Влияние конструкции автомобильных силовых агрегатов на обеспечение их работоспособного состояния

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние конструкции автомобильных силовых агрегатов на обеспечение их работоспособного состояния

1. Виды силовых установок, применяемых на автотранспортных средствах

силовая установка автомобильная

Двигатель -- машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. На большинстве современных автомобилей установлены тепловые поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива в их цилиндрах, преобразуется в механическую работу.

Двигатель является источником механической энергии, которая необходима для движения автомобиля.

Классификация двигателей. ДВС классифицируют по следующим признакам:

по назначению -- транспортные и стационарные;

способу осуществления рабочего цикла -- четырех- и двухтактные;

способу смесеобразования -- с внешним смесеобразованием (бензиновые и газовые) и внутренним смесеобразованием (дизели);

способу воспламенения рабочей смеси -- с принудительным воспламенением от электрической искры (бензиновые, газовые и др.) и воспламенением от сжатия, т.е. с самовоспламенением (дизели);

виду применяемого топлива--работающие на бензине, тяжелом дизельном топливе (дизели), сжатом или сжиженном газе, других видах топлива;

числу цилиндров -- одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, четырех-, шести-, восьмицилиндровые и т. д.);

расположению цилиндров -- однорядные с вертикальным расположением цилиндров или с наклоном оси цилиндров к вертикали на 20...40°; V-образные двухрядные с расположением цилиндров под углом и оппозитные с противоположным горизонтальным расположением цилиндров под углом 180°;

способу наполнения цилиндров свежим зарядом -- без наддува (наполнение осуществляется за счет разрежения, создаваемого в Цилиндре при движении поршня от в.м.т. к н.м.т.) и с наддувом (наполнение цилиндра свежим зарядом происходит под давлением, которое создается компрессором);

способу охлаждения -- с жидкостным и воздушным охлаждением.

2. Основные эксплуатационные требования, предъявляемые к двигателям

Условия эксплуатации автомобилей в сельскохозяйственном производстве характеризуются весьма разнообразными режимами работы их агрегатов и систем. Режимы работы двигателей могут быть установившиеся, при которых основные показатели не меняются с течением времени, и неустановившиеся, когда показатели изменяются во времени. Установившийся режим возможен только при равномерном движении и постоянных внешних сопротивлениях, а эти условия на практике встречаются редко, так как момент сопротивления постоянно изменяется, что вызывает непостоянство скоростного, нагрузочного и теплового режимов двигателя.

Наиболее характерные неустановившиеся режимы работы автомобильных двигателей: пуск, разгон и движение при колебаниях нагрузки и частоты вращения, причем при любой частоте вращения коленчатого вала двигатель должен устойчиво работать на всех нагрузках. Поэтому кроме мощности для преодоления потерь на трение в трансмиссии и сопротивления качению двигатели должны иметь запас мощности для преодоления дополнительных сопротивлений, возникающих при трогании автомобиля с места, разгоне и преодолении подъемов. Работа двигателя на всех эксплуатационных режимах должна быть экономичной.

При эксплуатации в сельскохозяйственном производстве автомобильные двигатели, как правило, находятся в условиях большой запыленности окружающей среды в летнее время. Частицы пыли, попадая в цилиндры двигателей через топливо и масло совместно с воздухом, вызывают интенсивное абразивное изнашивание движущихся деталей. В связи с этим следует особое внимание обратить на эффективность фильтрации топлива и масла и состояние воздухоочистителей, своевременно очищать их и заменять фильтрующие элементы.

Эксплуатационная надежность автомобильных двигателей в зимних условиях в значительной мере определяется их пусковыми качествами. С понижением температуры воздуха возрастает вязкость масла и дизельного топлива, увеличивается вращающий момент при проворачивании коленчатого вала, ухудшается испаряемость бензина. В сильные морозы часто отказывает система подачи топлива и нарушается тепловой режим двигателя, что отрицательно сказывается на экологичности и вызывает интенсивное изнашивание деталей из-за большого нагарообразования. Нередки случаи выхода из строя двигателя в результате закоксовывания поршневых колец, заклинивания поршней и коленчатого вала или зависания впускных клапанов. При низкой температуре охлаждающей жидкости на стенках цилиндра конденсируется топливо, которое смывает слой масла со стенок цилиндров и повышает их износ и коррозию. Основные способы повышения технико-экономических показателей автомобильных двигателей при эксплуатации в зимнее время: быстрый и надежный прогрев и пуск двигателя, поддержание нормального теплового режима двигателя в процессе работы. Прогрев двигателей (кратковременный или длительный) в зимних условиях необходим для максимального уменьшения износа деталей двигателя и экономного расхода топлива. Для облегчения пуска рекомендуется применение жидкостных подогревателей.

Интенсивность изнашивания деталей значительно увеличивается при пониженном или повышенном тепловом режиме. Поэтому при эксплуатации двигателей важно поддерживать нормальный тепловой режим с помощью автоматических устройств, что не только улучшает мощностные и экономические показатели, но и снижает износ их деталей.

3.Виды и классификация трансмиссий, применяемых на АТС

Классификация трансмиссий. По способу передачи энергии трансмиссии делят на механические, гидромеханические, электромеханические, гидрообъемные.

В механических трансмиссиях (рис. 15.1, а, б, в, д) передача энергии происходит за счет механического трения в сцеплениях, а также соединениями валов, шарнирами и зубчатыми колесами.

В гидромеханических трансмиссиях между двигателем и механической частью трансмиссии устанавливают гидротрансформатор или гидромуфту, осуществляя гидравлическую связь двигателя с трансмиссией. Устройство гидромуфты рассмотрено в приводе вентилятора ГАЗ-53-12. Гидромуфты не изменяют передаваемый вращающий момент и всегда работают с проскальзыванием турбинного колеса относительно насосного, а следовательно, и с потерей мощности.

Рис. 15.1. Схемы трансмиссий:

а, б, в, д-- механической в автомобилях с колесной формулой соответственно 4х2, 4х4, 2х4, 4х4; г-электромеханической; 1-двигатель; 2-сцепление; 3-коробка передач; 4- карданный вал; 5 - задний мост; 6 - раздаточная коробка; 7-передний ведущий мост с шарнирами равных угловых скоростей; 8- карданный вал на передний ведущий мост; 9- полуоси с шарнирами равных угловых скоростей; 10- электрогенератор; 11 -электропровод; 12, 15 -бортовые редукторы; 13, 14 - тяговые электродвигатели; 16- силовой агрегат (совместно двигатель сцепление, коробка передач, главная передача, дифференциал)

При большой частоте вращения проскальзывание составляет 2...3 %, при малой приближается к 100 %. При холостом ходе, когда подпитка жидкостью отсутствует, гидромуфта передает остаточный вращающий момент. Большой момент инерции колес гидромуфты препятствует безударному включению зубчатых колес. Поэтому после турбинного колеса необходимо устанавливать обычное фрикционное сцепление. Из-за высокого расхода топлива, больших массы, габаритных размеров и стоимости на отечественных автомобилях гидромуфты не применяют.

В электромеханической трансмиссии (рис. 15.1, г) двигатель 1 (как правило, дизель) вращает ротор электрогенератора, энергия которого по электрическому кабелю передается электродвигателю и далее через зубчатый редуктор ведущим колесам или электродвигателям, вмонтированным в ведущие колеса. Электромеханическая трансмиссия при наличии соответствующей регулирующей аппаратуры обладает высокими преобразующими свойствами и автоматически приспосабливается к меняющейся нагрузке, а двигатель работает в оптимальном режиме. Ввиду высокой стоимости, сложности конструкции, использования дефицитных материалов и большой массы электрические трансмиссии экономически выгодно применять на автомобилях грузоподъемностью выше 80 т (БелАЗ-7549 и др.).

В гидрообъемных трансмиссиях двигатель приводит в действие гидронасос, который под высоким давлением нагнетает масло в гидромоторы, расположенные в ведущих колесах и приводящие их во вращение. В гидрообъемных трансмиссиях используется гидростатический напор жидкости. Вращающий момент и частота вращения ведущих колес изменяются или за счет изменения параметров гидромашин при возможном постоянном режиме работы двигателя внутреннего сгорания, или в результате регулирования мощности двигателя. Преимущества гидрообъемной трансмиссии:

широкий диапазон изменения ведущего момента и скорости движения автомобиля, дистанционность (агрегаты, расположенные в разных частях машины, связаны между собой маслопроводами), простота и удобство автономного подвода мощности к ведущим колесам, полная замена механической трансмиссии, возможность торможения машины. Однако в гидрообъемных трансмиссиях невозможно автоматическое изменение момента, поэтому их оснащают регулирующей аппаратурой, реагирующей на изменение нагрузки. Недостатки гидрообъемной трансмиссии: сложность и высокая стоимость конструкции. Эту трансмиссию устанавливают только в специальных машинах. Небольшая стоимость, высокие надежность и КПД, простота конструкции, сравнительно небольшие масса и габаритные размеры обусловили широкое применение механических трансмиссий. Однако они требуют ручного управления и не всегда обеспечивают работу двигателя в оптимальном режиме. Трансмиссия и двигатель недостаточно защищены от динамических нагрузок. В автомобилях сельскохозяйственного назначения, грузовых автомобилях общетранспортного назначения и их модификациях используют в основном механические трансмиссии.

4. Теоретические основы изменения технического состояния агрегатов

Современный автомобиль -- это сложная машина, изготовленная из различных материалов, с высокой точностью обработки деталей. Автомобиль работает в различных дорожных и климатических условиях, поэтому механизмы его подвержены значительным температурным, механическим и химическим воздействиям. Безопасная, производительная и долговечная эксплуатация автомобилей возможна при условии, что его первоначальные качества, заданные конструктором и обеспеченные заводом-изготовителем, будут сохранены в процессе эксплуатации, или изменение этих качеств не будет значительным, не вызовет нарушения нормальной работы механизмов и агрегатов автомобиля.

Первоначальные свойства, качества и параметры машины в процессе эксплуатации изменяются.

Качество автомобиля обусловливается его динамичностью, топливной экономичностью, управляемостью, проходимостью, приспосабливаемостью к техническому обслуживанию и ремонту.

В зависимости от типа и назначения автомобиля, конкретных условий эксплуатации требования к его свойствам различны. Возможность реализовать свойства, заложенные в конструкцию автомобиля, в большей степени определяется его надежностью. Надежность -- одно из важнейших свойств автомобиля, от которого зависит эффективность использования его по назначению.

Надежность -- это свойство автомобиля выполнять заданные функции без поломок и преждевременного износа деталей, нарушения регулировок механизмов и систем, т. е. работать без остановок по техническим неисправностям (без отказов). Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения автомобиля и условий его эксплуатации включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Безотказность -- свойство автомобиля сохранять работоспособность в течение некоторого пробега (наработки) без вынужденных перерывов.

Долговечность автомобиля -- это свойство его сохранять работоспособность до предельного состояния (капитального ремонта) с необходимыми перерывами для технического обслуживания и текущих ремонтов. Предельное состояние автомобиля может определяться по износу его базовых и основных агрегатов (двигателя, коробки передач, ведущих мостов) и деталей (цилиндров, коленчатого вала, картера ведущего моста), по условиям безопасности движения, по изменению эксплуатационных свойств. Все эти данные приводятся в технической документации. Довольно часто предельное состояние автомобиля определяют по экономическим показателям.

Надежность автомобиля закладывается при его проектировании и производстве и поддерживается в процессе эксплуатации.

Показатели надежности автомобиля не остаются постоянными в течение всего срока службы. По мере изнашивания деталей, накопления в них необратимых процессов (усталостных явлений, износа, коррозии) увеличивается вероятность появления неисправностей и отказов.

Основная задача рациональной технической эксплуатации автомобиля заключается, прежде всего, в том, чтобы как можно дольше сохранить его работоспособность и исправное состояние, не допускать отказов (особенно в напряженные периоды работы).

Отказ автомобиля -- это такое состояние его, когда автомобиль непригоден к дальнейшей эксплуатации. Отказ может произойти вследствие разрушения, деформации или износа деталей, прекращения подачи топлива или смазки, изменения рабочих характеристик автомобиля (значительная потеря мощности двигателя, перерасход смазки, топлива, большой тормозной путь, сильные вибрации элементов подвески, трансмиссии и др.) или его агрегатов, когда они выходят за пределы допустимых норм, оговоренных техническими условиями.

В практике эксплуатации машин и при техническом диагностировании существует понятие неисправность автомобиля или его агрегата. Под неисправностью понимается такое состояние механизма, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, предъявляемых к нему.

Различают неисправности, не приводящие к отказам (разрушение окраски кузова, вмятины в кабине, отсутствие одной из ламп в осветительных приборах и др.), и неисправности, вызывающие отказы (отсутствие подачи топлива, перегрев деталей, закоксовывание впускного тракта двигателя, сильные стуки, пробуксовка механизма сцепления и др.). По последствиям отказы делятся на опасные и безопасные. Опасные отказы автомобиля -- это отказы, возникновение которых представляет опасность для жизни или здоровья людей, обслуживающих автомобиль. Опасными, как правило, бывают отказы органов управления (тормозной системы, рулевого управления, осветительных приборов).

По характеру изменения состояния автомобиля (агрегата, механизма) отказы могут быть внезапными и постепенными. Такое деление отказов условно. Внезапные отказы в большинстве случаев являются следствием постепенного качественного изменения физико-механических свойств материалов.

Отказы могут возникать по различным причинам, например из-за погрешностей в конструкции, из-за нарушения технологии изготовления, в процессе эксплуатации и износа. Часто причиной отказа могут быть несколько факторов, действующих на механизм одновременно.

Конструкционные отказы проявляются преимущественно в первые периоды эксплуатации машин и у большинства автомобилей в результате недостатков конструкции.

Технологические отказы появляются в результате нарушения процесса изготовления деталей, технологии сборки, приработки, испытания автомобиля или неправильно выбранных материалов. Они также проявляются в самой ранней стадии эксплуатации автомобилей.

Эксплуатационные отказы возникают в случае нарушения установленных правил технической эксплуатации автомобиля, а также при несоответствии конструкции автомобиля условиям внешней среды и заданным режимам работы.

Изнашивание - это процесс постепенного изменения размера деталей во время эксплуатации автомобиля, при котором изменяются формы и состояние не всей детали, а только ее рабочих поверхностей. Результатом процесса изнашивания является износ, который обычно выражается в мк и мм, но в отдельных случаях износ выражают в единицах веса (мг, гит. д.). Сам процесс изнашивания оценивается скоростью изменения размеров детали в единицу времени (мм/ч) или на километр пробега (мм/км), на частоту вращения вала (мм/об), на единицу израсходованного топлива (мм/кг топлива) и др.

5. Факторы, влияющие на надежность и долговечность агрегатов

Надежность и долговечность автомобиля можно существенно повысить за счет усовершенствования конструкции как агрегатов и систем, так и всего автомобиля в целом, а также качества материалов деталей и технологии их производства и сборки. Большое влияние на интенсивность изменения технического состояния оказывают и качество горючего и смазочных материалов, и условия эксплуатации, включая качество вождения и квалификацию водителя, и правильную организацию и выполнение обслуживания и ремонта.

Рассмотрим несколько примеров влияния вышеуказанных факторов.

Новизна конструкции современных автомобилей, их агрегатов, узлов и систем, по сравнению с устаревшими моделями, позволяет порой в несколько раз повысить надежность и ресурс пробега. Это и широкое применение блоков цилиндров со сменными гильзами, и внедрение в производство короткоходных двигателей со сниженными динамическими нагрузками, использование гасителей крутильных колебаний, внедрение закрытой системы вентиляции картера двигателя, позволяющее уменьшить разжижение масла и выброс в атмосферу углеводородов и одновременно повышающее экономичность двигателя.

Внедрение всевозможных фильтров с повышенной степенью очистки позволяет снизить износы различных систем и деталей в 1,5-3 раза. Безотказность одной из важнейших систем автомобиля - тормозов - резко возрастает за счет использования раздельного привода и двухконтурных приводов.

Применение любых новых конструкторских решений в современных автомобилях - это постоянный прогресс, направленный на повышение надежности, безотказности и экономичности, уменьшения вредного воздействия на окружающую среду, на удобство управления и уменьшение расходов на обслуживание и ремонт.

Несомненно, что качество материала и технология производства также оказывают существенное влияние на уменьшение износа и повышение надежности автомобилей, что выражается в выборе для каждой конкретной детали оптимального материала и улучшение его физико-химических свойств с помощью самых современных способов, включая термическую обработку, цементацию, закалку токами высокой частоты, хромирование и т. д. Большой эффект дает использование легких сплавов на алюминиевой и магниевой основе - это позволяет не только снизить массу, но и улучшить температурные режимы работы за счет высокой теплопроводности этих материалов, одновременно обладающих и коррозионной стойкостью (поршни, головки блока, картеры агрегатов и т. д.). Все шире внедряются детали из пластмассы, которые за счет хороших антифрикционных свойств могут работать практически без смазки.

Различные научные исследования и практика показали, что очень рационально использование определенных сочетаний материалов деталей в сопряжениях. Так, например, в автомобильных конструкциях прекрасно сочетаются такие пары трения, как закаленная сталь и алюминиевый сплав, закаленная сталь и чугун, электролитический хром и чугун, чугун с алюминиевым сплавом.

Но на долговечность пар трения одновременно оказывает большое влияние качество и точность изготовления деталей, которые должны обеспечивать должный уровень прилегания рабочих поверхностей и стабильность необходимых зазоров в сопряжении. Помимо улучшения микрогеометрии поверхностей (уменьшение шероховатости) путем полирования, притирки, нанесение на поверхности деталей специальных приработочных покрытий и т. д., постоянно уменьшаются допуски на отклонения размеров наиболее ответственных деталей.

Каково бы ни было качество сопряженных деталей, с учетом процессов, происходящих в узлах трения, рассмотренных выше, существенную роль будет играть и качество смазочных материалов. Так, например, для обеспечения жидкостного трения с минимальным износом деталей за счет образования в узле трения стабильного масляного клина, масло должно обладать определенной вязкостью и маслянистостью (способность молекул масла адсорбироваться или «прилипать» к поверхностям трения). А с учетом различных температурных режимов работы, масло должно обладать, по возможности, и большой стабильностью вязкости. Иначе при низких температурах будет затруднено поступление масла в узлы трения, увеличится сопротивление провертыванию коленчатого вала двигателя при пуске, а при высоких температурах такое масло, наоборот, не сможет обеспечить необходимую толщину масляного слоя. Высокая вязкость вызывает большие гидравлические потери в агрегатах трансмиссии. В таких случаях при низких температурах автомобиль буквально не может тронуться с места.

Недостаточная противоокислительная стабильность приводит при низких температурах к образованию мазеобразных отложений, а при высоких температурах - к лакообразным отложениям. Именно поэтому в масла вводятся различные, порой очень дорогостоящие, присадки, позволяющие устранить вышеуказанные недостатки. К тому же срок службы высококачественных масел значительно выше.

Свою долю в процесс изнашивания и другие негативные явления вносит качество топлива, применяемого в автомобилях. Для бензинов оно характеризуется фракционным составом, детонационной стойкостью, коррозионной агрессивностью, склонностью к образованию отложений в виде лаков и смол.

Для дизельных топлив имеет большое значение его вязкость, цетановое число, отсутствие механических примесей.

Например, использование при низких температурах бензина, содержащего преимущественно тяжелые, трудноиспаримые фракции, приводит к затрудненному пуску и неполному сгоранию рабочей смеси, т. к. наибольшую эффективность дает сгорание только полностью испаренного бензина в соответствующей пропорции с кислородом воздуха. Кроме того, не сгоревшее топливо смывает смазку с зеркала цилиндров и разжижает масло в поддоне картера, что резко увеличивает износ трущихся деталей двигателя. Наличие лаков и смол в бензине при высоких температурах приводит к закоксовыванию компрессионных колец, потере ими упругости и пропуску газов, что вызывает снижение мощности двигателя и перерасход топлива.

Использование же бензина с высоким содержанием легкоиспаримых фракций при жарком климате приводит к постоянному останову двигателей из-за образования в бензопроводах паровых пробок - бензонасос не в состоянии при этом прокачивать и подавать топливо.

Т. е. для каждых конкретных климатических условий необходимо использовать только соответствующие сорта горючего и смазочных материалов.

Но помимо климатических условий на надежность и долговечность оказывают большое влияние и другие факторы условий эксплуатации, как например, режим работы автомобилей на линии.

Переменный режим работы, с большим количеством разгонов, остановок, торможений и т. д. (характерный как для бездорожья, так и для городов с интенсивным движением) также приводит к ускоренному износу агрегатов и систем автомобилей. Естественно, что и дорожные условия, характеризующиеся состоянием дорожного полотна, величиной уклонов и подъемов, радиусами закруглений - оказывают на автомобиль аналогичное влияние. Например, износ накладок тормозных колодок в горной местности возрастает в некоторых случаях в 8-10 раз. При эксплуатации автомобилей большое влияние на долговечность оказывает качество вождения (квалификация водителя). Практика показывает, что одни автомобили с трудом «дотягивают» до капитального ремонта, другие же служат по несколько лет, практически не нуждаясь в нем. К тому же правильные приемы вождения позволяют существенно экономить топливо, снижать износ шин и т. д.

Но не меньшее влияние на все вышеперечисленные аспекты по повышению надежности и экономичности автомобилей оказывают правильное и своевременное проведение технического обслуживания и ремонта, которые имеют своей целью уменьшение интенсивности изнашивания узлов и деталей, восстановление утраченной работоспособности и приведения в норму различных параметров работы автомобиля, своевременное выявление неисправностей, в том числе грозящих привести к аварийным ситуациям по техническим причинам, поддержание внешнего состояния автомобилей и т. д.

Так например, несвоевременность регулировки колесных тормозных механизмов и увеличение предельно допустимого зазора между накладками тормозных колодок и барабаном с 0,5 до 1,0 мм приводят к увеличению тормозного пути на 20%.

Отклонение от нормы углов развала и схождения управляемых колес автомобиля и снижение давления воздуха в шинах влечет за собой не только резкое сокращение срока их службы, но одновременно приводит к повышению расхода топлива (ввиду уменьшения наката автомобиля), к ухудшению устойчивости автомобиля на дороге на больших скоростях, что может привести к полной потере управляемости.

Несвоевременная замена загрязненных масел в агрегатах или применение сортов масел, не предусмотренных техническими условиями, приводит к резкому повышению интенсивности изнашивания и даже к аварийным поломкам, в виде заклинивания валов, поломки зубьев шестерен и т. д.

Отклонение угла опережения зажигания в двигателе от оптимального всего на несколько градусов приводит не только к падению мощности двигателя на 10-20% и соответствующему увеличению расхода топлива, но и значительно затрудняет пуск холодного двигателя, а при работе приводит к его перегреву, что в свою очередь влечет за собой целый ряд негативных явлений. Однако, даже приведенные примеры не исчерпывают всего многообразия влияния качества ТО и ремонта на надежность автомобиля и безопасность его движения.

Размещено на Allbest.ru