В статье рассмотрены основные факторы, влияющие на работоспособность гидравлических систем транспортно-технологических машин в условиях отрицательных температур окружающего воздуха. Анализируются наиболее распространенные способы обеспечения рационального температурного режима гидросистем транспортно-технологических машин.
Ключевые слова: рабочая жидкость, гидросистема, транспортно-технологические машины, температура, вязкость, предпусковой подогрев.
Экономичная работа гидросистем транспортно-технологических машин возможна только при рациональном тепловом режиме. Современные машины не имеют системы терморегулирования масла в агрегатах гидросистемы. Ее отсутствие сказывается в основном при их эксплуатации в зимнее время.
Основными причинами, ухудшающими работоспособность и определяющими особенности функционирования агрегатов гидросистемы транспортно-технологических машин в холодное время года, являются следующие: отсутствие устройств терморегулирования масла в гидравлических системах современных мобильных машин; высокая вязкость рабочей жидкости в начальный период работы, определяющая ухудшение пусковых качеств гидронасосов, а также нарушение режима смазки узлов и механизмов; большая продолжительность прогрева рабочей жидкости до эксплуатационных температур; низкое значение установившегося теплового режима основных функциональных систем гидросистемы.
Как показало обобщение опыта, в условиях автотранспортного производства представляется возможным осуществить следующие способы улучшения работоспособности гидросистем: перед зимними работами подбирать для использования масла с улучшенными эксплуатационными свойствами, производить подогрев непосредственно перед началом работы и поддерживать рациональные температурные режимы непосредственно при эксплуатации [1].
Наилучшим решением вопроса необходимо было бы считать применение масел с пологой вязкостно-температурной характеристикой (масла на минеральной и синтетической основах) [2,3]. Однако использование масел с улучшенными низкотемпературными свойствами эффективно в основном только в период пуска и в начале работы. На уровень установившегося теплового режима гидросистемы это не оказывает существенного влияния. Кроме того, объем производства указанных масел в нашей стране пока еще недостаточен, их применение ограничено высокой стоимостью, поэтому их разрабатывают, в основном, для районов Крайнего Севера и используют только в самых ответственных узлах трения.
Улучшение работоспособности гидросистемы при эксплуатации поддержанием рациональных нагрузочного и скоростного режимов работы механизмов в сочетании с повышением коэффициента сменности и увеличением загрузки гидросистемы в течение рабочего дня является малоперспективным ввиду специфичности зимних видов работ.
Стоянка машины в межсменное время в теплом гараже значительно снижает скорость охлаждения ее агрегатов и к началу смены температура масла в гидроагрегатах несколько выше температуры в помещении. При этом обеспечивается легкий пуск техники в работу, значительно улучшаются условия труда водителей, операторов, повышается производительность. Однако, учитывая территориальную разобщенность автопарка и работу их в зимних условиях небольшими группами, отсутствие отапливаемых гаражей на большинстве предприятий, и принимая во внимание, что не всегда экономически выгодно иметь утепленные гаражи во всех точках эксплуатации, до сих пор приходится считаться с наличием эксплуатации техники при безгаражном хранении. И если для разогрева двигателей в настоящее время разработано много различных способов (индивидуальные средства разогрева, групповой разогрев и т. д.), то гидросистемы транспортно-технологических машин чаще всего пускаются в работу без подогрева, что ведет к известным отрицательным последствиям.
Весьма эффективно утепление корпусов гидроагрегатов теплоизоляционными материалами, но эта задача технически трудно осуществима, так как агрегаты гидросистемы располагаются по всей длине трактора, на значительном расстоянии друг от друга [4].
Из немногих способов подогрева рабочей жидкости гидросистемы следует отметить следующие: горячим воздухом, теплом инфракрасных горелок, дросселированием, изменением площади теплообмена, электорнагревательными элементами, за счет тепла выделяемого двигателем внутреннего сгорания (ДВС), отработавшими газами ДВС [3].
Разогрев агрегатов гидросистемы горячим воздухом достаточно эффективен, прост и доступен. Водо-воздушный подогреватель Целинного филиала ГОСНИТИ может разогреть сразу шесть машин. С его помощью нагревается масло в картерах двигателя, баках гидросистем, КПП, заднем мосту. Масло разогревают горячим воздухом с температурой 300…350 оС [2]. Основными недостатками данного способа являются необходимость приобретения дополнительного оборудования и значительные затраты на горюче-смазочные материалы.
Разогрев агрегатов гидросистемы газовыми горелками инфракрасного излучения также не получил широкого распространения из-за низкого КПД этих установок и необходимости дополнительных затрат на приобретение газа. Следует отметить, что показатели установок, основанных на применении горелок инфракрасного излучения и сжиженного газа, значительно улучшаются, если их применяют для других целей, например, для отопления зданий.
Системы разогрева рабочей жидкости дросселированием [3], основаны на том, что при прохождении жидкости через дроссель с перепадом давлений, она нагревается. Разогрев рабочей жидкости в результате дросселирования происходит при прохождении жидкости через гидравлическое сопротивление (дроссель) за счет потери давления в процессе деформации (мятия) жидкости и превращения механической энергии в тепловую.
Недостатком этих систем является то, что при прохождении жидкости под давлением с высокой скоростью через каналы и зазоры направляющей и регулирующей гидроаппаратуры и другие местные сопротивления происходит многократное мятие жидкости, что весьма вредно влияет на физико-химические свойства рабочей жидкости. В процессе дросселирования масла при больших давлениях происходит деструкция молекулярных цепочек, в результате уменьшается вязкость, ухудшаются смазывающие свойства, и наблюдается потемнение масла.
Известны системы разогрева рабочей жидкости за счет уменьшения вместимости гидробака и площади теплоотдачи [3], которые включают малый и большой баки, основной и дополнительный распределители, насос, термодатчик, гидродвигатель.
Недостатком этих систем является то, что после достижения рациональной температуры в период работы на малом баке при подключении большого бака температура рабочей жидкости резко понижается и становится значительно ниже рациональной, так как температура масса холодного масла значительно больше массы горячего масла. Кроме того, это направление терморегулирования рабочей жидкости требует довольно существенных конструктивных изменений гидросистемы, что влечет усложнение технологии изготовления, увеличение габаритов, массы и стоимости машины.
Конструкция устройства для разогрева масла за счет тепла выделяемого ДВС [5] применена на тракторе «Беларусь» МТЗ-1221 и состоит из трубчатого теплообменника и крышки, крепящейся к блок-картеру двигателя при помощи болтов. Масло, подаваемое гидронасосом, нагревается в теплообменнике за счет тепла выделяемого ДВС.
К недостаткам данного способа следует отнести то, что в начальный момент прокачки масла через теплообменник температура корпусных деталей двигателя все еще остается достаточно низкой. Разогрев рабочей жидкости осуществляется лишь за счет ее перемешивания и барботирования шестеренным насосом, что ведет к его повышенному изнашиванию. В период же, когда температура двигателя возрастет до максимально установившейся в процессе теплообмена с окружающей средой, температура блока цилиндров будет намного превышать рациональную рабочую температуру гидрожидкости, создавая тем самым условия для ухудшения физико-механических свойств рабочей жидкости.
Системы разогрева рабочей жидкости отработавшими газами ДВС [3] также не нашли широкого распространения из-за того, что масло гидросистемы претерпевает значительные локальные перегревы в режиме его разогрева, так как температура отработавших газов при выпуске их из двигателя в несколько раз превышает рациональную температуру рабочей жидкости. Под воздействием высокой температуры ускоряется интенсивность процесса окисления и окислительной полимеризации — это является основным фактором старения масла, при котором выделяются и выпадают в осадок органические кислоты и асфальтосмолистые вещества, которые засоряют маслопроводы и каналы.
Таким образом, из всех описанных способов подогрева рабочей жидкости гидросистемы транспортно-технологических машин, поиск наиболее полно удовлетворяющего всем предъявляемым требованиям является актуальной теоретической и практической задачей.
Литература:
1. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности гидросистемы трактора терморегулированием рабочей жидкости: дис.... канд. техн. наук: 05.20.03: защищена 21.09.2007: утв. 07.12.2007 / Рылякин Евгений Геннадьевич. — Пенза, 2007. — 150 с.
2. Захаров, Ю. А. Обеспечение работы мобильных машин в условиях отрицательных температур [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов, А. А. Орехов // Молодой ученый. — 2014. — № 17. — С.56–58.
3. Каверзин, С. В. Обеспечение работоспособности гидравлического привода при низких температурах: моногр. [Текст] / С. В. Каверзин, В. П. Лебедев, Е. А. Сорокин. — Красноярск, 1997. — 240 с.
4. Рылякин, Е. Г. Подогрев масла в гидросистеме [Текст] / Е. Г. Рылякин // Сельский механизатор. — 2014. — № 8. — С.38–40.
5. Курылев, А. В. Система регулирования температуры рабочей жидкости в гидроприводе транспортно-технологических машин [Текст] / А. В. Курылев, Е. Г. Рылякин // Мир транспорта и технологических машин. — № 3 (46). — Июль-Сентябрь 2014. — С. 89–96.
