В статье приводятся результаты экспериментальных исследований работы системы питания двигателя, гидроцилиндра подъёма платформы и узлов трения шасси дизельных автосамосвалов в условиях низких температур после внедрения изменений в конструкцию автомобиля и модернизации процесса смазки.
Ключевые слова: автосамосвал, солнечная батарея, система питания, гидроцилиндр подъёма платформы, смазка, магнетофлекс, вибромолоток с неодимовыми магнитами.
В Амурской области одним из востребованных видов автотранспортных средств являются автосамосвалы марки Камаз и МАЗ. Предприятия и индивидуальные предприниматели каждый день сталкиваются с отказами автомобилей на линиях междугородных и межрегиональных перевозок. Устранение этих отказов за многие годы традиции в первую очередь возлагается на водителя, непосредственно по месту поломки автомобиля. Поэтому с точки зрения водителей автосамосвалов наиболее эффективным автомобилем считается автомобиль с более простой конструкцией. Именно поэтому в автопарке самосвалов по-прежнему эксплуатируются дизельные автомобили, не оснащенные системами питания типа Cоmmon Rail, ремонт механических форсунок и топливного насоса высокого давления (ТНВД) которых можно выполнять и в дорожных условиях, в отличие от узлов и агрегатов, оснащенных электрическими и электронными элементами. Анализируя проблемы эксплуатации автосамосвалов марок КамАЗ и МАЗ в условиях Амурской области, следует выделить отказы, возникающие в период низких температур. Данный период в Амурской области характеризуется возможным снижением температуры ниже -40 градусов Цельсия в центральных и южных районах области, а также возможным снижением температуры ниже -50 градусов Цельсия в северных районах области, с преобладанием северо-западного ветра от 1 до 6 м/с, с возможным усилением порывов ветра до 29 м/с. В таких условиях происходят отказы гидроцилиндров подъема платформы, наблюдается повышенный износ узлов трения шасси, а также затрудняется запуск дизельных двигателей грузовых автомобилей. Анализируя причины возникновения этих отказов в условиях низких температур, было выявлено логическое объяснение происходящего. Например, отказы гидроцилиндров подъема платформы происходили по причине возникновения негерметичности манжет, которые имели повреждения и деформации. Причиной этого является скопление пылевого мусора разных фракций, прилипающего к покрытым тонким слоем масла штокам гидроцилиндров. Также повреждения манжет телескопических гидроцилиндров происходило из-за поджимания манжет при температурных изменениях диаметров металлических штоков, которые неравномерно остывая, усиливали давление на манжеты. Скопление над манжетами гидроцилиндров мусора и резкие температурные изменения диаметров штоков приводят к повреждениям манжет. Для устранения отказов гидроцилиндров подъема платформы самосвалов были выполнены экспериментальные образцы телескопических чехлов для защиты от пыли и снижения температуры. Пылезащитные чехлы были выполнены из листового железа толщиной 0,5 мм и установлены на телескопические гидроцилиндры подъема платформы автосамосвалов КамАЗ — 55115 (рис. 1). Кроме этого, корпус гидроцилиндра (под пылезащитные чехлами) был обмотан нагревательным кабелем и обернут теплоизоляционным материалом — пенофолом толщиной 0,8 мм. Нагревательный кабель, работающий под напряжением 12 вольт, мощностью 17 Вт на погонный метр фирмы HeatUp модели 17LW-12CF был подключён к аккумуляторной батарее автомобиля. Включение нагревательного кабеля осуществлялась вручную переключателем.
Рис. 1. Изменения, внесённые в конструкцию гидроцилиндра подъёма платформы автосамосвала КамАЗ 55115
Для подтверждения эффективности применения пылезащитных чехлов были проведены исследования по загрязнению штоков гидроцилиндров при подъеме платформы в процессе выполнение разгрузочных работ автосамосвалами, осуществляющими перевозки угля и зерна без тары (навалом-насыпью). В результате наблюдений регистрировали массу прилипающего к штокам мусора на автосамосвалах с пылезащитными чехлами и без пылезащитных чехлов в процессе выгрузки одинаковых грузов (зерна, угля). Сбор мусора и масла со штоков выполнялся бумажными салфетками до максимально возможного таким способом очищения штоков. Вес салфеток, с точностью до 0,01 грамма определялся на весах фирмы Pocket Scale модели МН-100 до обтирания и после обтирания каждого штока. Масса загрязнения штока каждого диаметра определялась как разность между массами чистых и загрязнённых салфеток, а также как разность между массами салфеток которыми очищали штоки гидроцилиндров с пылезащитными чехлами и без пылезащитных чехлов.
Результаты исследований показали, что наибольшая часть загрязнений скапливается на штоке с максимальным диаметром гидроцилиндра без пылезащитного чехла (рис. 2). Также было выявлено, что масса загрязнений при выгрузке угля тяжелее, чем при выгрузке зерна. Загрязнение на штоках телескопического гидроцилиндра подъёма платформы с пылезащитным чехлом не превышает 0,07 грамма.
Рис. 2. Показатели загрязнений штоков телескопического гидроцилиндра подъёма платформы без пылезащитного чехла
С целью определения влияния пылезащитного чехла и нагревательного кабеля на изменение температуры штоков гидроцилиндра подъёма платформы при изменении температуры окружающего воздуха, были проведены исследования изменения температур деталей сложенных телескопических гидроцилиндров автосамосвалов. Хранение исследуемых автосамосвалов осуществлялось в гаражах при температуре около 10 градусов Цельсия, а экспериментальные исследования проводились на открытом воздухе при дневной температуре в день исследования минус 34 градуса Цельсия. После подъёма кузова определялась температура поверхности каждого штока с помощью пирометра фирмы «ХАНЖОУ ЗЕНЕРДЖИ ХАРДВАРЕ К., ЛТД» модели Elitech П 350, с диапазоном измерения от -50 до 380 градусов Цельсия. Исследования температурных изменений деталей телескопического гидроцилиндра, в конструкцию которого не были внесены изменения, показали, что в первую очередь происходило остывание штоков с максимальным и минимальным диаметрами (рис. 3). Это происходило в результате того, что шток с максимальным диаметром охлаждался от корпуса гидроцилиндра, а шток с минимальным диаметром охлаждался от шарнира, соединяющего его с платформой автосамосвала.
Для удобства записи результатов исследований каждому штоку телескопического гидроцилиндра был присвоен порядковый номер по мере возрастания их диаметра (шток № 5 — это шток с максимальным диаметром). Охлаждение пяти штоков гидроцилиндра происходило неравномерно. Через 30 минут после того как автосамосвал выехал из гаража, максимальная разность температур штоков составляла 13 градусов Цельсия. Температура самого теплого штока (шток № 2) составляла минус 16 градусов Цельсия, а температура самого холодного штока (шток № 5) составляла минус 29 градусов Цельсия. Через час нахождения автомобиля при температуре минус 34 градуса Цельсия, максимальная разность температур всех штоков составляла 2 градуса.
Измерение температуры штоков гидроцилиндра подъёма платформы, с установленными подогревательным кабелем, термоизоляцией и пылезащитным чехлом показали, что, в первую очередь, происходило остывание штока с минимальным диаметром. Это происходило в результате охлаждения штока с минимальным диаметром от шарнира, соединяющего его с платформой автосамосвала. При этом шток с максимальным диаметром подогревался от корпуса гидроцилиндра, обмотанного нагревательным кабелем с термоизоляцией. Через 30 минут после того, как автосамосвал выехал из гаража, максимальная разность температур штоков составляла 5 градусов Цельсия. Температура самого теплого штока (шток № 5) составляла 14 градусов Цельсия, а температура самого холодного штока (шток № 1) составляла 9 градусов Цельсия. Через час нахождения автомобиля при температуре минус 34 градуса Цельсия, максимальная разность температур всех штоков составляла 3 градуса. Температура самого теплого штока (шток № 3) составляла 9 градусов Цельсия, а температура самого холодного штока (шток № 1) составляла 6 градусов Цельсия. Снижение температуры штоков наблюдалось по мере их удаления от источника нагревания.
Рис. 3. Изменение температуры штоков гидроцилиндров с усовершенствованной и с базовой конструкцией
В результате проведенных исследований было выявлено, что установка подогрева корпуса гидроцилиндра подъема платформы и установка пылезащитного чехла позволяет практически полностью сократить количество попадающих на штоки гидроцилиндра загрязнений и избежать снижения температуры штоков до отрицательных значений.
При эксплуатации дизельных автосамосвалов в зимних условиях актуальной проблемой является затруднение запуска дизельного двигателя после его краткосрочного выключения, в связи с тем, что охлаждение топлива в топливопроводах системы питания происходит более интенсивно, чем охлаждение двигателя. С целью повышения вероятности запуска дизельных двигателей после краткосрочного отключения в условиях низких температур к топливопроводам системы питания дизельного двигателя были присоеденены нагревательные кабели (фирмы HeatUp модели 17LW-12CF). Топливопроводы системы питания с присоединенными нагревательными элементами были закрыты термоизоляцией в виде пенофола толщиной 0,8 мм. Для снижения заряда аккумуляторной батареи автомобиля от действия теплонагревательных элементов, включение которых осуществлялась при выключенном двигателе автомобиля, на крыше кабины автомобиля была закреплена монокристалическая солнечная батарея фирмы «Chinaland Solar Energy» (Китай) модели YDM-50W(12В, 50Вт), с габаритными размерами 670х420х25 мм, весом 4,8 кг (рис. 4). Нагревательный кабель, установленный на топливопроводах системы питания, провода солнечной батареи и клемы от аккумулятора автомобиля, подключались к регулятору заряда от солнечной батареи, модели WSS601 фирмы ALLPOWERS. Так как температура топлива в топливопроводах, при выключенном двигателе внутреннего сгорания (ДВС) примерно равна температуре трубок топливопроводов, то при проведении исследований выполнялись замеры температуры поверхности трубок топливопроводов при разной температуре окружающего воздуха через 60 минут после выключения двигателя. Измерения проводились пирометром фирмы «ХАНЖОУ ЗЕНЕРДЖИ ХАРДВАРЕ К., ЛТД» модели Elitech П 350. При выполнении исследований было выявлено, что температура трубок топливопроводов системы питания дизельного двигателя, не оснащённых системой подогрева, через 60 минут нахождения в условиях отрицательных температур становится равной этим температурам (рис. 5). Температура трубок топливопроводов системы питания дизельного двигателя, оснащённых системой подогрева, через 60 минут нахождения в условиях отрицательных температур не опускается ниже 18 градусов Цельсия, при температуре воздуха минус 14 градуса Цельсия и не опускается ниже 7 градусов Цельсия при температуре воздуха минус 34 градуса Цельсия. Исследование с использованием солнечной батареи проводились как в солнечные, так и в пасмурные дни. В пасмурные дни регулятор заряда от солнечной батареи показывал зарядный ток 13 вольт. Использование в процессе подогрева топливопроводов дизельного двигателя солнечной батареи позволило избежать значительного разряда аккумуляторной батареи автомобиля. Поддержание топлива в топливопроводах системы питания при температуре 7 градусов Цельсия и выше при температуре окружающего воздуха минус 34 градуса и выше течение 1 часа позволяет повысить вероятность запуска двигателя после кратковременных выключений, при которых температура охлаждающей жидкости и масла двигателя остаётся выше 0 градусов Цельсия.
Рис. 4. Используемые в исследованиях солнечная батарея и регулятор заряда от солнечной батареи
Рис. 5. Изменение температуры топливопроводов системы питания дизельного двигателя с усовершенствованной и с базовой конструкцией
С целью снижения износа подшипников скольжения ходовой части и подвески автосамосвалов (например, в шкворнях или реактивных штангах), была модернизирована технология выполнения смазочных работ. По предлагаемой технологии выполнение смазочных работ проводилось с использованием Литола-24 с металловостанавливающей добавкой из магнетофлекса [1]. Для повышения эффективности очищения узлов трения от загрязнений, стружки, воды, старой смазки, реагентов применялся вибромолоток с неодимовыми магнитами. Предлагаемая технология предусматривает подачу смазки, которая сопровождалась воздействием на узлы трения вибромолотка с неодимовыми магнитами. Вибрация молотка позволяла лучше отделяться загрязнением от трущихся поверхностей, а также более эффективно распространяться по узлу трения новой смазки и металловосстанавливающим добавкам. Неодимовые магниты выполняли функцию крепления молотка к обслуживаемому узлу трения, а также функцию усиления магнитных свойств металловосстанавливающих добавок из магнетофлекса. После выполнения процесса смазки проверялась плотность выдавливаемой старой смазки. Было отмечено увеличение плотности выдавливаемой старой смазки при увеличении частоты вибрации молотка. Разность плотности выдавливаемой старой смазки, при использовании вибромолотка с частотой вибрации в 200 Гц, в сравнении с плотностью выдавливаем старой смазки без применения вибромолотка составила 0,08 г/см3 (рис. 6). Увеличение плотности выдавливаемой старой смазки свидетельствовало о том, что вибрация позволяет лучше прочищать подшипники скольжения от загрязнений, воды, химических реагентов, металлической стружки, ускоряющих процесс износа подшипников скольжения. Через 3 месяца использования автосамосвалов в условиях низких температур проводилась повторная проверка люфта в шкворнях автосамосвалов. Для этого микрометр с часовым индикатором крепился к переднему мосту автомобиля таким образом, чтобы его кнопка упиралась в поворотную цапфу (рис. 7). После этого переднее колесо вывешивалось с помощью домкрата, при этом поворотная цапфа с колесом наклонялась, поджимая кнопку микрометра. Эта величина наклона поворотной цапфы характеризовала люфт в шкворнях проверяемых автомобилей. При применении новой технологии смазки было выявлено снижение износа подшипников скольжения ходовой части и подвески автосамосвалов. Так при смазке узлов Литолом — 24, произошло увеличение измеряемого параметра отклонения поворотной цапфы на 0,12 мм, а при использовании смазки литол-24 с наполнителями, содержащими магнетофлекс, увеличение измеряемого параметра составило 0,09 мм (рис. 8). При использовании смазки литол-24 с магнетофлексом и дополнительным воздействием вибромолотка было зафиксировано увеличение отклонения поворотной цапфы на 0,07 мм, что меньше чем при использовании Литола — 24 без с магнетофлекса на 0,02 мм и меньше чем при использовании Литола- 24 с магнетофлексом без воздействия вибромолотка на 0,05 мм.
Рис. 6. Зависимость плотности выдавливаемой (старой) смазки от частоты вибрации вибромолотка
Рис. 7. Определение люфта в шкворнях автосамосвала
Рис. 8. Увеличение люфта в шкворнях автосамосвала в результате применения базовой и модернизированной технологии смазки
Внедрение новой технологии смазки и совершенствование конструкции системы питания дизельных двигателей и механизма подъема платформы кузова автосамосвала позволят получить экономическую эффективность за счёт сохранение ресурса агрегатов и деталей автомобилей, а также за счет экономии топлива при запуске и прогреве дизельных автомобилей и за счёт снижения простоев автосамосвалов в ремонте в связи с повышением надёжности и долговечности гидроцилиндров подъёма платформы.
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.
