мм2 |
801 |
147 |
В ходе испытаний была сымитирована нагрузка, повторяющая запуск автомобиля. В это время были измерены силы тока и напряжения аккумуляторной батареи и напряжение нагрузки. Результаты испытаний проводов приведены в таблице 2 и на их основе были построены графики зависимостей (рис. 4, 5, 6).
Таблица 2
Результаты испытаний проводов
Рис. 4. График сил тока
Рис. 5. График напряжений аккумуляторной батареи
Рис. 6. График напряжений на нагрузке
Синие графики — графики, относящиеся к данным по зажимам; красные графики — графики, относящиеся к данным по толстым проводам; зеленые графики — графики, относящиеся к данным по тонким проводам.
На основании графиков и данных из таблицы можно сказать, что лучше всего со своей задачей справились стандартные зажимы. Это зависит от нескольких факторов. Во-первых, это хороший контакт между зажимом и клеммой аккумуляторной батареи, что в свою очередь приводит к уменьшению потерь в точке контакта.
Проведены опыты и построены графики по исследованию проводов «для прикуривания». Сделан обзор отказов автомобилей в зимний период, на основе выполненных исследований решена важная научно-практическая задача влияния зимнего периода эксплуатации на формирование потока неисправностей автомобилей. Установлен перечень факторов, которые необходимо учитывать при выборе проводов для «прикуривания» с научной и технической стороны.
Литература:
- Кузнецов Е. С., Воронов В. П., Болдин А. П. Техническая эксплуатация автомобилей: Учебник для вузов 3-е изд., перераб. и доп. — М: Транспорт, 1991. — 413с.
- http://autonewsmonitoring.info
