Испытательная станция проверки транспортных средств

Полезная модель относится к испытательной технике для определения рабочих характеристик автотранспортной техники и при температурах от +50 до -50°С.
Испытательная станция предназначена для измерений в лабораторных условиях:
- коэффициента теплопередачи изотермических фургонов в соответствии с требованиями соглашения СПС (измерения проводятся при температуре воздуха в измерительной камере +7°С). Подробнее о соглашении СПС - ниже;
- измерения холодопроизводительности холодильных установок авторефрижераторов, а также автомобильных кондиционеров, в том числе предназначенных для работы в жарком и тропическом климате (измерения проводятся при температуре воздуха в измерительной камере от +30 до +50°С);
- испытания работоспособности отопительного автомобильного оборудования (измерения проводятся в диапазоне температуры воздуха в измерительной камере от 0 до -50°С).
Кроме того, разработчиков автотехники, предназначенной для работы в арктических и субарктических регионах, интересует проверка работоспособности при низких температурах вплоть до -50°С рулевого управления, тормозов, гидравлики, ПЖД (предпускового подогревателя двигателя жидкостного дизельного), заводится ли двигатель транспортного средства после его прогрева ПЖД, состояние аккумуляторных батарей, открываются ли двери и люки, не обмерзают ли лобовые стекла в кабине водителя, работают ли щетки стеклоочистителей, осветительные приборы, радио и навигационная аппаратура, дополнительная аппаратура, установленная, например, в автолаборатории или автомастерской и многое другое.
Очень часто приходится иметь дело с крупногабаритной автотехникой, например, длина полуприцепа фуры достигает 14 метров, а ширина тяжелого танка достигает 3,7 метров.
Для проведения испытаний отдельных компонентов автотранспортных средств можно применить множество типов камер тепло-холод, предлагаемых в продаже, но их габариты не позволяют работать с крупногабаритными изделиями автотранспортной техники. Например, известна большая линейка камер тепло-холод ООО "Мир Оборудования" - ведущего российского производителя климатических камер, http://miroborudovaniya.ru/klimaticheskie_kamery_teplo-kholod.
Общим недостатком всех этих камер и камер множества других зарубежных и отечественных производителей при всех их технических достоинствах являются слишком малые габариты для работы с крупногабаритными изделиями автотранспортной техники.
Крупногабаритная камера для температур от +50 до -50°С для испытания автотранспортных средств – штучная разработка, которая создается под конкретный круг задач. Таких измерительных камер, предназначенных для испытания автотранспортной техники как при высоких до +50°С, так и при низких температурах вплоть до минус 50°С – единицы.
В качестве прототипа выбрана « Испытательная станция проверки транспортных средств на соответствие требованиям СПС», А.А. Петров, Б.А. Оболенский, М.Г. Корчажкин, Транспортные системы, №3(6), 2017, стр. 12-20, расположенная на территории НГТУ им. Р.Е. Алексеева в г. Нижнем Новгороде. См. фиг.1.
Станция представляет собой теплоизолированную камеру из сэндвич-панелей (пенополиуретан толщиной 80 мм) с теплоизолированными двухстворчатыми воротами на ее обоих концах.
В боковой стене камеры имеется дополнительная теплоизолированная одностворчатая дверь и вход в смотровую яму.
Впереди на фиг.1 через открытые двухстворчатые теплоизолированные ворота видна подъемная дверь отапливаемого помещения, в котором установлена теплоизолированная камера испытательной станции.
Имеются четыре форточки около въездных ворот с теплоизолированными дверцами каждая для обеспечения приточно-вытяжной вентиляции камеры. Две из них на фиг.1 слева и справа от ворот в нижней части торцевой стены, две другие - над воротами в противоположной торцевой стене. К форточкам, расположенным над воротами, можно подняться по лестницам. В этих форточках установлены вытяжные вентиляторы. С площадок наверху лестниц можно проводить обследование с помощью тепловизора крыш транспортных средств. Теплоизоляция ворот, дверок форточек и боковой двери также 80 мм, как у самой камеры.
Камера собрана внутри отапливаемого помещения и прикреплена к элементам его конструкции (фиг.2).
В камере имеется система удаления выхлопных газов от работающего двигателя автомобиля.
На стенках камеры расположены восемь осевых вентиляторов для перемешивания воздуха с целью обеспечения равномерности температурного поля.
Камера снабжена холодильным и обогревательным оборудованием, обеспечивающим автоматическое поддержание температуры воздуха в камере от +30 до минус 10°С при любой температуре окружающего воздуха.
Компрессорный блок холодильной системы находится за пределами камеры, и отсутствует на фиг.1, как и конденсаторный блок, вынесенный на внешнюю стену помещения. Их изображения будут приведены ниже.
Воздухоохладитель холодильной системы установлен над воротами внутри измерительной камеры (фиг.1).
Холодильная система обеспечивает возможность охлаждения воздуха в камере с установленным в ней незагруженным изотермическим фургоном массой до 1000 кг до температуры +7°С за время порядка 3-4 часов. Такая температура необходима для измерения коэффициента теплопередачи изотермического фургона в соответствии с соглашением СПС.
Для обеспечения положительных температур до +30°С в камере могут быть включены имеющиеся там четыре электрических тепловентилятора, управляемые от системы поддержания температуры (на фиг.1 отсутствуют). Тепловентиляторы устанавливаются на полу, их количество и расположение определяется режимом испытаний.
Смотровая яма необходима для тепловизионного обследования транспортного средства снизу.
Система измерения и поддержания температуры, расположенная за пределами камеры, обеспечивает автоматическое поддержание температуры воздуха в камере с помощью систем охлаждения и обогрева в диапазоне от +30 до -10°С.
Данная теплоизолированная измерительная камера создавалась для обеспечения измерений в соответствии с требованиями соглашения СПС – «Соглашения о международных перевозках скоропортящихся пищевых продуктов и о специальных транспортных средствах, предназначенных для этих перевозок». Это соглашение - документ Европейской экономической комиссии Организации Объединенных наций (ЕЭК ООН). Актуальная версия находится по адресу http://www.unece.org/trans/main/wp11/atp.html.
Теплоизолированная измерительная камера, выбранная в качестве прототипа, обладает всеми необходимыми компонентами для обеспечения измерений в соответствии с СПС и обеспечивает необходимый для этого диапазон температур воздуха в камере от + 30 до -10°С.
Недостатком прототипа является малый рабочий диапазон температуры.
В последнее время появилось множество заказчиков на выполнение испытаний транспортных средств в лабораторных условиях в расширенном диапазоне температур от +50 до -50°С. Особенно востребованы испытания при низких температурах. Актуальность таких испытаний определяется необходимостью освоения запасов углеводородного сырья на шельфе Мирового океана. Значительная часть шельфа России располагается в холодных арктических и дальневосточных морях.
Указанная выше камера-прототип не может обеспечить требуемый диапазон температуры.
Технический результат - обеспечение измерения и испытания транспортных средств в расширенном диапазоне температур от +50 до -50°С.
Технический результат достигается тем, что в испытательной станции проверки транспортных средств, включающей теплоизолированную камеру, холодильную и обогревательную системы, а также комплект аппаратуры для измерения и автоматического поддержания температуры, толщину теплоизоляции камеры увеличивают до 200 мм, на пол камеры укладывают с перекрытием стыков между соседними плитами два слоя теплоизолятора толщиной по 100 мм, причем под слоем теплоизолятора располагают распределенный тепловыделяющий элемент, температуру которого контролируют и автоматически поддерживают на заданном уровне отдельной системой управления, режим работы имеющейся холодильной системы изменяют таким образом, что температура ее испарителя при работе не понижается до температуры ниже +2 …+4°С, дополнительно устанавливают еще две холодильные системы: среднетемпературную, обеспечивающую работу до минус 25°С, и низкотемпературную, обеспечивающую работу до минус 50°С, увеличивают количество тепловентиляторов до 6 штук и дополняют систему измерения и автоматического поддержания температуры аппаратурой, способной работать с расширенным диапазоном температуры от -50 до +50°С.
Вид камеры после всех доработок на фиг.3, фиг.4, фиг.5, фиг.6 и фиг.7
Сущность полезной модели и ее работа поясняется на примере реальной конструкции, изображенной на фиг.3,4,5 и 6. Схематичное изображение на фиг.7.
У теплоизолированной камеры 1 с въездными воротами 2 и 3 на противоположных концах, толщину теплоизоляции всех стен, потолка, ворот, боковой двери и форточек, которая в камере-прототипе составляла 80 мм, увеличивают до 200 мм за счет установки дополнительного слоя теплоизолятора. Уплотнения из эластичного материала на периметрах всех ворот, дверей и форточек заменяют на низкотемпературные.
На бетонный пол, который в камере-прототипе был никак не теплоизолирован, укладывают в шахматном порядке с перекрытием стыков между соседними плитами два слоя теплоизолятора 4 толщиной по 100 мм (экструдированный пенополистирол размером 1200х600х100 мм). На схематичном изображении фиг 7. толщина теплоизоляции 4 на полу преувеличена и штриховкой подчеркнуто, что она состоит из отдельных плит. Смотровая яма при этом полностью перекрывается.
Для защиты бетонного пола 5 при проведении испытаний при отрицательной температуре (от 0 до -50°С) от растрескивания и предотвращения промерзания грунта под полом непосредственно на бетонном полу под двойным слоем теплоизолятора укладывают распределенный тепловыделяющий элемент 6 (греющий кабель из комплекта «Теплый пол»), температуру которого (+2 … +3⁰С) контролируют и автоматически поддерживают на заданном уровне системой управления 7.
Перед установкой транспортного средства 8 в измерительную камеру зону от въездных ворот до места расположения автомобиля освобождают от теплоизолятора, плиты теплоизолятора при этом расставляют вдоль стен камеры, что видно на фиг.4 и фиг.5. Именно для облегчения этой процедуры теплоизоляция пола выполнена из отдельных легких плит теплоизолятора. Тепловыделяющие элементы, отодвигают в сторону во избежание повреждения колесами транспортного средства.
После установки автомобиля в измерительную камеру, начальная температура воздуха в которой +20 …+25°С, так как сама измерительная камера смонтирована в отапливаемом помещении, очень часто возникает необходимость высушить автомобиль, который побывал под дождем или под снегопадом. Большое количество влаги в замкнутом объеме измерительной камеры чрезмерно повышает влажность воздуха, который осаждается на теплообменниках воздухоохладителей в виде слоя инея, уменьшая их холодопроизводительность, и вынуждает холодильные системы к чрезмерно частым автоматическим остановкам для оттайки теплообменников, что удлиняет и без того длительный процесс измерений. Более того, пока мы не удалим с пола воду, стекающую с автомобиля, и упавший с колесных арок автомобиля снег с антигололедными реагентами, мы не можем начать укладку на пол теплоизолятора, который был заранее отставлен в сторону, и который в условиях избыточной влажности и стекающей на него воды с автомобиля быстро потеряет свои теплоизолирующие свойства. Кроме того, оставшаяся вода на крыше испытываемого на предмет определения коэффициента теплопередачи теплоизолированного фургона в соответствии с соглашением СПС, искажает полученное значение коэффициента теплопередачи.
Большую часть воды с бетонного пола и с крыши фургона удаляют традиционными средствами - тряпками, пылесосами, сжатым воздухом, а для завершения процесса удаления влаги применяют в качестве осушителя воздуха реконструированную холодильную систему 9 и воздухоохладитель 9.
Как указывалось выше, изначально присутствующая в составе камеры-прототипа холодильная установка 9, первоначально способная в камере-прототипе охладить воздух до минус 10°С, в состав которой входил первоначально воздухоохладитель 10, реконструирована так, что, во-первых, ее мощный трехвентиляторный воздухоохладитель 10 заменен на менее мощный двухвентиляторный теплообменник 9, который, во-вторых, после перенастройки блока управления холодильной системой, никогда не охлаждается до отрицательных температур, а охлаждается лишь до +2 …+4°С.
До такой перенастройки теплообменник быстро охлаждался до отрицательных температур, конденсировал на себе избыточную влагу в виде инея, был вынужден по показаниям своих датчиков автоматически периодически прекращать работу на охлаждение камеры для оттайки теплообменника и потому увеличивал длительность процесса охлаждения камеры.
Многократно проходя в течение нескольких часов сквозь теплообменник, охлажденный до температуры выше температуры замерзания воды, влага из воздуха измерительной камеры не конденсируется на ребрах испарителя в виде инея, а стекает в поддон и через слив удаляется за пределы камеры. Холодильная установка 9 в таком режиме не останавливается по показаниям своих датчиков для оттайки теплообменника. Вместе с тем холодопроизводительность этой реконструированной холодильной системы оказывается достаточной, чтобы получить и автоматически поддерживать в измерительной камере температуру воздуха +7°С, необходимую, например, для измерения коэффициента теплопередачи теплоизолированных автофургонов в соответствии с требованиями соглашения СПС.
Только после полного высушивания автомобиля и бетонного пола в течение 3-4 часов, если это было необходимо, греющие кабели и плиты теплоизолятора вновь укладывают под автомобиль. (Иногда для этого приходится забраться в смотровую яму!) Вблизи колес жесткий теплоизолятор не позволяет плотно закрыть оставшиеся щели, поэтому вблизи колес применяют мягкий теплоизолятор пенополиуретан (поролон).
Резиновые колеса сами являются достаточно хорошим теплоизолятором, но иногда для удобства укладки плит теплоизолятора вблизи колес и всегда при испытаниях гусеничных машин их загоняют (или даже устанавливают с помощью домкратов) на теплоизоляционные подкладки (пенопласт высокой плотности и многослойная фанера сверху), правильная геометрия которых упрощает укладку теплоизоляционных плит. Применение мягкого теплоизолятора при этом оказывается, однако, также необходимым.
Процедура укладки теплоизолятора под автомобиль достаточно трудоемка, поэтому теплоизолятор и теплоизоляционные подкладки под автомобиль устанавливают только в случае испытаний при отрицательных температурах. Холодильная система не обеспечит ни -25°С ни -50°С, если бетонный пол с включенными греющими кабелями не будет теплоизолирован от объема камеры.
Если температура при испытаниях выше нуля градусов, например +7°С, что требуется для измерения коэффициента теплопередачи авторефрижераторных фургонов в соответствии с СПС, холодопроизводительность даже реконструированной и перенастроенной высокотемпературной холодильной системы 9 позволяет получить нужную температуру типа +7⁰С и без теплоизоляции пола, а отопительная система в виде нескольких тепловентиляторов расставленных на полу по периметру камеры позволяет нагреть камеру до +50⁰С В этом случае транспортное средство без всяких теплоизолирующих подкладок на полу устанавливается прямо на бетонный пол.
Только после полной теплоизоляции пола под установленным на теплоизоляционные подкладки транспортным средством для испытаний при низких температурах включают холодильную систему и систему автоматического подогрева поверхности бетонного пола. В зависимости от требуемой температуры испытаний выбирают или среднетемпературную холодильную систему 10 (для работы до -25°С) или низкотемпературную систему 11 (при работе до -50°С). Всегда стремятся применять холодильную систему, энергопотребление которой меньше.
Достаточно сказать, что потребляемая из сети 380В паспортная мощность двух компрессорных блоков низкотемпературной холодильной системы, обеспечивающей -50°С, составляет 32 кВт против 9,7 кВт у среднетемпературной и 5 кВт у высокотемпературной. Плюс к тому 2-10 кВт для вентиляторов конденсаторных систем и воздухоохладителей.
Для всех трех холодильных систем применены компрессоры Bitzer и комплектующие ведущих мировых фирм.
Общая длительность испытаний, включая высушивание влажного транспортного средства и пола, охлаждение камеры и самого транспортного средства до низких температур, выполнение всех измерительных процедур и последующий подогрев транспортного средства, может достигать 3 суток.
По окончании низкотемпературных измерений транспортное средство прямо в закрытой измерительной камере нагревают по крайней мере до +10°С, в противном случае, особенно в летнее время, когда влажность воздуха очень велика, транспортное средство, если его выгнать из камеры на улицу или даже просто открыть ворота измерительной камеры, покрывается толстым слоем инея, который, когда растает, может повредить электронику автомобиля.
Для обогрева воздуха в камере количество тепловентиляторов (12 на фиг.7) увеличивают до 6 шт. (против 4 шт. у прототипа) суммарной мощностью 18 кВт (против 12 кВт у прототипа). Нагреватели, как правило, распределяют по периметру камер, в некоторых случаях часть их устанавливают даже в смотровой яме.
Блок управления помощью регулятора температуры позволяет нагревать и автоматически поддерживать с точностью до ±0,5°С заданную температуру воздуха в камере с в диапазоне от комнатной до +50°С. Блок управления вынесен за пределы измерительной камеры.
Высокие температуры в измерительной камере необходимы (для имитации жаркого лета) при измерениях холодопроизводительности или проверке работоспособности холодильных установок авторефрижераторов, а также автомобильных кондиционеров, в том числе предназначенных для работы в жарком и тропическом климате (измерения проводят при температуре воздуха в измерительной камере от +30 до +50°С).
Добавим, что газоразрядные лампы, освещающие пространство измерительной камеры-прототипа, при температуре ниже минус 40°С престают зажигаться, поэтому их заменяют на светодиодные светильники. На фиг.4 на стене слева светодиодные светильники, а справа еще газоразрядные.
Измерение температуры в измерительной камере после ее реконструкции осуществляют двумя многоканальными (по 12 измерительных каналов у каждого) термоизмерителями ТМ-12, которые перекрывают весь наш расширенный диапазон от -50 до +50°С. Термоизмерители также вынесены за пределы измерительной камеры.
Все органы управления электроборудованием камеры, измерительные приборы и прочая электронная аппаратура, участвующие в измерениях (их состав зависит от вида измерения), сосредоточены в одной зоне – зоне измерения 13, расположенной за пределами измерительной камеры, где, как и во всем помещении, в котором установлена измерительная камера, поддерживают комнатную температуру.
Учитывая значительные габариты измерительной камеры, для передачи сигнала с измерительных датчиков к измерительной аппаратуре применяют удлиненные кабели, что принимают во внимание при проведении поверки измерительных приборов.
Приведем пример испытания автомобиля на фрагменте из реального протокола испытаний.
Данное испытание должно было имитировать следующую ситуацию: автомобиль скорой помощи длительное время находился на улице при температуре окружающего воздуха -25°С. Внутри салона автомобиля при работающем двигателе автомобиля с помощью его штатного отопительного оборудования (тосольного обогревателя) поддерживалась температура воздуха +20°С. Автомобиль глохнет, теплопроизводительность тосольного обогревателя падает до 0. На сколько градусов за 30 минут остынет воздух в салоне автомобиля в нескольких заданных точках? Скорость падения температуры воздуха в такой ситуации регламентируется соответствующими документами и является одним из критериев при приемке автомобиля заказчиком.
ПРОТОКОЛ № 294/З-25 от 10 августа 2018 г.
оценки теплоизоляции автомобильного фургона.
1. Объект испытаний
Для оценки теплоизоляции было предоставило 2 автомобиля №1 и №2 – скорая помощь на базе шасси УАЗ, полностью укомплектованные необходимым оборудованием, гос.№ - без номера, изготовленные в 2018 г. ООО «Автодом».
2. Условия проведения измерений, метод и средства измерения
Измерения проводились с 11 час.00 минут 9 августа по 15 час.00 минут 10 августа 2018 г.
Место измерения: испытательная станция НГТУ, г. Н.Новгород, Казанское шоссе, д.12.
3. Приборы и средства измерений
Наименование средств измерений
Диапазон измерений
Дата последней поверки / поверочный интервал
Погрешность
Термоизмеритель ТМ-12.3
(-50…+200 )°С
Февраль 2018 г / 12 мес.
±0,05°С
Терморегулятор «Метакон-513»
(0,1 – 12) кВт
Февраль 2018 г /24 мес.
0,5%
4. Режимы испытаний:
- автоматически поддерживаемая температура в измерительной камере -25°С;
- автоматически поддерживаемая температура в салоне фургона +20°С.
В салон фургона устанавливают электронагреватель с вентилятором, автоматически с помощью терморегулятора «Метакон-513» поддерживают температуру воздуха в салоне автомобиля-скорой помощи на уровне +20°С в течение всего цикла охлаждения измерительной камеры до -25°С.
После охлаждения воздуха в измерительной камере до -25°С, автоматически поддерживаемой температуре воздуха в салоне автомобиля +20°С и выдержки при этих температурах в течение 6 часов, нагреватель и вентилятор в салоне фургона выключают и на протяжении 30 минут фиксируют понижение температуры воздуха в салоне в следующих 4 точках:
1 - над центром переднего сиденья на высоте 100 мм;
2 - над центром второго сиденья на высоте 100 мм;
3 - над центром носилок на высоте 100 мм;
4 - над средней точкой на полу салона на высоте 100 мм
5. Результаты измерений в течение 30 минут после выключения нагревателя для фургонов № 1 и 2 приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1. Температура, °С в четырех точках измерения, фургон № 1 (белый)
Время, мин
Номер датчика / температура,⁰С
1
2
3
4
0
21.59
19.76
21.2
18.9
5
21.51
19.69
21.07
18.97
10
19.91
18.62
19.25
15.91
15
17.86
16.31
16.55
13.07
20
15.54
14.66
15.01
11.73
25
13.82
13.3
13.76
10.54
30
12.42
12.08
12.5
9.66
ΔТ=Т(0)-Т(30)
9.17
7.68
8.7
9.24
Таблица 2. Температура, °С в четырех точках измерения, фургон № 2 (желтый)
Время, мин
Номер датчика / температура,⁰С
1
2
3
4
0
20.52
18.76
20.14
17.93
5
20.44
18.69
20.02
18.00
10
18.90
17.67
18.27
15.06
15
16.94
15.45
15.68
12.34
20
14.71
13.86
14.20
11.05
25
13.06
12.56
13.00
9.91
30
11.71
11.39
11.79
9.06
ΔТ=Т(0)-Т(30)
8.80
7.37
8.35
8.87
На основании этих измерений заказчиками был сделан вывод о недостаточной степени теплоизоляции конструкции обоих фургонов скорой помощи на базе шасси УАЗ, так как в соответствие с их нормативными документами падение температуры в указанных точках не должно было превышать 5°С.
Работа с реконструированной измерительной станцией, которую авторский коллектив заявляет как полезную модель, началась с конца июля 2018 г. Реальных испытаний при минус 50°С еще не проводилось, охлаждение измерительной камеры до минус 50°С и даже до -55°С проводились пока лишь в тестовом режиме: пол в камере полностью теплоизолирован, в камере отсутствует испытываемое транспортное средство.