1892

магистрали. При этом обеспечиваются условия – уровень масла в баке выше оси вращения насоса примерно на 0,5 м (рис. 2.7) [16].

В интервале отрицательных температур от минус 43 до минус 35 °С, несмотря на достаточно высокие значения объемных КПД (0,9), работа некоторых насосов сопровождается шумом, характерным для явлений кавитации, а также пульсацией потока. При интенсивном нагреве рабочей жидкости насосы быстро переходят в стабильный режим, что делает их пригодными для длительной эксплуатации. Шестеренные насосы обеспечивают лучшие показатели прокачиваемости рабочей жидкости, однако они более чувствительны к изменению вязкости и для этих гидроагрегатов имеет место меньший температурный диапазон высокого и стабильного КПД, особенно при положительных температурах. У аксиально-поршневых насосов прокачиваемость при низких температурах в период их пуска хуже, но они менее чувствительны к изменениям вязкости рабочей жидкости. Эти гидроагрегаты имеют более широкий диапазон стабильного и высокого КПД. В частности, аксиально-

поршневые насосы (гидромоторы) 210.20; 310.20; 310.28; 310,56; 310,112 и

некоторые другие устойчиво работают при изменении вязкости от 8 до 1200 сСт, что соответствует интервалу температур рабочей жидкости от 60 оС до минус 40 °С.

Рис.2.7. Зависимость объемного ηv и полного η КПД от температуры рабочей жидкости: 1 – НШ-32 (шестеренный); 2 – НШ-98 (шестеренный); 3 – 210.20 (аксиально-поршневой); 4 – НПА-64 (аксиально-поршневой)

Наибольшие значения общего КПД аксиально-поршневых насосов 210

– 310 с использованием рабочей жидкости МГ-15В для большинства

39

гидравлических систем машин соответствуют установившемуся тепловому режиму (от минус 10 до 55 °С).

Для увеличения предела прокачиваемости рабочей жидкости по уровню ее вязкости следует рекомендовать организациям и предприятиям, которые эксплуатируют гидрофицированные машины при низких температурах, снижать частоту вращения двигателей силовых установок для привода насосов, особенно в периоды их пуска. Экспериментальные исследования показали, что при снижении частоты вращения, например, пластинчатого насоса на 40 % диапазон его устойчивой работы по уровню вязкости рабочей жидкости увеличивается от 600 до 2100 сСт, то есть примерно втрое.

При уменьшении частоты вращения аксиально-поршневых насосов на 40 % диапазон устойчивой работы по уровню вязкости рабочей жидкости увеличился в 2,5 раза (от 400 до 1000 сСт), а предел прокачиваемости – вдвое.

Известно, что насосы с меньшим рабочим объемом способны работать при большей частоте вращения. Однако характерное для всех насосов снижение подачи наступает примерно при одинаковом значении кинематической вязкости рабочей жидкости – 2500...2600 сСт. Работа всех насосов при вязкости более 2600 сСт происходит с неполным заполнением их рабочих объемов и сопряжена с кавитацией.

При низких отрицательных температурах окружающего воздуха из-за несоответствия свойств уплотнений и рукавов высокого давления условиям эксплуатации достаточно часто возникают их отказы. При низких отрицательных температурах резиновые уплотнения теряют упругие свойства и давление на их контактной поверхности значительно снижается. Для многих марок резин контактное давление сохраняет первоначальное значение в интервале температур от минус 15 до минус 25 °С. Дальнейшее понижение температуры приводит к резкому уменьшению контактного давления, которое в интервале от минус 40 до минус 45 °С практически отсутствует, и тогда проявляются наружные утечки рабочей жидкости.

Опыт эксплуатации машин с гидроприводом в условиях Крайнего Севера, в Якутии и на Дальнем Востоке показал, что 60 % отказов связано именно с уплотнениями. Часто разрываются гибкие резинометаллические и резинотканевые рукава, особенно в местах соединения с металлическими наконечниками. Дополнительно расходуется не только рабочая жидкость, но и дизельное топливо, так как для поддержания в работоспособном состоянии машины с гидроприводом в суровых климатических условиях машинисты не глушат двигатели в перерывах между сменами.

40

Таким образом, основными мероприятиями по предупреждению характерных для зимних условий отказов и преждевременных износов агрегатов и узлов машин являются:

–эффективный разогрев силовых установок машин путем использования различных типов подогревателей;

–использование надежных пусковых устройств и средств облегчения пуска двигателей;

–выбор рациональных режимов прогрева (подготовки к использованию) силовой установки машины и ее гидропривода;

–применение кондиционных эксплуатационных материалов, в том числе дизельных топлив, моторных масел и рабочих жидкостей (с хорошими ВТХ), низкозамерзающих охлаждающих жидкостей;

–предупреждение попадания воды в топливо, моторные масла и рабочие жидкости, своевременная их замена с учетом условий эксплуатации;

–повышение квалификации машинистов (водителей), совершенствование их навыков эксплуатации машин в зимнее время.

2.4.Использование индивидуальных средств облегчения пуска двигателей силовых установок для обеспечения

их работоспособности и ресурса

Все средства облегчения пуска двигателей могут быть разделены на индивидуальные, которые используются на отдельных машинах, и групповые или общего назначения. В качестве индивидуальных средств могут применяться предпусковые жидкостные и воздушные подогреватели. Предпусковые подогреватели предназначаются для прогрева охлаждающей двигатель жидкости и моторного масла.

В качестве групповых средств, которые применяют в условиях стационарной базы, используют водомаслогрейки, специально оборудованные площадки, на которых производится разогрев двигателей машин перед пуском горячей водой, паром, групповой разогрев (подогрев) с использованием воздухоподогревателей, а также подогрев моторного масла электрическими нагревательными элементами (ТЭН).

Автономные предпусковые жидкостные подогреватели. Предпусковой автономный подогреватель представляет собой агрегат машины, который устанавливается в моторном отделении. Теплообменник подогревателя подсоединяется к системе охлаждения двигателя, электронный блок управления и таймер-терморегулятор (если они имеются в комплекте подогревателя) – к бортовой сети, а система подачи топлива – к топливному баку машины. Существуют различные типы индивидуальных

41

жидкостных предпусковых подогревателей двигателей силовых установок машин. При этом охлаждающая жидкость в системе охлаждения и подогрева прокачивается насосом с электрическим приводом и нагревается в котле подогревателя. Разогрев котла происходит при сгорании топливовоздушной смеси, которая воспламеняется с помощью свечи накаливания или свечи зажигания. Высокое напряжение, необходимое для работы свечи зажигания, может обеспечивать высоковольтный источник тока.

К наиболее важным техническим характеристикам индивидуального жидкостного подогревателя относятся его тепловая (отопительная) мощность, потребление топлива и расход электроэнергии от АБ. Диапазон их значений приведен в табл. 2.3 [17]. Тепловая мощность характеризует тепловую производительность подогревателя, которая измеряется в кВт/ч (ккал/ч).

Основным критерием эффективности индивидуального жидкостного подогревателя является продолжительность подготовки силовой установки до состояния ее готовности к пуску двигателя.

Индивидуальные предпусковые подогреватели являются эффективным средством облегчения пуска дизельных двигателей машин при низких отрицательных температурах окружающего воздуха. Их применение обеспечивает использование низкозамерзающих охлаждающих жидкостей, что позволяет увеличить основное рабочее время и повысить сменную производительность машин на 5 – 6 %. Так, например, подогреватели 15.8106-01, 14ТС-10, ПЖД-30 обеспечивают надежный пуск двигателей машин при температурах окружающего воздуха до минус 40 °С.

Опыт зимней эксплуатации машин показывает, что использование предпускового подогревателя двигателя сокращает расход топлива на 0,1 – 0,5 л в расчете на один пуск. В течение зимнего периода эксплуатации машины (300 – 500 пусков) экономия топлива может составить от 30 до

150 л [18].

42

Подогреватель устанавливается и закрепляется таким образом, чтобы его расположение соответствовало конструкции двигателя. Например, подогреватель на рядный шестицилиндровый двигатель СМД-14А устанавливают слева (рис. 2.8) [7]. Подогреватель подсоединяют к системе охлаждения двигателя в двух местах. Нагретая жидкость через патрубок подогревателя подводится к цилиндру пускового двигателя или непосредственно в верхнюю часть блок-картера. Отвод охлаждающей жидкости в подогреватель осуществляется из нижней части блок-картера двигателя.

На рис. 2.9 представлены возможные схемы подключения подогревателей жидкостных к системе охлаждения V-образных двигателей машин.

Пример компоновки узлов подогревателя, установленного на V- образный восьмицилиндровый двигатель автомобиля КамАЗ, представлен на рис. 2.10.

Рис. 2.8. Схема подключения подогревателя на рядном шестицилиндровом двигателе (Р6)

СМД-14А: 1 – двигатель; 2 – цилиндр пускового двигателя; 3 –сливное отверстие блока цилиндров; 4 – подогреватель; 5 – фальш-поддон

43

В систему разогрева также включают радиатор отопителя кабины машины. На рис. 2.11 представлена схема подключения подогревателя к системе охлаждения V-образного восьмицилиндрового двигателя и отопления кабины машины.

Рис. 2.11. Схема подключения подогревателя к системе охлаждения двигателя и отопления кабины

Сравнительные испытания подогревателей с тепловой производительностью 16,2 и 22 кВт серийного изготовления, установленные на двигателе Р6, показали их достаточно высокую эффективность [7].

Продолжительность разогрева силовой установки подогревателем до состояния готовности к пуску двигателя в зависимости от температуры наружного воздуха была следующей (рис. 2.12): при температуре до минус 10 °С – 10 мин, от минус 11 до минус 15 °С – 15 мин, от минус 16 до минус 35 °С – 20 мин, ниже минус 35 °С – 30 мин.

При этом пуск подогревателя с тепловой производительностью 16,2 кВт по времени составил (по результатам всех испытаний) до 15 с. Общее время подготовки к пуску составило 30 – 40 с. Подготовка подогревателя с тепловой производительностью 22 кВт к пуску составила

46

до 30 с, а общее время подготовки к пуску и непосредственно пуска подогревателя в большинстве случаев составляло от одной до 1,5 мин.

головки блоков основного двигателя (вблизи первого цилиндра);

–температуры охлаждающей жидкости, при выходе из блока цилиндров;

–температуры моторного масла в поддоне картера (в месте размещения маслоприемника насоса) и в главной магистрали системы смазки (со стороны фильтров).

После обобщения результатов испытаний, в которых подогреватели с тепловой производительностью 16,2 и 22 кВт работали по 20 мин, были получены средние данные по результатам всех пусков, характеризующие динамику процесса разогрева двигателя при температуре окружающего воздуха в пределах от минус 16 до минус 30 °С (рис. 2.13, 2.14).

На 20-й минуте разогрева температура охлаждающей жидкости (М-40) на входе в полость охлаждения цилиндра пускового двигателя устанавливалась равной 104 – 106 °С, в полости головки блоков двигателя

–92-98°С, поступающей обратно в подогреватель – 22 – 23 °С, а температура моторного масла в картере повышалась только до 3 – 8 °С.

Такое тепловое состояние силовой установки обеспечивает надежный пуск как пускового, так и основного дизельного двигателя. При этом время пуска двигателей не зависит от температуры окружающего воздуха и составляет в среднем:

–пусковой двигатель – 1,5 – 2,0 с;

–дизельный двигатель – 3,5 – 4,0 с.

47

сжатия.

В настоящее время в системы охлаждения силовых установок СДКМ устанавливают жидкостные подогреватели 15.8106-01, ПЖД-12Б, 14ТС-10,

ПЖД-30, ПЖД-600, ПГВ-800-1 и ПГВ-800-2, Тhermo, Нydronic 10, подогреватели фирмы Webasto [19, 20, 21, 22, 23].

Компания Webasto выпускает две серии отопителей, первую из которых составляют отопители Thermo Top, используемые для установки в легковые автомобили, а отопители второй серии предназначены для грузовых автомобилей и микроавтобусов (прил. 14) [22].

Серия отопителей для грузовых автомобилей характеризуется большей мощностью, а модели Thermo 90S имеют плавную регулировку ее величины. Теплообменник отопителя подключается к системе охлаждения, топливная система – к прямому или обратному топливопроводу либо баку автомобиля, а электрические компоненты – к бортовой сети.

48