8. Особенности эксплуатации подвижного состава в условиях агрессивной среды, влияние на надежность и нормативы технического обслуживания и ремонта

Все климатические районы, кроме умеренного, создают особые условия для работы, хранения, ТО и ремонта подвижного состава, которые должны учитываться при планировании, нормировании и организации технической эксплуатации автомобилей.

Особые условия, как правило, характеризуются сочетанием неблагоприятных факторов. Так, для холодного климатического района, расположенного в северных и восточных областях страны, характерны не только низкая температура окружающего воздуха, сильные ветры, но и более тяжёлые дорожные условия (снежные заносы зимой, работа преимущественно на дорогах без твёрдого покрытия.).

Для жаркого сухого и очень жаркого сухого климатических районов, кроме высоких температур, действуют факторы солнечной радиации и большой запылённости воздуха. Для районов, расположенных в прибрежной зоне морей (с шириной полосы 5 км), характерна высокая агрессивность окружающей среды, которая вызывает коррозионные разрушения металлов. Перечислим неблагоприятные факторы:

1) Ветровая нагрузка

Ветер влияет на скорость охлаждения двигателя. Например: при увеличении скорости ветра от 0 до 10м/с темп охлаждения деталей увеличивается в 3 раза.

По средним значениям температур и ветров от нагрузки для умеренного климатического района двигатель автомобиля зимой остывает до температуры окружающего воздуха за 25-30 мин, летом за 3 часа.

Эксплуатация автомобиля на длительных маршрутах с преобладающими ветрами также влияет на выходные показатели и техническое состояние автомобилей. Например, при встречном ветре увеличиваются расходы топлива, при попутном наоборот. При постоянных боковых ветрах для соблюдения прямолинейного движения автомобиля водитель вынужден воздействовать на рулевое колесо в одну сторону, что приводит к изнашиванию деталей рулевого управления автомобиля и шин.

2) Интенсивность атмосферных осадков

При выпадении снега и дождя условия движения автомобилей становятся более тяжелыми. Это заставляет водителя двигаться на пониженных передачах и малых скоростях, чаще применять режимы торможения. Кроме того, снижается комфортабельность водителя и пассажиров, повышается коррозия металлов.

Интенсивность выпадения осадков на территории умеренного климатического района как правило не превышает 3-3.5 мм/мин (кратковременно) и 1.5-1.6 мм/мин при длительном периоде (более 30 мин).

В процессе разработки автомобилей на заводах-изготовителях при испытании кабины или салона на герметичность в испытательной камере обеспечивается выпадение осадков 5 мм/ мин, при этом попадания воды в кабину (салон) недопустимы.

3) Сезонные колебания условий эксплуатации

Сезонные колебания условий эксплуатации автомобилей обусловлены колебаниями температуры окружающего воздуха, изменениями дорожных условий по временам года, с появлением ряда дополнительных факторов, влияющих на интенсивность изменения параметров технического состояния автомобиля, например, пыли летом, влаги и грязи осенью или весной.

4) Солнечная радиация

При воздействии солнечных лучей на поверхность автомобиля выгорает лакокрасочное покрытие, размягчаются шины автомобиля. Последнее приводит к ухудшению управляемости автомобиля и ускоряет процессы старения материала шин. Размягчаются также все открытые резиновые уплотнения, чем также нарушается их нормальное функционирование.

5) Агрессивность окружающей среды

Агрессивность окружающей среды связана с повышенной коррозионной активностью воздуха, свойственной прибрежным морским районам. Такие условия вызывают интенсивную коррозию деталей автомобилей, увеличивая трудоемкость технического обслуживания и текущего ремонта, потребность в запасных частях примерно на 10%. При этом ресурс автомобилей также сокращается. Агрессивной окружающей средой для автомобилей является также химический груз. Все это также учитывается при корректировании нормативов ТЭА.

6) Тепловые режимы работы агрегатов автомобилей

Оптимальное значение температур охлаждающей жидкости и моторных масел большинства автомобильных двигателей лежит в интервале 85-950º С. При больших или меньших их значениях существенно возрастают износы деталей цилиндропоршневой группы двигателей.

Оптимальным температурам охлаждающих жидкостей и масел соответствуют оптимальные значения температур поверхностей теплонагруженных деталей. При их превышении может произойти оплавление алюминиевых деталей, образующих камеру сгорания, интенсифицируются процессы коксования моторных масел, образования лаковых отложений на поверхностях и т.д. Из-за разжижения масел повышаются износы цилиндров. Кроме этого, растет токсичность отработавших газов по выбросам оксида азота NO_x.

При пониженных температурах стенок деталей цилиндропоршневой группы интенсифицируются процессы их корозионно-механического изнашивания, так как на поверхностях конденсируются пары воды и кислот, образующихся в отработанных газах. Оксиды в дальнейшем очень быстро истираются, поскольку их износостойкость на порядок ниже износостойкости основных материалов деталей двигателя. Увеличение износов при этом объясняется также тем, что холодные моторные масла не образуют на трущихся поверхностях масленых пленок должного качества.

Одним из основных резервов повышенных показателей эксплуатационной надежности двигателей внутреннего сгорания является снижение нагаров, лаков и осадков на поверхностях деталей. В основе их образования лежат процессы старения моторных масел, а именно, процессы окисления углеводородов, входящих в состав масляной основы.

Определяющее влияние на процессы окисления масла в двигателях, на образование отложений и на эффективность работы ДВС в целом оказывает тепловой режим теплонагруженных деталей. Оптимизация теплового состояния является одним из важнейших условий длительной и бесперебойной работы ДВС.

Отложения на поверхностях деталей ДВС делятся на три основных вида: нагары, лаки и осадки (шламы).

Нагар – твердые углеродистые вещества, откладывающиеся во время работы двигателя на поверхностях камеры сгорания. В состав нагара входят продукты окисления углеводородов (смолы, асфальтены, карбены, карбоиды), а также так называемая несгораемая часть – свинец, железо и другие механические примеси. При этом отложения нагаров в камерах сгорания главным образом зависят от температурных условий, даже при аналогичном составе смеси и одинаковой конструкции деталей камеры сгорания двигателей. Нагар оказывает весьма существенное влияние на протекание рабочего процесса и на долговечность его работы. Почти все виды ненормального сгорания (детонация, калильное зажигание и прочие) сопровождаются тем или иным влиянием нагара на поверхностях камеры сгорания.

Лак – продукт изменения (окисления) тонких масляных пленок, растекающихся и покрывающих детали двигателя под действием высоких температур. Лаковые отложения – продукт концентрации оксикислот. В состав лака входит углерод (до 80%), а также кислород, водород и твердые несгораемые соединения (зола).

Наибольший вред наносит лакообразование в зоне поршневых колец, вызывая процессы их закоксовывания. Лаки, также откладываясь на поверхностях поршня, контактирующих с маслом, нарушают должную теплопередачу через поршень (теплоотвод от него) и далее в систему охлаждения.

Осадки (шламы) – низкотемпературные мазеобразные отложения, представляющие собой смесь продуктов окисления углеводородов с продуктами загрязнения моторного масла эмульсиями и водой. На количество осадков решающее влияние оказывают качество масла, температурный режим деталей, конструктивные особенности двигателя и условия эксплуатации. Отложения этого типа наиболее характерны для условий зимней эксплуатации, а также при частых пусках и остановках двигателя.

При температурах масел от 150 ° С и выше процессы окисления происходят очень интенсивно. Когда температура превышает 300 ° С, одновременно с реакциями окисления происходит термическое разрушение углеводородов масел. В результате окисления и термического распада в маслах интенсивнее накапливаются органические кислоты, смолисто-асфальтовые вещества, углеродистые продукты (карбены, карбоиды и др.)

Таким образом, определяющее влияние на процесс образования различных отложений, а также на прочностные показатели деталей, эффективные показатели, процессы изнашивания деталей оказывает их тепловое состояние. В этой связи необходимо знать пороговые значения температур деталей ЦПГ, по крайней мере, в характерных точках.

Тепловое состояние деталей цилиндропоршневой группы принято анализировать по значениям температур в четырех характерных точках.

Значения температур учитываются в них при производстве, испытаниях и доводке ДВС для оптимизации конструкций деталей, при выборе для двигателя моторного масла, в целом ряде решения других технических проблем.

Для повышения эффективности транспортного процесса и ТЭА в особых условиях применяют, как правило, в сочетании следующие методы:

Применение автомобилей в специальном исполнении (северном, горном и т. д.);

Корректирование нормативов ТЭА с учётом особых условий;

Применение средств и способов безгаражного хранения и пуска автомобиля.

Автомобили, предназначенные для перевозок в условиях жаркого климата, должны иметь усиленные системы охлаждения замкнутого типа, препятствующие потерям жидкости из-за испарения; а также масляные радиаторы для охлаждения масла. На автомобилях, работающих в пустынно-песчаной зоне, необходима усиленная фильтрация воздуха, топлива, масла. Шины, резинотехнические изделия и детали из полимерных материалов, топливо, масло, тормозная жидкость и др. эксплуатационные материалы должны быть рассчитаны на работу при высоких температурах.

АКБ должна быть размещена в наименее нагреваемой зоне автомобиля, помещение водителя и пассажиров должно быть отделено от двигателя надёжной теплоизоляцией. Крыша должна иметь эффективную теплоизоляцию от нагрева солнцем. Кабина и пассажирский кузов должны быть оборудованы вентиляцией, пылезащитой и кондиционером. Все поверхности автомобиля, на которые попадают солнечные лучи, окрашиваются в светлые тона, стойкие против солнечной радиации, а на сиденья надеваются лёгкие чехлы.

Расход топлива на движении автомобиля при высоких температурах возрастает. При высокой температуре воздух имеет пониженную плотность, поэтому уменьшается масса всасываемого воздуха. В этих условиях плотность топлива тоже ниже, но ниже его вязкость и выше испаряемость, и в целом горючая смесь получается переобогащённой. переобогащённая смесь выгорает не полностью, что приводит к потерям топлива. Высокая температура окружающего воздуха и переобогащённая горючая смесь могут привести к детонации, калильному зажиганию, паровым пробкам, что опять ведёт к увеличению расхода топлива, а также губительно сказывается на двигателе.

Высокие температуры окружающего воздуха уменьшают ресурс двигателя, вызывая следующие явления:

• изменение зазоров в сопряжениях;

• ослабление смазочных свойств масла и снижение его вязкости;

• снижение вязкости и повышение испаряемости топлива (переобогащение горючей смеси);

• повышенное накипеобразование в системе охлаждения, что приводит к перегреву двигателя.

Еще один фактор износа систем и агрегатов автомобиля - пыль, которая, попадая между трущимися поверхностями, вызывает абразивный износ. Кроме того, пыль, содержащая химически активные вещества,

ухудшает химические свойства масел и топлива и усиливает коррозию деталей.

Высокая температура и запылённость окружающего воздуха вызывают такое специфическое явление, как микробиологическое поражение ГСМ. Как отмечает канд. техн. Наук М. М. Ташпулатов, при этом существенно меняются вязкость, кислотность, щёлочность. Более того, биогенные физико-химические изменения ведут к оголению рабочих поверхностей деталей, вызывают разрушение оксидных защитных плёнок, способствуют усиленному нагарообразованию на клапанах, поршнях и др. Возможно закупоривание биомассой фильтров и коммуникаций малого сечения (масляные каналы коленчатого вала, отверстия распылителей форсунки и др.). это приводит к преждевременным износам двигателей.

Для использования в высокогорной местности с разряжённой атмосферой требуются специализированные конструкции двигателей автомобилей, в которых уменьшены потери мощности за счёт соответствующей конструкции системы питания с высотной корректировкой, изменением степени сжатия и т. д. При эксплуатации автомобиля на высокогорных дорогах целесообразно применять специальный подбор передаточных отношений и трансмиссии, тормозных механизмов- замедлителей и др.

Классификация закономерностей, характеризующих изменение технического состояния автомобилей:

Процессы, происходящие в природе и технике, могут быть подразделены на две большие группы: процессы, описываемые функциональными зависимостями, и случайные (вероятностные, стохастические).

Для функциональных зависимостей характерна жесткая связь между функцией (зависимой переменной) и аргументом (независимой переменной величиной), когда определенному значению аргумента (аргументов) соответствует определенное значение функции. Например, зависимость пройденного пути автомобиля от скорости и времени движения.

Вероятностные процессы происходят под влиянием многих переменных факторов, значение которых часто неизвестно. Поэтому результаты вероятностного процесса могут принимать различные количественные значения, т. е. обнаруживать рассеивание или вариацию, и являются случайными величинами. Например, наработка на отказ автомобиля или его агрегата является случайной величиной и зависит от ряда факторов: качества материалов деталей; точности обработки деталей; качества сборки; качества ТО и ремонта; квалификации персонала; условий эксплуатации; качества применяемых эксплуатационных материалов и т. п. Случайными величинами являются трудоемкость устранения конкретной неисправности, расход материалов, значение параметра технического состояния в определенные моменты времени и т. д.

Для разработки рекомендаций по рациональной эксплуатации, совершенствованию конструкции автомобилей необходима информация о закономерностях изменения их технического состояния. К важнейшим закономерностям ТЭА относятся: изменение технического состояния автомобиля, агрегата, детали по времени работы или пробегу (наработке) автомобиля; рассеивание параметров технического состояния и других случайных, с которыми оперирует техническая эксплуатация, например, продолжительность выполнения ремонтных и профилактических работ; формирование суммарного потока отказов за весь срок службы автомобиля или группы автомобилей (процесс восстановления).

213