РОЗРОБКА МОБІЛЬНОГО РОЗБІРНОГО ВИПРОБУВАЛЬНОГО СТЕНДУ ДЛЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ ПОКАЗНИКІВ РІВНЯ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ПОЖЕЖНОЇ ТА АВАРІЙНО-РЯТУВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ З ПОРШНЕВИМ ДВЗ ТА РОБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИКОНАВЧИХ ПРИСТРОЇВ ТЗНС

Кондратенко Олександр Миколайович

Національний університет цивільного захисту України, Черкаси, Україна

Краснов Вячеслав Анатолійович

Національний університет цивільного захисту України, Черкаси, Україна

DOI: 10.52363/2522-1892.2025.1.4

Ключові слова: технології захисту навколишнього середовища, виконавчі пристрої, екологічна безпека, енергоустановки, пожежна та аварійно-рятувальна техніка, поршневі двигуни внутрішнього згоряння, пожежна та аварійно-рятувальна техніка, мобільний розбірно-випробувальний стенд, збройна агресія, повоєнна відбудова

Анотація

У статті, в якій наведено результати власних досліджень авторів, метою яких було вдосконалення показників ЕБ процесу експлуатації ЕУ з ПДВЗ, зокрема для ПАРТ підрозділів ДСНС України та інших інституцій сектору безпеки і оборони, шляхом розробки мобільного розбірного стенду для експериментального дослідження техніко-економічних та екологічних характеристик таких ЕУ з ПДВЗ, у тому числі ПАРТ, і показників ефективності виконавчих пристроїв ТЗНС як за часів збройної агресії, так в період повоєнної відбудови економіки та інфраструктури країни. Послідовно вирішувалися наступні задачі: аналіз науково-технічної, довідкової, нормативної та патентної літератури щодо проектування випробувального обладнання для експериментальних досліджень техніко-економічних та екологічних показників ЕУ з ПДВЗ та показників ефективності та продуктивності виконавчих пристроїв ТЗНС; розробка конструкції та геометричної моделі МРВС; виготовлення МРВС; аналіз метрологічних параметрів МРВС. Проблема дослідження - відсутність мобільного розбірного комплексу вимірювальної техніки, придатного для експериментального дослідження техніко-економічних та екологічних характеристик ЕУ з ПДВЗ, у тому числі ПАРТ підрозділів ДСНС України, та показників роботи виконавчих пристроїв ТЗНС у віддалених та постраждалих від конфлікту районах. Ідея дослідження - розробка мобільного швидкорозгорнуваного універсального випробувального стенду з усіма необхідними приладами для прямого та непрямого вимірювання параметрів роботи ЕУ з ПДВЗ, включаючи ПАРТ, показників ЕБ процесу його експлуатації та показників ефективності виконавчих пристроїв ТЗНС, придатних для використання при здійснені комплекснго критеріального оцінювання та верифікації математичних моделей процесів його функціонування, який може бути виготовлений з недефіцитних матеріалів і відрізняється простотою конструкції та високою технологічністю та придатний для використання у віддалених і постраждалих від конфлікту районах. Об'єкт дослідження - комплекс техніко-економічних та екобезпечних чинників процесу експлуатації ЕУ з ПДВЗ, у тому числі ПАРТ підрозділів підрозділів ДСНС України, як у штатних умовах експлуатації, так і на віддалених та постраждалих територіях від збройного конфлікту, а також показники ефективності та продуктивності виконавчих пристроїв ТЗНС, як чинники для здіснення комплексного критеріального оцінювання рівня ЕБ та верифікації математичних моделей цих процесів. Предмет дослідження - конструкційні, метрологічні та експлуатаційні параметри МРВС для експериментального визначення фізичних величин об’єкта дослідження. Наукова новизна результатів дослідження – набула подальшого розвитку концепція конструкції та методика застосування мобільного розбірного комплексу засобів вимірювальної техніки для експериментального дослідження техніко-економічних та екологічних показників процесу експлуатації ЕУ з ПДВЗ, а також показників ефективності та продуктивності виконавчих пристроїв його ТЗНС, як чинників для здіснення комплексного критеріального оцінювання рівня ЕБ та верифікації математичних моделей таких процесів, в частині адаптації для одиниць ПАРТ придатний для проведення експериментальних досліджень вказаних вище показників ЕУ з ПДВЗ, як у штатних умовах експлуатації, так і на віддалених та постраждалих територіях від збройного конфлікту, із забезпеченням дотримання «Положення про екологічну безпеку для ДСНС України», затвердженого наказом № 618 від 20.09.2013 р. як в умовах збройної агресії, так і в період післявоєнної відбудови економіки та інфраструктури країни.

Посилання

1. Kondratenko O. M., Krasnov V. A., Semykin V. M. The place of DPF with a liquid working body in the classification of atmospheric air protection technologies from the complex negative influence of power plants with reciprocation ICE. Technogenic and ecological safety. 2023. No. 14(2/2023). P. 67–91. DOI: 10.52363/2522-1892.2023.2.8.

2. Development and Use of the Index of Particulate Matter Filter Efficiency in Environmental Protection Technology for Diesel-Generator with Consumption of Biofuels / O. Kondratenko, V. Andronov, V. Koloskov, O. Strokov. 2021 IEEE KhPI Week on Advanced Technology: Conference Proceedings (13–17 September 2021, NTU «KhPI», Kharkiv). Харків: НТУ «ХПІ», 2021. С. 239–244. DOI: 10.1109/KhPIWeek53812.2021.9570034.

3. Інструментальна похибка відомих формул перерахунку показників димності у показники токсичності відпрацьованих газів поршневих ДВЗ / O.М. Кондратенко та ін. Техногенно-екологічна безпека. № 12(2/2022). С. 3–18. DOI: 10.52363/2522-1892.2022.2.1.

4. Наказ Державної служби України з надзвичайних ситуацій «Про затвердження Положення про організацію екологічного забезпечення ДСНС України» від 20.09.2013 р. № 618 (за основною діяльністю). URL: https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/v0618388-13#Text (дата звернення 10.03.2025).

5. Uniform provision concerning the approval of compression ignition (C.I.) and natural gas (NG) engines as well as positive-ignition (P.I.) engines fueled with liquefied petroleum gas (LPG) and vehicles equipped with C.I. and NG engines and P.I. engines fuelled with LPG, with regard to the emissions of pollutants by the engine: regulation United Nations Economic and Social Council Economics Commission for Europe Inland Transport Committee Working Party on the Construction of Vehicles of 26 January 2013 year Regulation No. 49, Revision 6, Geneva, UNECE, 2013.

6. Указ Президента України «Про Цілі сталого розвитку України на період до 2030 року» від 30.09.2019 р. № 722/2019. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/722/2019#Text (дата звернення 10.03.2025).

7. Krasnov V. A., Kondratenko O. M. Portable test bench for experimental research of the working characteristics of executive elements of environmental protection technologies against the influence of power plants with reciprocating ICE. Екологічна безпека в умовах війни: збірник. тез доповідей V Міжнародної науково-практичної конференції (21 листопада 2024 р., ЛДУБЖД, Львів). Львів: ЛДУБЖД, 2024. C. 45–47.

8. Краснов В. А., Кондратенко О. М. Мобільний випробувальний стенд для експериментального дослідження робочих характеристик виконавчих елементів технологій захисту довкілля від впливу поршневих ДВЗ. Матеріали Всеукраїнської науково-практичної Інтернет-конференції здобувачів вищої освіти і молодих учених «Метрологічні аспекти прийняття рішень в умовах роботи на техногенно небезпечних об’єктах» (05 листопада 2024 р., ХНАДУ, Харків). Харків: ХНАДУ, 2024. С. 60–65.

9. Kondratenko O., Lytvynenko O. Exploring the digital landscape: interdisciplinary perspectives. Monograph. Сhapter 5 «Artificial intelligence and innovative educational approaches in digital society». Subsection 5.6. Ecological safety of transport as a component of national security of Ukraine during armed aggression and as a prerequisite for a «green» transition during post-war reconstruction. Katowice: The University of Technology in Katowice Press, 2024. P. 853–869. DOI: 10.54264/M036.

10. Marchenko A. P., Parsadanov I. V. Сriteria for assessing the effectiveness of transport power plants decarbonisation in accordance with implementation of the sustainable development concept. Internal Combustion Engines. 2024. No. 1. P. 3–11. DOI: 10.20998/0419-8719.2024.1.01.

11. Постанова Кабінету Міністрів України «Про затвердження переліку пріоритетних тематичних напрямів наукових досліджень і науково-технічних розробок на період до 31 грудня року, що настає після припинення або скасування воєнного стану в Україні» від 30.04.2024 р. № 476. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/476-2024-%D0%BF#Text (дата звернення 10.03.2025).

12. Паспорт спеціальності 21.06.01 «Екологічна безпека», затверджений постановою Президії ВАК України № 33-07/7 від 04.07.2001 р. URL: https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/va7_7330-01#Text (дата звернення 10.03.2025).

13. Кондратенко О. М. Науково-методологічні основи захисту атмосферного повітря від техногенного впливу енергоустановок з поршневими двигунами внутрішнього згоряння: дис. д-ра техн. наук: спец 21.06.01 – екологічна безпека [Рукопис]. Харків: НУЦЗ України, 2021. 465 с.

14. Полив’янчук А. П. Науково-практичні основи підвищення ефективності визначення викидів твердих частинок з відпрацьованими газами дизеля : дис. д-ра техн. наук: спец 05.05.03 – двигуни та енергетичні установки [Рукопис]. Луганськ: СНУ ім. В. Даля, 2013. 420 с.

15. Teaching Nonlinear Model Predictive Control with MATLAB/Simulink and an Internal Combustion Engine Test Bench / M. Keller et al. IFAC-PapersOnLine. 2020. Vol. 53. Issue 2. P. 17190–17197, DOI: 10.1016/j.ifacol.2020.12.1733.

16. Direct multivariable controller tuning for internal combustion engine test benches / T. E. Passenbrunner, S. Formentin, S. M. Savaresi, L. del Re. Control Engineering Practice. 2014. Vol. 29. P. 115–122. DOI: 10.1016/j.conengprac.2014.04.009.

17. MAP Learning and Disturbance Observation based Engine Torque Control for Dynamometer Test Bench / D. Ruan et al. IFAC-PapersOnLine. 2018. Vol. 51. Issue 31. P. 833–839. DOI: 10.1016/j.ifacol.2018.10.117.

18. Passenbrunner T. E., Sassano M., del Re L. Optimal Control of Internal Combustion Engine Test Benches equipped with Hydrodynamic Dynamometers. IFAC Proceedings Volumes. 2013. Vol. 46. Issue 21. P. 576–581. DOI: 10.3182/20130904-4-JP-2042.00010.

19. Laila D. Sh., Gruenbacher E. Nonlinear output feedback and periodic disturbance attenuation for setpoint tracking of a combustion engine test bench. Automatica. 2016. Vol. 64. P. 29–36. DOI: 10.1016/j.automatica.2015.10.054.

20. Cryogenic Liquid Rocket Engine Test Bench Fault-Tolerant Control System: Cooling System Application / C. Sarotte et al. IFAC-PapersOnLine. 2019.Vol. 52. Issue 12. P. 280–285. DOI: 10.1016/j.ifacol.2019.11.256.

21. Laila D. Sh., Grünbacher E. Nonlinear observer and output feedback design for a combustion engine test bench. IFAC Proceedings Volumes. 2008. Vol. 41. Issue 2. P. 3842–3847. DOI: 10.3182/20080706-5-KR-1001.00646.

22. Laila D. Sh., Grünbacher E., del Re L. Discrete-time model reference controller design for a combustion engine test bench. IFAC Proceedings Volumes. 2007. Vol. 40. Issue 12. P. 1185–1190. DOI: 10.3182/20070822-3-ZA-2920.00196.

23. Real-time nonlinear individual cylinder air fuel ratio observer on a diesel engine test bench / J. Chauvin et al. IFAC Proceedings Volumes. 2005. Vol. 38. Issue 1. P. 194–199. DOI: 10.3182/20050703-6-CZ-1902.01920.

24. Possibilistic causal diagnosis: application to engine dyno test benches / S. Boverie et al. IFAC Proceedings Volumes. 2002. Vol. 35. Issue 1. P. 413–418. DOI: 10.3182/20020721-6-ES-1901.00800.

25. Impact of engine oil degradation on wear and corrosion caused by acetic acid evaluated by chassis dynamometer bench tests / Ch. Besser et al. Wear. 2014. Vol. 317. Issues 1–2. P. 64–76. DOI: 10.1016/j.wear.2014.05.005.

26. Engine bench and road testing of an engine oil containing MoS₂ particles as nano-additive for friction reduction / M. F. Sgroi et al. Tribology International. 2017. Vol. 105. P. 317–325. DOI: 10.1016/j.triboint.2016.10.013.

27. Prediction of fuel economy performance of engine lubricants based on laboratory bench tests / J.-A. Maroto-Centeno, T. Pérez-Gutiérrez, L. Fernández-Ruíz-Morón, M. Quesada-Pérez. Tribology International. 2016. Vol. 94. P. 67–70. DOI: 10.1016/j.triboint.2015.07.041.

28. Numerical Evaluation of the Applicability of Steady Test Bench Swirl Ratios to Diesel Engine Dynamic Conditions / C. F. Forte et al. Energy Procedia. 2015. Vol. 81. P. 732–741. DOI: 10.1016/j.egypro.2015.12.079.

29. NH3-SCR by monolithic Cu-ZSM-5 and Cu-AFX catalysts: Kinetic modeling and engine bench tests / G. Shibata et al. Catalysis Today. 2019. Vol. 332. P. 59–63. DOI: 10.1016/j.cattod.2018.06.023.

30. Di Bartolomeo E., Grilli M. L YSZ-based electrochemical sensors: From materials preparation to testing in the exhausts of an engine bench test. Journal of the European Ceramic Society. 2005. Vol. 25. Issue 12. P. 2959–2964. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2005.03.218.

31. Ultrafine particle emission characteristics of diesel engine by on-board and test bench measurement / Gh. Huang et al. Journal of Environmental Sciences. 2012. Vol. 24. Issue 11. P. 1972–1978. DOI: 10.1016/S1001-0742(11)61038-3.

32. Development of a 1D Urea-SCR system model coupling with wall film decomposition mechanism based on engine bench test data / B. Shen et al. Energy Procedia. 2017. Vol. 142. P. 3492–3497. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.12.235.

33. Iodice P., Senatore A. New research assessing the effect of engine operating conditions on regulated emissions of a 4-stroke motorcycle by test bench measurements. Environmental Impact Assessment Review. 2016. Vol. 61. P. 61–67. DOI: 10.1016/j.eiar.2016.07.004.

34. 3D Geometry modelling online free system FreeCAD: official site. URL: https://www.freecad.org (дата звернення 10.03.2025).

35. Online free system for modeling the working processes of reciprocating internal combustion engines using digital twins Blitz-PRO: official site. URL: http://blitzpro.zeddmalam.com/application/index/signin (дата звернення 10.03.2025).