Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор состояние вопроса и постановка задач исследования 8
1.1. Анализ взаимосвязи теплового состояния и эксплуатационной надежности ДВС 8
1.2. Обзор методов статистического моделирования безотказности и долговечности работы машин 15
1.3. Обзор исследований температурного состояния деталей ДВС 24
1.4. Анализ влияния технических воздействий на тепловое состояние и эксплуатационную надежность ДВС 29
1.5. Выводы по главе 1 и задачи исследования 31
ГЛАВА 2 Разработка статистических моделей показателей эксплуатационной надежности двигателей городских автобусов 33
2.1. Объекты исследования 33
2.2. Совершенствование методик сбора первичной информации по эксплуатационной надежности двигателей автобусов и их составляющих элементов 37
2.2.1. Особенности оборота информации об отказах изделий при их эксплуатации 37
2.2.2. Разработка классификатора неисправностей двигателей автобусов 40
2.3. Разработка алгоритма и программного комплекса анализа показателей эксплуатационной надежности автомобилей 44
2.3.1. Анализ процесса исследования надежности технических изделий 44
2.3.2. Разработка программного комплекса для определения показателей надежности на основе анализа экспериментальных данных 46
2.4. Построение статистических моделей надежности автобусов ПАЗ, ЛиАЗ, ГАЗель и их двигателей 48
2.4.1. Обоснование объема испытаний 48
2.4.2. Анализ отказов, возникающих при эксплуатации город ских автобусов 52
2.5. Выводы по главе 2 70
ГЛАВА 3 Разработка конструкционных и эксплуатаци онных способов повышения эксплуатацион ной надежности двигателей городских авто бусов 71
3.1. Особенности эксплуатации городских автобусов на маршрутах с подъемами 71
3.2. Снижение температур основных деталей двигателей конструктивными способами 75
3.3. Корректирование периодичности технических воздействий на двигатели в зависимости от условий работы автобусов на маршруте 79
3.4. Выводы по главе 3 93
ГЛАВА 4 Анализ температурного состояния двигателей городских автобусов в эксплуатации 94
4.1. Экспериментальная методика оценки температур основных деталей двигателей автобусов 94
4.2. Разработка регрессионных моделей температур поршней карбюраторных двигателей ЗМЗ 98
4.3. Построение полей температур поршней и цилиндров как базовых деталей двигателей автобусов ПАЗ 113
4.4. Анализ процессов образования отложений нагаров, лаков и осадков в двигателях городских автобусов 118
4.4.1. Процессы старения моторных масел при работе ДВС 118
4.4.2. Анализ взаимосвязи температур поверхностей деталей двигателей ЗМЗ и процессов образования отложений 121
4.5. Выводы по главе 4 130
Общие выводы и рекомендации 132
Список использованных источников
- Обзор методов статистического моделирования безотказности и долговечности работы машин
- Анализ влияния технических воздействий на тепловое состояние и эксплуатационную надежность ДВС
- Совершенствование методик сбора первичной информации по эксплуатационной надежности двигателей автобусов и их составляющих элементов
- Снижение температур основных деталей двигателей конструктивными способами
Введение к работе
Актуальность темы. Основным резервом эффективной работы автомобилей в целом является надёжность их основного агрегата - двигателя. Несмотря на несомненные научные и практические достижения в повышении показателей эксплуатационной надёжности двигателей отечественных автомобилей, эта проблема, как в настоящее время, так и впредь будет оставаться актуальной для конкретных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и режимов их эксплуатации. Одним из необходимых условий решения проблемы надежности является оптимизация теплового состояния двигателей в целом, улучшение температурного состояния отдельных их деталей. От уровня теплового состояния прямо зависят надежность двигателей, эффективность их рабочего процесса, образования отложений (нагаров, лаков, осадков) на деталях ДВС.
Исходя из этого, задача оптимизации теплового состояния ДВС является одной из ведущих при их разработке и эксплуатации.
В настоящее время накоплен богатый опыт и достигнуты существенные успехи в области анализа, улучшения теплового состояния и повышения надежности ДВС на различных этапах их жизненного цикла. Однако, большая часть исследований проводилась на этапах проектирования, доводки и производства ДВС, эксплуатационной же надежности двигателей (в первую очередь, автомобильных), связанной с тепловым состоянием, посвящено незначительное количество работ.
С тепловым состоянием ДВС тесно связана проблема образования нагаров на поверхностях деталей камеры сгорания (КС), лаков и осадков - на деталях, контактирующих с моторным маслом. Отложения существенно нарушают нормальную работу двигателей. Анализ существующих исследований процессов их образования на поверхностях деталей ДВС и продолжение этих работ на примере автомобильных двигателей, обобщение результатов - также весьма актуальная задача.
Правильность конструкторских и технологических решений при разработке и производстве ДВС может и должна оцениваться по результатам подконтрольной и реальной их эксплуатации в составе автотранспортных средств (АТС). Зачастую АТС эксплуатируются при условиях, когда температурное со-
стояние теплонагруженных деталей двигателей становится выше критического уровня, что приводит к их отказам. Например, это происходит при полной загрузке или перегрузке АТС и движении их на маршрутах с крутыми затяжными подъемами. Безусловно, такие случаи представляют собой нарушения расчетных условий эксплуатации, но, однако, бывают неизбежными. Ярким примером этого являются городские перевозки в переполненных автобусах на маршрутах с подъемами в жаркое время года. Подобные явления должны быть учтены при разработке силовых установок АТС по рекомендациям автотранспортных предприятий (АТП). Это, к сожалению, не всегда берется в расчет. В результате в двигателях происходит закоксовывание поршневых колец, прогары прокладок головок цилиндров и прочие отказы. Проблема может быть решена путем некоторых сезонных изменении в конструкциях двигателей, корректированием периодичности и содержания технических воздействий на двигатели при их эксплуатации. Актуальность указанной проблемы не вызывает сомнений.
Данная работа выполнялась в соответствии с Тематическим планом госбюджетных НИР НГТУ с Минобразованием РФ, хозяйственными договорами с ОАО «Заволжский моторный завод» и АТП Нижегородского региона.
Цель работы - разработка технических решений для повышения безотказности и долговечности двигателей городских автобусов, работающих на режимах повышенных тепловых нагрузок.
Объект исследований - основной - двигатель ЗМЗ-5234.10, а также двигатели ЗМЗ-402.10 и ЗИЛ-375ЯТ, устанавливаемые на городские автобусы. Научная новизна работы заключается:
в разработке классификатора отказов деталей двигателей автомобилей для использования в условиях реальной эксплуатации;
в разработке программного комплекса построения статистических моделей показателей безотказности и долговечности элементов машин на основе метода максимального правдоподобия;
в построении статистических моделей основных показателей надежности для силовых агрегатов наиболее распространенных марок городских автобусов при различном их тепловом нагружении;
в разработке эксплуатационных критериев для движения автобусов на подъем, при превышении которых необходимо проведение упреждающего ТО двигателей;
в комплексном анализе температурного состояния деталей двигателей
ЗМЗ расчетно-экспериментальными методами, включая термометрические исследования, построение регрессионных и конечно- элементных моделей температур поршней;
- в установлении закономерностей в виде математических моделей для процессов образования отложений на поверхностях деталей карбюраторных двигателей ЗМЗ в зависимости от их температур.
Практическая ценность работы: классификатор отказов и неисправностей деталей двигателей автомобилей пригоден для их сбора и учета при подконтрольной и реальной эксплуатации двигателей; разработаны конструкторские решения по снижению температур теплонагруженных деталей исследуемых двигателей при работе в экстремальных тепловых условиях; разработан методологический подход и критерии по корректированию ТО при движении автобусов на крутых подъемах и определены значения периодичности упреждающих ТО для исследуемых двигателей; получены закономерности отложений на поршнях и других деталях, контактирующих с моторным маслом, от их температурного состояния. На защиту выносятся:
Классификатор сбора первичной информации по надежности автомобильных двигателей из условий реальной эксплуатации;
Статистические модели основных показателей надежности для ДВС наиболее распространенных марок городских автобусов при различном их тепловом нагружении;
Критерии корректирования периодичности технических воздействий на системы двигателей городских автобусов при движении на маршрутах с подъемами, после превышения которых необходимо проведение упреждающее ТО двигателей;
Регрессионные модели температур в характерных точках поршней двигателей ЗМЗ, устанавливаемых на городские автобусы;
Конечно-элементная модель температурного состояния поршней двигателей ЗМЗ-5234.10 на режиме максимального теплового нагружения;
Закономерности процессов образования отложений на деталях карбюраторных двигателей ЗМЗ от их температурного состояния, соответствующие математические модели.
- Экономическая эффективность внедрения разработанных технических
решений.
Реализация результатов работы: результаты исследований внедрены в ОАО "Заволжский моторный завод", где используются при оптимизации теплового состояния вновь создаваемых и совершенствовании существующих конструкций ДВС; в предприятиях ГП НО "Нижегородпассажиравтотранс" для решения эксплуатационных задач (экономический эффект - 4400 руб. на один автобус в год). Кроме того, результаты работы используются при подготовке инженеров автомобильных специальностей в учебном процессе НГТУ и НГСХА.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на Международной научно-технической конференции «Проблемы проектирования, испытаний, эксплуатации и маркетинга автотракторной техники, ДВС, транспортно-технологических комплексов и вездеходов» (г. Н. Новгород, НГТУ, 2000 г.); на 8-ой Международной научно-практической конференции «Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС» (г. Владимир, ВлГУ, 2001 г.); на региональном молодежном научно-техническом форуме «Будущее технической науки Нижегородского региона» (г. Н. Новгород, НГТУ, 2002 г.); на Международной научно-технической конференции «Автомобильный транспорт в XXI веке. АВТО НН 03» (г. Н. Новгород, НГТУ, 2003 г.); на научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта Поволжья» (г. Н. Новгород, ВГАВТ, 2003 г.); на молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (г. Н. Новгород, НГТУ, 2004 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Транс-портно-технологические машины-2004» (г. Н. Новгород, НГТУ, 2004 г.), на заседаниях кафедры "Автомобильный транспорт" НГТУ (2000-2004 г.г.)
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в шестнадцати публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Объем диссертационной работы составляет 150 страниц текста, 27 таблиц, 50 рисунков, списка литературы из 170 наименований и 6 приложений.
Обзор методов статистического моделирования безотказности и долговечности работы машин
Вопросу анализа показателей эксплуатационной надежности автотранспортных средств и их силовых агрегатов посвящено большое количество научных исследований. Широко известны работы Ф.Н. Авдонькина, И.Н. Аринина, Ю.В. Баженова, Н.С. Захарова, М.А. Григорьева, И.Б. Гурвича, А.И. Кубарева, Е.С. Кузнецова, Г.В. Крамаренко, B.C. Лукинского, И.А. Мишина, П.Э. Сырки-на, Ф.А. Цхая, и др. Однако, большая часть исследований проводилась на этапах проектирования, конструирования и производства, эксплуатационной же надежности двигателей посвящено незначительное количество работ. В то же время, вопрос повышения именно эксплуатационной надежности автомобиль ной техники и их агрегатов в настоящее время стоит особо остро в связи с возникшими трудностями обновления парка АТС.
В настоящее время разработано множество методов анализа показателей эксплуатационной надежности машин. Однако, в последнее время обозначилась проблема формирования выборок первичной информации по надежности автомобилей. Дело в том, что в настоящей время достаточно трудно организовать специальные испытания или подконтрольную эксплуатацию выпускаемой продукции. Связано это в основном с экономическими проблемами заводов-изготовителей. Однако интерес к данного рода исследованиям постоянен. В связи с этим, наиболее перспективным источником формирования выборки данных об отказах является реальная эксплуатация автомобилей в условиях автопредприятий. Информация при этом достаточно успешно может выбираться из первичной документации АТП.
Показатели надежности, определяемые по опытным данным, не могут давать значений, равных их теоретическим значениям или показателям, определяемым по результатам испытаний всей генеральной совокупности. В связи с тем, что объёмы выборочных испытаний всегда ограничены, величины, определяемые по выборочным показателям являются случайными и служат только для оценки теоретических значений соответствующих показателей [36,87,88,107,108,111,117,119,144,146,154 и др.].
Так как показатели надежности выражаются в виде некоторых функций от параметров распределения исследуемых случайных величин (наработки до отказов, время восстановления отказов и т.д.), то практическую значимость в указанной области исследований имеют методы получения оценок параметров функций распределения.
На рис. 1.3 приведена укрупненная блок-схема статистической обработки первичных информации о надежности, в основу которой положены три типа выборок: полная, усеченная и многократно усеченная.
Под многократно усеченной понимается такая выборка, при которой из испытаний снимается часть работоспособных изделий, имеющих различную наработку по причинам отказа смежного механизма[22.27]. Например, в двига теле при выходе из строя вкладышей одного шатуна заменяются вкладыши всех шатунов; проводится наблюдение за надежностью самого двигателя, а отказ произошел сцепления, в результате чего двигатель снимается с испытаний.
Обработка данных об отказах и неисправностях автомобилей, представляющих собой случайные величины, производится статистическими методами. В литературе приводится большое количество законов распределения, используемых для аналитического описания случайных величин [22,36,88,154]. На практике для установления закономерности появления отказов и неисправностей в деталях и узлах автомобилей в условиях эксплуатации используются известные законы распределения случайных величин: нормальный, логарифмически нормальный, Вейбулла, экспоненциальный и др.
Существует много методов определения параметров закона распределе ния: метод максимального правдоподобия, метод моментов, метод квантилей, графический метод, метод наименьших квадратов.
В тех случаях, когда функция распределения F(x, Q, Q2 и т.д.) имеет несколько параметров, оказывается целесообразным сочетать одновременно несколько методов. Итак, произведем обзор наиболее распространенных методов определения параметров законов распределения случайных величин.
Метод моментов
Сущность метода моментов состоит в следующем. Известно, что параметры функций распределения в большинстве случаев выражается через начальные или центральные моменты. Обычно берут столько моментов, сколько параметров входит в функцию распределения. По опытным данным вычисляют эмпирические моменты, приравнивают их теоретическим, а затем, решая систему уравнений, связывающую параметры и моменты, получают параметры функции распределения [87].
Анализ влияния технических воздействий на тепловое состояние и эксплуатационную надежность ДВС
Тепловое состояние ДВС определяется конструкцией и технологией изготовления деталей, характеристиками рабочего процесса, особенностями систем охлаждения, смазочных систем и т.д. Характер рабочего процесса двигателей, в свою очередь, определяется рядом факторов, среди которых частота вращения
коленчатого вала, нагрузка, угол опережения зажигания (впрыска топлива), коэффициент избытка воздуха, степень сжатия, особенности смесеобразования и сгорания. К особенностям систем охлаждения, определяющим тепловое состояние двигателей, относится количество и параметры охлаждающего воздуха, производительность вентилятора, вид охлаждающей жидкости и т.д. Влияние всех указанных факторов на тепловое состояние ДВС в настоящее время изучено не достаточно полно [36,84,148 и т.д.]. Процесс доводки конструкций деталей двигателей весьма трудоемок. То или иное конструктивное решение однотипной детали у различных двигателей может вызвать совершенно различный по уровню и даже иногда противоположный эффект.
Наиболее теплонагруженными деталям ДВС являются детали ЦПГ и, в первую очередь, поршни, обусловливающие долговечность и безотказность работы двигателей. Конструктивное оформление поршней определяется их основным назначением, условиями эксплуатации и т.д. Кроме того, любые конструктивные решения должны быть согласованы с технологическими возможностями изготовления поршней и других деталей ДВС. В силу этого, в процессе разработки двигателей, как следствие, имеют место большие затраты на конструирование и проведение доводочных работ. Однако, нередки случаи, когда двигатель, прошедший все этапы конструирования и доводки, оказывается недостаточно надежным, уступающим по своим показателям уже существующим аналогам. В большинстве случаев причиной низкой эксплуатационной надежности двигателей является несовершенство конструкций деталей ЦПГ. К примеру, случается, что на последних этапах многолетних программ доводочных работ обнаруживаются усталостные трещины в поршнях ДВС [84], возникают поломки цилиндров и других теплонагруженных деталей двигателей (выпускных клапанов, головок цилиндров и т.д.) [156]. Все это требует более ответственного подхода к этапам конструкторско-экспериментальных работ, к совершенствованию и поиску более эффективных путей выбора оптимальных конструкций деталей и двигателей в целом [16,84 и т.д.].
Ряд исследователей [48,166 и т. д.] для существенного улучшения температурного состояния деталей, образующих КС, повышения КПД и снижения расхода топлива рекомендуют нанесение на поверхности последних теплоизолирующих покрытий. Однако есть работы [137], в которых сделано заключение о снижении экономичности двигателей при наличии теплоизолирующих покрытий деталей и полном нивелировании эффекта улучшения температурного состояния. Для бензиновых двигателей данный способ снижения температурного состояния деталей, вообще, неприемлем из-за опасности возникновения детонационного сгорания и калильного воспламенения топливо- воздушной смеси, в силу существенного увеличения температур поверхностей деталей, образующих КС.
Изложенное позволяет сделать вывод об актуальности работ по улучшению температурного состояния поршней и цилиндров, как наиболее теплона-груженных деталей ДВС.
Таким образом, задача разработки соответствующих методик и оптимизация теплового состояния автомобильных ДВС различных типоразмеров является одной из важнейших задач их производства и эксплуатации.
Проведенный анализ позволяет сформулировать следующие выводы:
1. Отсутствует эффективный классификатор отказов автомобильных двигателей в эксплуатации, недостаточное количество научных исследований посвящено изучению эксплуатационной надежности двигателей, обусловленной уровнем их теплового состояния;
2. Для разработки статистических моделей показателей эксплуатационной надежности машин и их составляющих элементов наиболее эффективен метод максимального правдоподобия, который позволяет получать наиболее точные оценки параметров распределений;
3. Силовые установки АТС, зачастую, работают на тепловых режимах, значительно превышающих допустимые пределы, что требует доработок конструкций двигателей или корректировок технических воздействий в процессе их эксплуатации;
4. При анализе температурного состояния деталей ДВС на этапе их проектиро вания, доводки и эксплуатации целесообразно использовать методы математического моделирования (наиболее эффективный - метод конечных элементов), с получением исходной информации экспериментальным путем. 5. Недостаточно изучена связь теплового состояния деталей ДВС с процессами образования отложений на их поверхностях. Отсутствуют закономерности и математические модели зависимостей температур поверхностей деталей двигателей и процессов образования отложений.
В соответствии с проведенными аналитическими исследованиями в работе решались следующие основные задачи:
- Разработать классификатор отказов деталей двигателей и сопряженных систем автомобилей при подконтрольной и реальной эксплуатации;
- Разработать программный комплекс построения статистических моделей показателей безотказности и долговечности элементов машин;
- Построить статистические модели основных показателей надежности силовых агрегатов наиболее распространенных марок городских автобусов при различном их тепловом нагружении;
- Определить эксплуатационные критерии корректирования технических воздействий на системы двигателей при движении автобусов на подъемах;
- Разработать конструкторские мероприятия по снижению температурного состояния двигателей городских автобусов при работе с повышенными тепловыми нагрузками;
- Исследовать температурное состояние поршней и цилиндров двигателей автобусов расчетно-экспериментальными методами.
- Установить закономерности и построить математические модели процессов образования отложений на поверхностях деталей карбюраторных двигателей в зависимости от их температурного состояния.
Совершенствование методик сбора первичной информации по эксплуатационной надежности двигателей автобусов и их составляющих элементов
Для разработки адекватных статистических моделей объектов (в данном случае двигателей автобусов) необходима первичная информация по результатам их испытаний или специально организованной подконтрольной эксплуатации. При этом завод-изготовитель либо организовывает испытания выпускаемой продукции самостоятельно, либо передает изделия на подконтрольную эксплуатацию в одно из опорных предприятий. Информация по надежности изделий, полученная таким образом является наиболее полной, объективной и пригодна для построения любых статистических моделей [28]. Однако организовать испытания или подконтрольную эксплуатацию выпускаемых изделий в настоящее время очень трудно из-за достаточно больших материальных затрат. Особенно сложно это было выполнить в рамках проводимой работы. В тоже время интерес к подобного рода исследованиям присутствует как со стороны изготовителей, так и со стороны предприятий, эксплуатирующих данные технические изделия.
В существующей экономической ситуации, наиболее доступной является информация по надежности работы изделий из их реальной эксплуатации, что требует разработки специальной методики по сбору и комплектованию информации для последующей разработки статистических моделей надежности.
Таким образом, возникла необходимость составления методики сбора первичной информации по надежности из условий эксплуатации объектов. При этом информация из первичной документации предприятий должна быть пригодной для использования при анализе эксплуатационной надежности изделий.
Особенности оборота информации об отказах изделий при их эксплуатации. В данной работе за базовую была принята методика сбора первичной информации по надежности из подконтрольной эксплуатации, разработанная в УКЭР ГАЗ [154]. Эта методика позволяет в полном объеме получить информацию об отказах любых элементов автомобилей. Схема оборота информации при подконтрольной эксплуатации автомобилей по методике УКЭР ГАЗ представлена на рис. 2.2.
При разработке схемы оборота и накопления информации об отказах в реальной эксплуатации автомобилей (в данном исследовании двигателей городских автобусов) учитывалось требование ее пригодности как для использования на автопредприятиях, так и для формирования выборок первичной информации по надежности для построения статистических моделей. При этом оборот информации о неисправностях и способах их устранения осуществляется по схеме «механик ОТК - диспетчер ЦУП» в условиях АТП, как показано на рис.2.3.
На этой схеме приведен полный оборот информации об отказах автомобилей в процессе их эксплуатации. После обработки и анализа необходимой информации инженерами ПТО, все данные отправляются в архив, где хранятся на протяжении нескольких лет. Эта информация остается постоянно доступной.
Необходимо отметить, что информация, полученная из эксплуатации, не отвечает всем требованиям, представленным к ней [87,88,134,139,154]. К числу этих требований относятся: достоверность, полнота, однородность и объемность.
Достоверность информации означает, что она должна собираться квалифицированными сотрудниками.
Полнота информации означает, что должны быть собраны все сведения об отказах. Впоследствии на основании этих сведений будут приниматься объективные решения. Должны быть собраны сведения о характере отказа, его причине, способах и времени устранения отказа, описание дорожно-климатических условий, в которых произошел отказ. Полнота означает и то, что должен быть учтен каждый отказ.
Однородность означает, что должна быть собрана информация, относящаяся к однородным объектам, эксплуатирующимся в одинаковых условиях. Это означает, что исследованиям следует подвергать автобусы одной марки, модели, модификации, года выпуска, работающие в сравнительно одинаковых дорожно-климатических условиях, при близком уровне квалификации водителей.
Объемность означает, что должно быть собрано достаточное количество информации для её обработки и проведения объективного анализа.
Объем собираемой информации существенно зависит от продолжительности сбора. В особенности это относится к первым двум требованиям. Причем, если достоверность информации можно принять с некоторой долей погрешности, то полнотой информации из эксплуатации обладать сложно, т.к. часть отказов нередко просто не фиксируется в первичной документации АТП. Причиной этому могут быть разные обстоятельства: водитель устранил неисправность самостоятельно, неисправность оказалась незначительной или была устранена ремонтным рабочим без оформления заявки на ремонт и т.д. Однако все значительные неисправности двигателей, так или иначе, обязательно фиксируются из-за невозможности самостоятельного устранения их водителем.
Для обеспечения возможности систематизации информации об отказах и ее дальнейшей обработки в работу схемы (рис.2.2) необходимо включить классификацию отказов (их кодирование). Кроме того, разработка классификатора позволит упростить использование системы на рабочих местах механику ОТК и диспетчеру ЦУП.
Снижение температур основных деталей двигателей конструктивными способами
Основным направлением при снижении температур деталей ДВС представляется повышение теплопроизводительности системы охлаждения исследуемых двигателей, увеличение теплоотвода от днища поршня и другие технические решения для снижения их тепловой напряженности. Эффективность системы охлаждения ДВС существенно увеличивается при повышении частоты вращения вентилятора [58,59,85,91]. В случае наличия автономного электрического вентилятора этот вопрос решается достаточно легко. Однако на исследуемых автобусах установка автономного электрического вентилятора не представляется возможной. Увеличение производительности системы охлаждения исследуемых двигателей возможно путем изменения передаточного отношения привода вентилятора.
Система охлаждения двигателя ЗМЗ - 5234.10 автобуса ПАЗ - 3205 имеет привод вентилятора с натяжным роликом (рис.3.2).
В данном приводе крутящий момент со шкива промежуточного вала 2 передается на шкив вентилятора 1 при помощи клинового ремня. Диаметры данных шкивов одинаковы и равны di=d2= 185 мм. Передаточное отношение такого привода определяется [83]: ч ", d-, (3.1) п2 4 0- f) где: щ - частота вращения шкива вентилятора; Пг - частота вращения шкива промежуточного вала; Е,- коэффициент упругого скольжения для клиновых ремней [83]. Очевидно, что в стандартном приводе частоты вращения шкива промежуточного вала и шкива вентилятора равны, т.е. пі=П2. Для увеличения частоты вращения шкива вентилятора необходимо уменьшить его диаметр. С этой целью шкив вентилятора был заменен на шкив насоса гидроусилителя руля (ГУР) с этого же двигателя. При этом не требуется никаких изменений, так как данные шкивы взаимозаменяемы. Диаметр шкива насоса ГУР составляет d= 130 мм. Передаточное отношение привода после замены шкива: г = (3.2) пг dry,, (!-) Измененная частота вращения шкива вентилятора относительно шкива промежуточного вала определится: щ = - п7 (З ЗЇ Количественное изменение частоты вращения шкива вентилятора состав-ляет: «, = 1.44//2.
Таким образом, при изменении диаметра шкива вентилятора с 185 мм на 130 мм частота вращения увеличивается на 44%, что является достаточным для повышения эффективности системы охлаждения двигателя ЗМЗ-5234.10.
Привод вентилятора системы охлаждения двигателя ЗИЛ-375ЯТ автобуса ЛиАЗ-677 имеет схему, представленную на рис. 3.3.
Крутящий момент передается на вентилятор через промежуточный вал. В данной схеме не используется натяжной ролик, поэтому существуют ограниче ния по регулировке натяжения ремня. Следовательно, изменение диаметров шкивов привода также ограничено.
Шкив вентилятора имеет диаметр di= 185мм, шкив промежуточного вала І2= 155мм. Передаточное отношение данного привода определяется: С целью повышения эффективности функционирования системы охлаждения шкив вентилятора и шкив промежуточного вала двигателя ЗИЛ-375ЯТ были поменяны местами, что допускает конструкция моторного отсека автобуса. В результате диаметр шкива вентилятора получен di = 155мм, а шкива про-межуточного вала — 6.2= 185мм. Частота вращения шкива вентилятора после проведенной замены определится:
При замене шкива промежуточного вала на больший, его частота вращения не изменяется, так как диаметр приводного шкива промежуточного вала изменен не был и передаточное отношение привода промежуточного вала осталось неизменным. Таким образом, изменение частоты вращения вентилятора при применении данных мероприятий составит:
Следовательно, частота вращения вентилятора при изменении диаметров шкива вентилятора и шкива промежуточного вала увеличивается на 42%.
Предложенные конструктивные изменения системы охлаждения двигателей городских автобусов позволяют, по опыту, существенно снижать температурное состояние деталей двигателей автобусов ПАЗ-3205 и ЛиАЗ-677. Во всяком случае, после данных технических переделок, поднятие температур охлаждающей жидкости и моторного масла выше критических значений на любых подъемах действующих автобусных маршрутов не наблюдалось ни при каких значениях температур окружающего воздуха. Кроме того, предлагаемые мероприятия не требуют использования каких-либо значительных затрат, что предполагает наличие положительного экономического эффекта от внедрения. Трудоемкость данных операций не превышает 15 чел-мин. Их предложено проводить перед выходом автобуса на линию в зависимости от прогноза погоды на рабочий день. В зимний период для повышения эксплуатационной надежности двигателей достаточно корректирования периодичности технических воздействий на двигатели автобусов, работающих на маршрутах с подъемами.
Следует отметить, что на данных двигателях необходимо устанавливать вентиляторы системы охлаждения с автоматическим регулированием и расширенным диапазоном частоты вращения (гидромуфты в приводе, электрические вентиляторы). Это позволяет практически снять указанную проблему.
