В статье предлагается усовершенствовать конструкцию автосамосвала и модернизировать процесс смазки подшипников скольжения ходовой части и подвески с целью повышения эффективности использования автосамосвалов в условиях низких температур.
Ключевые слова: автосамосвал, система питания, гидроцилиндр, смазка, вибромолоток.
Учитывая специфику работы сельхозпроизводителей, следует отметить, что автопарк используется круглый год. В период полевых работ осуществляются перевозки посевного зерна, удобрений, овощей, сена, соломы, кормов и других грузов. В холодный период, когда полевые работы не выполняются, автомобилями предприятия выполняются работы по перевозке угля для отопления предприятий и нужд населения. Также в этот период выполняется ремонт сельскохозяйственной техники, автотранспорта и тракторов, поэтому возникает необходимость в перевозке запчастей, узлов, агрегатов и эксплуатационных материалов. В связи с тем, что цены на зерно повышаются к весне, то перевозки зерна осуществляются с осени до весны. Строительные работы на сельскохозяйственных предприятиях, как правило, выполняются в период, когда рабочие и техника не задействованы на полевых работах, то есть в холодный период. Для обеспечения строительных работ автопарком предприятия перевозятся песок, гравий, цемент, лесоматериалы, стальной прокат и другие строительные материалы.
Учитывая потребности сельхозпредприятий в перевозке разнородных грузов, следует отметить, что для перевозки сыпучих грузов требуются автомобили — самосвалы, а для перевозки грузов в таре требуются бортовые автомобили и фургоны. Оптимальным решением становится использование автосамосвалов с кузовом, форма которого внешне идентична кузову бортового автомобиля, что позволяет эффективно использовать данный автотранспорт для перевозки сыпучих грузов и грузов в таре. К таким автомобилям, например, относятся автосамосвалы КамАЗ-55115. Использование дизельных самосвалов в холодный период осложняется по ряду причин. К основным следует отнести влияние низких температур на запуск и работу дизельных двигателей, отказы гидроцилиндров подъема платформы, а также повышенный износ элементов ходовой части и подвески.
С целью повышения эффективности использования автосамосвалов в условиях низких температур необходимо рассмотреть основные факторы, оказывающие влияние на работу систем, агрегатов и узлов автосамосвалов.
Затруднение запуска дизельного двигателя в условиях низких температур воздуха обусловлено температурными изменениями отдельных показателей. Во-первых, изменяются геометрические параметры деталей двигателя в связи с температурным сжатием металла. Это в свою очередь приводит к увеличению сил трения в сопряженных деталях кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, в результате чего увеличивается момент сопротивления вращению деталей, снижаются обороты при запуске двигателя и следствием этого является недостаточная компрессия для запуска двигателя. Во-вторых, снижается температура топлива в трубопроводах системы питания. Это приводит к увеличению плотности топлива, увеличению размера капель в факеле распыляемого форсункой топлива, вакуумных полостей в топливопроводах высокого давления, а также в топливопроводах между насосом высокого давления и фильтром. Увеличение плотности топлива становится причиной его повышенного расхода и повышенной дымности в период запуска и прогревания двигателя в связи с избыточным количеством топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Увеличение размера капель в факеле распыляемого форсункой топлива, приводит к увеличению времени процесса смесеобразования, который происходит в камере сгорания двигателя. Поэтому происходит неполное сгорание впрыскиваемого топлива, что становится причиной повышенного расхода топлива и дымности, а также затрудняет запуск двигателя. Появление вакуумных полостей в топливопроводах системы питания в связи с уплотнением топлива при охлаждении (происходит уменьшение объема топлива более чем на 5 %), становится причиной того, что топливо не поступает в форсунки двигателя при первых оборотах коленчатого вала, что исключает запуск двигателя в этот период.
После запуска двигателя влияние этих показателей снижается по мере прогревания деталей двигателя и топлива в трубопроводах. Проблемы запуска дизельных двигателей, связанные с температурным изменениям деталей и повышенной вязкостью масла, решаются путём установки предпусковых подогревателей. Однако предпусковые подогреватели не позволяют разогревать топливо в топливопроводах системы питания. При работе двигателя, топливо в топливопроводах системы питания постепенно нагревается до температуры поверхности двигателя, над которой они расположены, а при выключении двигателя охлаждается в первую очередь.
Важное значение в работе автосамосвалов имеет надежность гидравлических цилиндров подъема платформы. Анализ возникновения отказов этих элементов показывает, что эти события более вероятны в условиях низких температур. Основная часть отказов происходит по причине негерметичности манжет гидроцилиндров. Гидроцилиндры подъёма платформы самосвалов чаще всего имеют многосекционную телескопическую форму с боковым входом масляной магистрали. В производстве отказы гидроцилиндров подъема платформы самосвалов чаще всего происходят в условиях низких температур у неопытных водителей, которые сразу после включения гидрооборудования, включают подачу масла в гидроцилиндр. Холодное гидравлическое масло оказывает давление на боковую стенку штока гидроцилиндра в точке подключения магистрали к гидроцилиндру. Это вызывает перекос штока к при подъёме, что приводит к повреждению манжет с последующей разгерметизацией гидроцилиндра. Опытные водители до включения подачи масла в гидроцилиндр выполняют прогрев гидравлического масла, пропуская его по кругу: бак — насос — бак. Также причиной разгерметизации гидроцилиндров подъема платформы является повреждение манжет от мусора, пыли и абразивных частиц, прилипающих к покрытым тонким слоем масла штокам гидроцилиндра (рис. 1).
Рис. 1. Неисправный гидроцилиндр подъёма платформы с загрязнениями на манжетах
При хранении автосамосвалов в тёплых гаражах или при перепадах температур окружающего воздуха происходит неравномерное нагревание или остывании периферийных и внутренних штоков телескопических гидроцилиндров. При этом изменяется диаметр внешних или внутренних штоков, вследствие чего увеличиваются силы трения между штоками, давление в гидроцилиндре и происходит поджимание манжет. Это также приводит к повреждению манжет и разгерметизации гидроцилиндров.
Преодолевая снежные заносы, рыхлый снег и лужи с грязью, образованные реагентами или дневными оттепелями, узлы смазки ходовой части и подвески автосамосвалов подвергаются воздействию воды, химических реагентов, солей и кислот, грязевых и абразивных частиц, попадающих вместе с водой в узлы трения. В этот период опытные водители совместно с автослесарями выполняют внеплановые смазочные работы с целью исключения преждевременного износа подшипников трения ходовой части и подвески. Качественная смазка подшипников скольжения усложняется в связи с наличием замерзшей воды, грязи, абразива, а также неравномерным зазором между работающими деталями и сложным микрорельефом трущихся поверхностей. Неравномерный износ между работающими деталями подшипников скольжения обусловлен тем, что детали в этих подшипниках находятся под нагрузкой и имеют некоторый перекос в пределах имеющегося люфта. Поэтому при выполнении смазки этих узлов обрабатывается лишь часть поверхностей трения и удаляется со старой смазкой лишь часть загрязнений, скопившихся между поверхностями трения подшипников.
С целью повышения эффективности использования дизельных автосамосвалов в условиях низких температур, предлагается внести незначительные изменения в конструкцию системы питания и подъема платформы, а также усовершенствовать процесс смазки подшипников скольжения ходовой части и подвески.
Для этого к трубопроводам высокого давления и трубопроводам подачи топлива к фильтру и топливному насосу высокого давления системы питания предлагается прикрепить электронагревательный элемент в форме провода напряжением 12 вольт мощностью 0,1 кВт/пог. м. Трубопроводы вместе с нагревательными элементами покрыты теплоизоляцией из пенофола. Электропитание нагревательного элемента предлагается осуществлять от аккумуляторной батареи, которая подключена к солнечной батарее, закрепленной на крыше кабины автосамосвала. Такая конструкция позволит поддерживать температуру топлива в топливопроводах высокого давления и других топливопроводах между баком и топливным насосом высокого давления в оптимальном для работы двигателя состоянии в период выключения двигателя. Солнечная батарея позволит в светлое время суток поддерживать или восстанавливать заряд аккумуляторной батареи, который будет снижаться от работы нагревательных элементов и понижающейся температуры воздуха.
Учитывая причины отказа гидроцилиндров подъема платформы, предлагается защитить штоки от попадания мусора. Для этого на телескопический гидроцилиндр необходимо установить телескопический пылезащитный чехол из трубок, выполненных из тонкого металла с манжетами из поролона. Конструкция предлагаемого пылезащитного чехла, имеет форму телескопической трубы, с тонкой трубкой в нижней части, внутри которой устанавливается и крепится корпус гидроцилиндра.
При подъёме штока гидроцилиндра платформы, в первую очередь поднимается трубка чехла с наибольшим диаметром, верхняя часть которой соединена с верхней частью внутреннего штока гидроцилиндра. Трубку пылезащитного фильтра с наибольшим диаметром предлагается покрыть теплоизоляционным материалом для сохранения температуры гидроцилиндра платформы в сложенном состоянии. При поднятом кузове автомобиля пылезащитный чехол позволит не только защитить шток гидроцилиндра платформы от прилипания мусора к покрытым маслом штокам, но и защитить штоки от быстрого охлаждения потоками зимнего ветра. Для поддержания температуры гидроцилиндра платформы предлагается корпус гидроцилиндра обмотать электронагревательным элементом в форме провода. Нагревательный провод предлагается установить на корпусе гидроцилиндра, под тонкую трубку защитного чехла. Для регулирования температуры предлагается установить на стенку корпуса гидроцилиндра датчик температуры, подключенный к реле-регулятору заданной температуры. Поддержание температуры корпуса гидроцилиндра, который остывает в первую очередь, позволит исключить температурные изменения диаметров штоков и корпуса гидроцилиндра подъёма платформы.
На сегодняшний день смазку подшипников скольжения всё чаще выполняют смазочными материалами, имеющими функцию восстановления поверхности. Эти смазки могут содержать пылевые или порошковые металлические наполнители. Поэтому процесс смазки шкворней, шарниров рулевых тяг, шарниров реактивных тяг должен позволять:
− равномерно смазывать трущиеся поверхности узлов трения;
− выталкивать загрязнения и металлические частицы, образовавшиеся в процессе трения вместе со старой смазкой;
− равномерно распределять металлические наполнители смазки по трущимся поверхностям узлов.
Для реализации этих задач предлагается элементы узлов смазки подвергнуть вибрации с помощью вибромоторов (например, вибромоторов модели NFP-324–102), прикрепленных к деталям подвески и ходовой части с помощью конструкции с неодимовыми магнитами. При смазке шкворней необходимо вывешивать колёса. При использовании смазок с наполнителем из магнетофлекса до 1 % (сплав магнетофлекса содержит 60 % Сu, 20 % Ni и 20 % Fe, имеет высокие значения коэрцитивной силы (не менее 47,2 кА/м), остаточной магнитной индукции (не менее 0,58 Тл) и является вязким пластичным сплавом (не более 120 НВ) [1] предлагается использовать вибромолоток с неодимовым магнитом (рис.2). Данным вибромолотком после его примагничивания к узлу трения необходимо водить по поверхности для равномерности распределения смазки и её магнетофлексного наполнителя, а также для усиления магнитного действия частиц магнетофлекса. Частицы магнетофлекса при этом быстрее будут распределяться по раковинам трущихся поверхностей подшипников скольжения.
Рис. 2. Вибромолоток с неодимовыми магнитами
Усовершенствование конструкции автосамосвала и процессов смазки подшипников скольжения позволят сохранить ресурс аккумуляторной батареи, стартера и генератора за счёт сокращения времени запуска двигателя и снижения нагрузки на это оборудование. Кроме этого, подогрев топлива позволит снизить его плотность, что даст возможность исключить перерасход и недогорание топлива при запуске и прогреве дизельного двигателя. Подогрев топлива также приведет к снижению дымности в отработавших газах. Применение солнечной батареи позволит не только не разряжаться аккумуляторной батареи при работе предлагаемых нагревательных элементов, установленных на топливопроводах системы питания и корпусе гидроцилиндра подъёма платформы, но также позволит получить дополнительный заряд, необходимый аккумулятору при падении температуры воздуха. Применение пылезащитного чехла и подогрева корпуса гидроцилиндра подъёма платформы позволит исключить повреждение манжет гидроцилиндра от загрязнений и температурных изменений геометрических размеров штоков и корпуса. Усовершенствование процесса смазки позволит снизить интенсивность износа подшипников скольжения ходовой части и подвески автосамосвала, которые подвергаются наибольшим статическим и динамическим нагрузкам от веса грузов и автомобиля, а также химическим и абразивным воздействиям от проникающих в трущиеся поверхности этих узлов загрязнений.
Поддержание ресурса наиболее уязвимых элементов автосамосвалов в период эксплуатации в условиях низких температур позволит сократить расходы на ремонт, сократить простои в ремонте, повысить топливную экономичность автомобилей.
Литература:
- Евдокимова Н. В., Прохоров С. М., Гончарук А. И., Ковалевский В. Н. Повышение эффективности технического обслуживания легковых автомобилей марки ГАЗ за счёт усовершенствования процесса смазочных работ: Молодой учёный: международный научный журнал — 2017, № 43 (177), С 34–37.
