Аккумулятор батареясы

Аккумулятор деп көп рет әсер ететін электр энергиясының химиялық көздерін айтады, олар электр энергиясын олардан электр тогын өткізу кезінде жинайды (аккумулятрлейді), содан кейін электр энергиясын оларға сыртқы салмақ түсуді қозған кезде береді. Аккумулятордың негізгі бөліктері болып табылады: электролиті бар бакқа салынған оң және теріс электрондар.

Аккумуляторлардың жұмыс істеу принципі электрод пен электрлит арасындағы реакциялардың қайта оралуын пайдалануға негізделген, ол кезде аккумулятор арқылы өткізілген электр энергиясы химиялыққа айналады (зарядтау режимі), содан кейін химиялық энергия—электр энергиясына айналады (разрядтау режимі). Мұндағы химиялығы белсенді зат электродты пластиналарда алдымен басқа химиялық қосындыға айналады, содан кейін толығымен дерлік, қайта қалпына келеді. Электродты пластиналар мен эелектролитке арналған химиялық элементтер құрамына қарай аккумуляторды қорғасын-қышқылдық және сілтілік деп бөледі. Жүйелі жасалған бірқатар аккумулятор батареяны құрайды.

2.58 сурет. Тепловоз батареяның аккумуляторлары: а-қорғасын-қышқылдық; б-сілтілік никель-темір.

Аккумулятор құрылысын қорғасын-қышқылдық аккумулятор (2.58 сур.) үлгісінде қарастырамыз. Аккумулятор өзара кезектесетін теріс 19 және оң электрод пластиналары блогынан 1 тұрады. Пластиналар 95% қорғасыннан құйылған торлардан және ұялары жұмыс заттарымен толтырылған, оны тығыздайтын 5% сурьмадан құралады. Полярлығы әртүрлі қатарлас пластиналар қабырғалы мипласт және шыны-талшықтан жасалған сеператорлармен 3 бөлінген. Бір полярлықтың пластиналары бөлек жартылай жартылай блоктарға дәнекерленген. Жартылай блоктардың басына және аяғына шығатын жерлер 4 дәнекерленген. Бактың үсті төрт саңылауы бар эбонит қақпағымен 5 жабылған. Аккумулятор электролиті ретінде күкірт қышқылының ерітіндісін қолданады.

Электролиттің электрод пластиналарының жұмысын затымен өзара әсерлесуі кезіндегі аккумулятордың жұмыс істеуі кезінде пластиналарда химиялық реакциялар болады.

27-30 дәріс. Теміржол көлігін өндіруде АЖЖ қолдану тәжірибесі

Қазіргі жолаушы вагондары бойлық және көлденең қаттылық элементтер жинағымен бекітілген және терезе мен есіктерге арналған ойындылары бар біртұтас көтерме конструкция болып табылады. жинақ элементтерін қаңылтыр көмкермеге байланған стерженьдер, бүрмелер немесе көмкерменің өзінің бүгіндісі. Кейде стерженьдер көмкермемен бірге жасалады, мысалы, алюминий қоспаларынан әзірленген профильдер. Кейбір жағдайларда «сэндвич» тәріздес үш қабатты қабықтан тұратын жолаушы вагондарының шанақтары да қолданылуы мүмкін. Вагон шанағының ұштарына өте үлкен күштерге төтеп беретін және үлкен жол апаттарында жолаушыларды сақтап қала алатын мықты рамалар орнатылады.

Жолаушы вагондарына пайдалану кезінде әсер беретін негізгі жүктемелер төмендегілер болып табылады:

· вертикал – шанақтың өз салмағынан және қол жүгімен бірге жолаушылардың салмағынан болады, оған серіппелердегі (рессора) тербелістен болатын динамикалық күштер де қосылады;

· бүйірлік горизонтал – орталықтық күш пен жел қысымынан болады ( жолаушы вагондары шанағының бүйірлік элементтері үшін жуықтас есептеулерде бұл күштер вертикал статикалық жүктемелерден туындайтын кернеулердің 12,5 %-ына ұлғаю арқылы қолданылады;

· вагондардың қозғалыс кезіндегі тербелістерде, сондай-ақ тежеу болғанда немесе пойыз орнынан қозғалғанда пайда болатын күштер;

· бойлық – пойыздың автотіркеуіштерде қозғалуы кезінде вагондардың бір-бірімен және локомотивпен соқтығысыуында туындайды, олардың мөлшері жылжымалы құрамның жұмыс режимімен анықталады.

Жолаушы вагондарының шанағын, пайдалану барысында бір мезгілде әсер ететін күштердің болуы ықтимал ең тиімсіз үйлесу жағдайына қарай жобалайды.

Вертикал статикалық жүктеме шанақтың өз ауырлық күшінен және багажбен бірге есептелген жолаушылардың қосынды салмағынан тұрады. Жолаушы вагонының өз ауырлық күші деп оның конструкциясының және онда орнатылған жабдықтардың ауырлық күшін, сондай-ақ су, отын және басқа да жабдықтау заттары қорының толық салмағын айтады.

Жолаушы вагонының шанағына әсер ететін жүктің ауырлық күші оның жолаушылық толымдылығымен және багажбен бірге алынған жолаушылардың ауырлық күшімен анықталады.

Алыс сапарға арналған жолаушы вагондарының есептік толымдылығы вагон пайдалануда қарастырылған ең жоғары орын санымен анықталады. Облыс аралық және қала маңылық қатынас вагондарының ең үлкен толымдылығы отыруға арналған орындар санынан және тамбур мен өткелдерді қоса алғанда, еденнің бос ауданының әрбір 1 м²– нде тұратын 7 адамды қосқандағы қосынды орын санымен анықталады. Вагон еденінің бос ауданы деп кресло және дивандар қойылмаған,сондай-ақ отырған жолаушылардың аяқтарынан бос, ені 0,2 м аудан айтылады. Екі қабатты вагондардың екінші қабаты үшін тұрып тұрған жолаушылардың тығыздығы еденнің бос ауданының 1 м²– 4 адам деп қабылданған. Бір жолаушының багажбен қоса орташа ауырлық күші алыс сапар вагондары үшін 1 кН тең деп, ал облыс аралық және қала маңылық қатынас вагондары үшін – 0,7 кН құрайды.

Вагонның 2l ³ 2.5h_к (h_к – шанақ биіктігі) базасы үшін жуықтап есептеу барысында тұтас көтерме шанақты І және ІІІ есептік режимдер бойынша біркелкі таралған жүктеме q және бойлық күштер N әсер ететін, екі тіреуде – бүйір сырғымаларда жатқан арқалық ретінде қарастыруға болады (15.1а сурет). Біркелкі түсірілген жүктеме мына формуламен анықталады:

q = (T_к + НР_n) /2L_к, (15.1)

мұндағы T_к – шанақтың оған орнатылған жабдығымен және су, отын және басқа да жабдықтау заттарының толық қорының ауырлық күші; Н – вагонның есептік толымдылығы; Р_n - бір жолаушының бағажбен бірге ауырлық күші; 2L_к, – шанақтың көтерме конструкциясының ұзындығы.

а – есептік схема; б, в – біркелкі таралған q және бойлық N жүктемелерден болатын июші сәттердің эпюрлері; г, д – кесіп өтетін Q және қалыпты N күштердің эпюрлері.

15.1 сурет. Жолаушы вагонының шанағын жобалық әдіспен есептеу

Тіреулердің реакциясы:

R = (T_к + НР_n) / 2, (15.2)

Шанақ қимасында біркелкі түсірілген жүктемеден болатын июші сәттерді (15.1б сурет) төмендегі формулалар бойынша анықтайды:

тіреулердің үстінде – М_оп = q------ / 2, (15.3)

шанақтың орта тұсында – М_ср = q------- / 2 – Rl, (15.4)

І –І қимасында – М₁ = q------ / 2 – R(х₁ – n_к), (15.5)

ІІ – ІІ қимасында – М₂ = q---- / 2 – R(х₂ – n_к), (15.6)

Бойлық жүктеменің эксцентрлік әсерінен болатын июші сәттер қарастырылып отырған шанақ қималарында өзара тең (15.1 сурет) және мына формуламен анықталады:

М_N = N × z, (15.7)

мұндағы N – автотіркеуіш өсі бойымен түсірілген бойлық күш, ол келесі есептік режимдерге сәйкес келеді: жолаушы вагондары үшін N = (-2 МН), (+2,5МН); жедел пойыздардың вагондары үшін N = (-1,5 МН), (+2 МН).

z – шанақтың көлденең қимасының ауырлық ауырлық ортасынан автотіркеуіш өсіне дейінгі қашықтық.

Шанақ материалында біркелкі түсірілген жүктемеден және бойлық сығымдаушы (-) немесе созушы (+) күштен N туындайтын қосынды қалыпты кернеулер, шанақты екі тіреуде жатқан арқалық ретінде қарастырғанда әсер ететін бойлық және динамикалық күштерді ескере отырып, мына формулалармен анықталады:

тіреулер үстіндегі қимада –

s_оп = (1,125М_оп (1 +к_дв) ± N × z) / J × h_і ± N/F , (15.8)

вагон ортасындағы қимада –

s_ср = (1,125М_ср (1 +к_дв) ± N × z) / J × h_і ± N/F , (15.9)

мұндағы J және F – сәйкесінше, жалпақ көмкерменің жұмыстық бөлігі ескерілген инерция сәті мен шанақтың көтерме конструкциясының есептік көлденең қимасының ауданы;

h₁ – шанақтың нейтралдық өсінен көлденең қиманың кернеу анықталған нүктесіне дейінгі ара қашықтық (і – нүкте нөмірі);.

1,125 – орталықтық және желдік жүктемелердің әсерін білдіретін коэффициент;

к_дв – шанақтың вертикал динамикасының коэффициенті.

Жоғарыда баяндалған жүктемелердің әсерінен жолаушы вагондарының шанағында, сонымен қатар бүйір қабырғадағы терезе және есік орындарының болуына байланысты туындайтын қосымша кернеулер де болады.

Ара қабырғалардағы кернеуді анықтау үшін көрші терезе ойықтарының ортасынан өтетін шанақтың І-І және ІІ-ІІ екі көлденең қималарын қарастырамыз (15.1 суретті қараңыз). Июші сәт эпюрлерінен көрініп тұрғанындай, M₂ > M₁, демек, арақабырғагоризонтал күштердің айырмасымен жүктелген (15.2 сурет):

Т = T₂ – T₁ =s_II × 2F_в – s_I × 2F_в = 2 F_в(s_II – s_I), (15.10)

Мұндағы F_в – бүйір қабырғаның жоғарғы терезе үстілік белдеуінің көлденең қимасының ауданы.

Арақабырғаның оң және сол жақтарында пайда болатын қалыпты кернеудің орташа мәні, бүйір және динамикалықкүштердің әсерін ескере отырып, мына формуламен анықталады:

s_І = (1,125М_І (1 +к_дв) / J × h_і , (15.11)

s_ІІ = (1,125М_ІІ (1 +к_дв) / J × h_і , (15.12)

мұндағы h – шанақ конструкциясының көлденең қимасының нейтрал өсі мен бүйір қабырғаның жоғарғы белдеуінің ауырлық ортасы арасындағы қашықтық.

(15.11) және (15.12) тәуелділіктерді (15.10) формуласына қоя отырып, мына формуланы аламыз:

Т = 2 F_в h ) / J × 1,125(М₂ – М₁) (1 +к_дв), (15.13)

Есептік схема жасау барысында белдеулердің міндетті түрде қатты болатындығы және олардың бұрылмай-ақ горизонтал бағытта бір-бірімен орын ауыстыратындығы (15.2б сурет), ал арақабырға оның көтерме конструкциясының көлденең қималарының ауырлық орталықтары арқылы өтетін вертикал сызықтан құралғаны ескеріледі. Бұл жерде арақабырғаның төменгі ұшы толығымен төменгі белдеуге кіргізілген болып, ал жоғарғысы тетігі бұралмай-ақ горизонтал бағытта жылжи алатын болып сналады. Иілістің июші сәт қарама-қарсы таңбаға ауысатын А нүктесінің ерекше қасиетін пайдаланамыз. Яғни, көлденең қиманың А нүктесінде июші сәт нөлге тең, ал көлденең Т күшінен ең үлкен мәні төмендегіше болатын июші сәттер туындайды:

М_пр = T × h_ок / 2 (15.14)

Ең үлкен июші сәттердің әсері терезе орнының бұрыштарына сай келуіне байланысты, кернеулерді есептеу барысында олардың концентрациясына жоғары көңіл бөлінеді. Сондықтан, терезе ойықтарының жоғарғы және төменгі бұрыштарындағы қалыпты кернеулер былай анықталады:

s_пр = М_пр / J_пр × b / 2× К , (15.15)

мұндағы J_пр – қабырға жазығындағы иілу кезіндегі арақабырғаның көтерме конструкциясының инерция сәті; b – арақабырға ені; К – r дөңгелену радиусының арақабырға еніне қатынасына тәуелді болатын кернеулер концентрациясының коэффициенті (15.1 кесте).

15.1 кесте. К кернеулер концентрациясы коэффициентінің r/b қатынасына тәуелді мәндері

Арақабырға көмкермесінің түйіспе кернеулері жуық шамамен мына формула бойынша анықталады:

t = T / F_пр , (15.16)

мұндағы F_пр – арақабырға көмкермелік бетінің көлденең қимасының ауданы.

Арақабырғадағы эквиваленттік кернеулер болжамдық [s] мәнінен аспауы тиіс.

Терезе ойықтарындағы үстіңгі және астыңғы белдеулер көлденең күштердің әсерінен қосымша кернеу алады. Есептік схеманы құрау үшін шанақтың терезе ойығының жиектерімен өтетін ІІІ-ІІІ және ІV- ІV екікөлденең қимасын (15.1а суретті қараңыз) қарастырамыз. Кесіп өтуші күштердің эпюрлерінен (15.1г суретті қараңыз) көрініп тұрғанындай, терезе ойығының аумағында бүйір қабырға белдеулері әртүрлі шамадағы көлденең күштердің әсеріне түседі, мұндағы Q₃>Q₄. Демек, белдеулер осы күштердің айырмасының әсерінен қосымша деформация алады (15.2 сурет):

2 Q = Q₃ – Q₄, (15.17)

мұндағы – Q – шанақтың бір бүйір қабырғасының терезе ойығына келетін кесіп өтуші күш.

Көлденең күш белдеулерге олардың иіліске мықтылығына қарай бөлініп таралады. Яғни, жоғарғы белдеуге:

Q_в = Q × J_в /( J_d + J_н , (15.18)

ал төменгі белдеуге:

Q_н = Q × J_н /( J_d + J_н , (15.19)

тура келеді. Мұндағы J_в және J_н – жоғарғы және төменгі белдеу қималарының инерциялық сәттері.

Есептік схеманы құруда белдеулер сол және оң жақтан бірдей арақабырғамен қыстырылған деп қарастырылады. Оған қоса, иілу сәттері нөлге тең болатын жоғарғы В және төменгі С белдеулердің майысу нүктелерінің ерекше қасиетін қолдана отырып (15.2д сурет), қарапайым есептік схема аламыз. Бұл орайда келтірілген схемадағы белдеулер олардың көтерме конструкциясының көлденең қимасының ауырлық орталары арқылы өтетін сызықтардан түзілген, ал оларға көлденең түсетін Q_в және Q_н күштері терезе ойығының ортасында орналасқан В және С майысу нүктелерінде беріледі. Жоғарғы және төсенгі белдеулердегі қосымша иілу сәттерінің эпюрлері 15.2г суретте көрсетілген, ал олардың түйісулердегі ең жоғарғы мәндері мынаған тең:

жоғарғы белдеуде – М_дв = Q_в× l_ок, (15.20)

төменгі белдеуде – М_дн = Q_н× l_ок, (15.21)

ал қосымша кернеулер жалпы жағдайда мына формулалар бойынша табылады:

жоғарғы белдеуде – s_дв = М_дв / J_в × h_в , (15.22)

төменгі белдеуде – s_дн = М_дн / J_н × h_н , (15.23)

мұндағы h_в және h_н – жоғарғы және төменгі белдеулердің нейтралдық өсінен қиманың кернеу анықталған нүктелеріне дейінгі арақашықтық.

Шанақтың V - V орта қимасына таман орналасқан ең көп жүктелген терезе орнын (15.1а суретті қараңыз) қарастыра отырып, 1 және 4 нүктелердегі қосынды кернеуді анықтаймыз (15.2г сурет):

S s₁ = – (s_cр,1 + (1,125М_дв (1 +к_дв)) / J_в × h_в1 , (15.24)

S s₄ = – (s_cр,4 + (1,125М_дн (1 +к_дв)) / J_н × h_н1 , (15.25)

мұндағы s_cр,1 – (15.9) формуласынан алынған,минус таңбалы N бойлық сығымдаушы күштің қолайсыз үйлесімі әсер еткен орта қиманың 1 нүктесіндегі негізгі кернеулер;

s_cр,4 – плюс таңбалы N бойлық созушы күштің әсеріндегі жоғарыда аталған көрсеткіш;

Есептік қосынды кернеулер болжамдық [s] мәнімен салыстырылады. Егер,

S s £ [s] (15.26)

шарты орындалатын болса, онда, пайдалану барысындағы күштердің ең қолайсыз әсерінде де шанақ сенімділігінің қамтамасыз етілгені.

Әдебиет:.негізгі – 1,3,4; қосымша – 5,25.