Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ проблем и путей их решения по тепловой подготовке автомобилей к приему нагрузки в условиях низких температур 10
1.1 Природно-климатические условия России 10
1.2 Требования нормативных документов к эксплуатации автомобилей при низких температурах 16
1.3 Влияние низких температур на надежность агрегатов автомобилей
1.3.1 Влияние низких температур на двигатели внутреннего сгорания 27
1.3.2 Влияние низких температур на АКБ 34
1.3.3 Влияние низких температур на гидравлические системы мобильных машин.. 36
1.3.4 Микроклимат в рабочей зоне оператора 39
1.3.5 Влияние низких температур на агрегаты трансмиссии 41
1.4 Способы тепловой подготовки агрегатов трансмиссии в условиях низких
температур 52
ГЛАВА II. Теоретический анализ рабочего процесса системы смазки коробки передач ZF 16S1820 63
2.1 Информационная модель системы смазки КП 63
2.2 Исследование причин недостаточного поступления смазки к трущимся поверхностям 64
2.3 Анализ конструктивных особенностей КП 67
2.4 Общая характеристика разветвленных гидравлических систем 71
2.5 Расчетное исследование системы смазки в программном комплексе
FlowVision 76
2.6 Оценка баланса расходов жидкости в системе смазки 84
Выводы по главе II 88
ГЛАВА III. Методика экспериментов 89
3.1 Методика проведения экспериментов и описание экспериментальной установки для исследования влияния низких температур на работу системы смазки коробки передач ZF 16S1820 автомобиля КАМАЗ 89
3.2 Оборудование, приборы и программные продукты для обработки данных и их погрешность 91
3.3 Методика определения количества поступающего масла к трущимся поверхностям 99
3.4 Методика определения количества поступающего масла к трущимся поверхностям 101
3.5 Описание экспериментальной установки для определения источника тепла и размеров фальшподдона коробки передач ZF 16S1820 103
Выводы по главе III 108
ГЛАВА IV. Результаты испытаний 109
4.1 Экспериментальные исследования по изучению влияния низких температур на падение напора в системе смазки KXIZF 16S1820 109
4.2 Экспериментальное определение расхода масла в каналах системы смазки 114
Выводы по IV главе: 118
ГЛАВА V. Практические рекомендации и обоснование их экономической эффективности 119
5.1 Разработка и обоснование конструктивных и режимных параметров устройства для тепловой подготовки коробки передач ZF 16S1820 119
5.2 Оценка экономической эффективности 124
Вывод по главе V 126
Библиография 129
- Требования нормативных документов к эксплуатации автомобилей при низких температурах
- Анализ конструктивных особенностей КП
- Оборудование, приборы и программные продукты для обработки данных и их погрешность
- Экспериментальное определение расхода масла в каналах системы смазки
Введение к работе
Актуальность работы. Деятельность предприятий АПК осуществляется круглый год и следует отметить, что при эксплуатации, как мобильной сельскохозяйственной техники, так и автомобилей в условиях низких температур наблюдается заметное увеличение числа их отказов, особенно при отсутствии отапливаемых мест хранения. Наибольший рост отказов наблюдается зимой в зонах с холодным климатом, однако и в Средней полосе России температура воздуха зачастую опускается ниже -35С. Практика показывает, что в такие периоды даже разовая эксплуатация не подготовленной соответствующим образом автотракторной техники приводит к отказам таких узлов как рабочее оборудование, рулевое управление, тормозная система, агрегаты трансмиссии, в частности, коробки передач, раздаточные коробки и пр.
Данная проблема связана с повышением вязкости смазывающих и рабочих жидкостей и, как следствие, нарушением баланса их расходов через каналы системы, критическим ростом давления и недостаточным поступлением масла к узлам трения. В частности, перед, и в течении первых минут после начала движения, сопрягаемые детали трансмиссии тракторов и автомобилей работают в условиях недостаточного поступления масла. При этом они испытывают большую нагрузку, особенно при трогании с места, из-за примерзания шин, преодоления снежного покрова и др. Рекомендации заводов-изготовителей по использованию синтетического трансмиссионного масла в соответствии с химмотологической картой так же не обеспечивают гарантированного поступления смазки ко всем трущимся поверхностям.
Некоторые заводы-изготовители агрегатов предписывают в данных условиях применять средства обогрева узлов трансмиссии. Однако, как в руководствах по эксплуатации, так и в нормативной документации не указаны средства и режимы их обогрева. Зачастую по причине нечетких инструкций по выполнению тепловой подготовки ими пренебрегают, что приводит к отказам и нарушению работоспособности автотракторной техники.
Учитывая, что в АПК все чаще используют автотракторную технику с различными гидравлическими системами, в том числе с системами принудительной смазки агрегатов трансмиссии, представляются актуальными и практически значимыми вопросы обеспечения их работоспособности при эксплуатации в условиях низких температур, а так же работы по поиску новых способов и обоснованию параметров и режимов работы технических средств для тепловой подготовки мобильных сельскохозяйственных машин к приему нагрузки.
Степень разработанности. Существующие способы тепловой подготовки в большей части основаны на преобразовании электрической энергии в стационарных условиях и не соответствуют требованиям ГОСТ Р 50992-96. Исследования носят, в основном, экспериментальный характер, где не в полной мере реализован потенциал современных программных продуктов, а в качестве критерия оценки принята температура масла. Для агрегатов трансмиссии более актуальным является обоснование продолжительности подогрева, до той температуры масла, когда сохраняется заданный баланс его расхода во всех каналах системы смазки.
Цель работы. Повышение работоспособности агрегатов трансмиссии автотракторной техники в условиях низких температур путем обоснования режимов и разработки новых способов их тепловой подготовки к принятию нагрузки.
Объект исследований. Объектом исследования являются гидродинамические и теплообменные процессы в механической коробке передач ZF 16S1820 при использовании средств тепловой подготовки в условиях низких температур.
Предмет исследования. Закономерности влияния конструктивно-режимных параметров системы тепловой подготовки и температуры рабочей жидкости на показатели работы системы смазки коробки передач.
Методика исследований. Поставленные задачи решены путем проведения теоретических и экспериментальных исследований. В работе использованы положения теории гидравлики, теплообмена, а также методы современного компьютерного моделирования с использованием пакетов прикладных программ (MathCAD 2011, Компас V12, FlowVision, Statistica).
Научная новизна работы.
Разработана математическая модель и численно реализован в программной среде FlowVision рабочий процесс системы смазки коробки передач ZF 16S1820, позволяющие оценить изменение давления масла в каналах системы смазки в процессе тепловой подготовки.
Установлена количественная взаимосвязь между температурно-вязкостными характеристиками масла и балансом распределения его потоков по каналам системы смазки.
Предложен метод обоснования рациональной продолжительности тепловой подготовки коробки передач с учетом индекса вязкости масла, при которой обеспечивается работоспособность агрегатов трансмиссии автотракторной техники.
Практическую ценность представляют:
Доведенная до практического использования в среде FlowVision модель расчета падения напора рабочей жидкости в любых каналах системы смазки коробки передач ZF 16S1820.
Предложенные устройства для комплексной тепловой подготовки автомобиля (патент РФ 2478824) и парового обогрева агрегатов с теплоносителем смешанного типа (патент РФ 2480617).
Обоснованные рациональные конструктивные параметры и режимы работы устройства для тепловой подготовки коробки передач ZF 16S1820 в различных условиях эксплуатации.
Рекомендации по осуществлению тепловой подготовки агрегатов трансмиссии к приему нагрузки на примере коробки передач автомобилей КАМАЗ.
Вклад автора в проведенное исследование. Личный вклад соискателя состоит в участии на всех этапах процесса проведения теоретических и экспериментальных исследований, обработке и интерпретации экспериментальных данных, подготовке основных публикаций по выполненной работе.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в Илишевском филиале ГУСП МТС «Центральная», ОАО «Торгово-финансовая компания КАМАЗ», ООО «ZF КАМА», а также используются в учебном и научно-исследовательском процессах ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ и НОУ «Региональный институт передовых технологий и бизнеса» (РИПТиБ, г.Н.Челны).
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации доложены, обсуждены и одобрены на международных и всероссийских научно-технических конференциях: в Башкирском ГАУ (2010-13гг.), Уфимском ГАТУ (2011г.); Московском ГАУ (2012г.); Санкт-Петербургском ГАУ (2011-13гг.); Челябинской ГАА (2012г.); Сибайском филиале БГУ (2010г.); Сибирском отд. РАСХН г.Новосибирск (2012г.); НТС ООО «ZF КАМА» г.Набереженые Челны (2013г.).
Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 статьи в перечне изданий, рекомендуемых ВАК РФ и 2 патента РФ на изобретение №2478824 и №2480617.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 203 наименований, в т.ч. на иностранном языке 33, изложена на 143страницах, включая 53 рисунка, 17 таблиц и 4 приложений.
Требования нормативных документов к эксплуатации автомобилей при низких температурах
Климат на всей территорий России отчётливо делится на холодный и тёплый сезоны. Основная часть российской территории расположена в умеренном поясе, исключение составляют: Черноморское побережье Кавказа - расположено в Субтропическом поясе, и северные материковые районы с островами Северного Ледовитого Океана находящиеся в Арктическом и Субарктическом поясах. Климат существенно меняется в пределах каждого пояса, с выраженным направлением с севера на юг (зональные типы климата) и с запада на восток (климатические области).
Кроме того, для умеренного климатического пояса, как и для любого другого, можно выделить несколько подтипов: умеренно-континентальный, континентальный, резко-континентальный и муссонный (на Дальнем Востоке). «Полюсом холода северного полушария» принято считать город Верхоянска, расположенный в Сибири, где температура опускается до -62 в феврале, а в январе средняя температура равна -52С. За исключением морского побережья Краснодарского и Ставропольского края, практически по всей России земля в зимнее время покрыта снежным покровом. В то же время летняя погода на территории страны очень сильно отличается: на юге - достаточно жарко, а в северных районах только сходит снег, причем могут иметь место заморозки.
По данным [119,120,121] климатическая норма января в России составляет минус 19,6С (в 2008 году фактическая температура составила минус 19,0 С). Среднегодовая температура воздуха в России, таким образом, составляет около минус 2С. Самыми теплыми регионами России являются Краснодарский край и Республика Адыгея (средняя температура января минус 0,1С, июля +22,6С, среднегодовая температура +11 С), самым холодным - Республика Якутия (средняя температура января минус 36,6С, июля +13,0С, среднегодовая температура минус 12С) [120].
Абсолютный максимум температуры воздуха в России составляет +45,4С, который был зафиксирован на метеостанции Утта (Калмыкия) 12 июля 2010 года [6]. Самая низкая температура (минус 69,8С) отмечалась с 5 по 7 февраля 1892 г. в Якутии, в г. Верхоянске. Однако, по неофициальным данным, в населенном пункте Оймякон был измерен ряд экстремально низких температур, самая низкая из которых составляет -77,8 С [18]. Вполне возможно, что в этом населенном пункте температура воздуха опускалась ниже минус 80С, при том, что документально зафиксированная самая низкая температура в этом месте равна -65,4С. [121].
Рассматривая климат Башкирии необходимо отметить, что он в целом континентальный, однако, отличается большим разнообразием в разных районах республики. Стоит отметить, что здесь можно наблюдать переход от климата степных районов, где среднегодовая температура воздуха около +3С, а количество осадков лежит в пределах 300-400 мм в год, к горнолесным, северо-восточным и восточным районам, где средняя годовая температура воздуха около 0С и наблюдается большое количество (более 600 мм) осадков. Главной причиной различий местного климата являются: географическое положение и разновысотный характер рельефа, а так же расположение республики на рубеже Европы и Азии.
Следует отметить, что растянувшиеся на востоке с севера на юг Уральские горы, создают разницу в климатических условиях на восточном и западном склонах, и тем самым являются климатораздельной границей. Из-за такого расположения Уральских гор, территория Башкортостана, с одной стороны, находится под влиянием проникающих теплых и насыщенных влагой воздушных масс Атлантического океана, с другой -под воздействием сурового континентального климата Сибири, откуда на территорию республики распространяется азиатский барометрический максимум, который обуславливает низкую температуру зимних месяцев, а также способствует понижению общегодовой температуры, делая тем самым климат республики более суровым.
Особенностями климата Республики Башкортостан являются: резкая изменчивость и непостоянство погоды по отдельным годам. В последние годы в республике наблюдаются оттепели в январе и отрицательная температура (до минус 15...20С) в апреле, заморозки в августе, проливные с грозами дожди, появление суховеев - юго-восточных ветров, а вместе с ними и сильной засухи в летний период. За время измерений среднегодовая температура воздуха колебалась от 0,6 до 2,7С. В Башкирии самым теплым месяцем является июль, а наиболее холодным - январь, а годовые амплитуды температуры составляют около 45С, однако в некоторые годы достигают еще более значительной величины, по причине, что жаркой погоды летом когда температура воздуха поднимается выше 30С, а зимой морозы доходят до минус 50С. Число солнечных дней в году колеблется от 286 в Аксёново и Белорецке до 262 в Уфе, при этом наименьшее число дней приходится на декабрь и январь, наибольшее — на летние месяцы.
Средний абсолютный минимум температуры воздуха по республике составляет -41,6С, абсолютный максимум +37,5С. Устойчивый переход температуры воздуха через 0С в сторону потепления происходит 6-11 апреля весной и 22-27 октября — осенью, в горных районах соответственно 11-12 апреля и 16-21 октября. Число дней с положительной температурой воздуха 200-205, в горах 188-193. Средняя дата последнего заморозка 19-30 мая, самая поздняя 5-8 июня, а в северных и горных районах — 24-30 июня. Средняя дата первого заморозка 9-18 сентября, самая ранняя — 11-19 августа.
Анализ конструктивных особенностей КП
Поскольку с понижением температуры окружающего воздуха снижается и температура масла в узлах трансмиссии тракторов, согласно зависимостям, то сдвиговое сопротивление to пленки, разделяющей зубья колес трансмиссии, и молекулярная составляющая fa коэффициента трения скольжения зубьев колес будут, увеличиваться [7].
Сравнение расчетных средних за год минимшіьной и максимальной скоростей изнашивания зубчатой передачи со скоростью ее изнашивания при нормальных условиях (Т0 = 288 - 293 К), показало, что в Иркутской области они больше в 1.47-1.73 раза и в 4.22-5.17 раза, соответственно [7]. Таким образом, проведенные автором теоретический анализ и количественная оценка, основанная на имеющихся экспериментальных данных, выявили причины и существенное влияние температуры воздуха зоны использования тракторов на надежность зубчатых передач их трансмиссий.
Обоснование выбора типа коробки передач и анализ их дефектов. Современные мобильные машины все больше оснащаются агрегатами трансмиссии с принудительной системой смазки. Одним из таких агрегатов является коробка передач фирмы ZF, которая довольно широко распространена и применяется отечественными производителями в качестве агрегатов для российской техники. Кроме того, производство нескольких моделей данного агрегата налажено в г. Набережные Челны, в фирме ООО «ZF КАМА», которая кроме производственной деятельности, является официальным представителем и сервисным центром AG «ZF».
КП данной фирмы зарекомендовали себя как надежные агрегаты трансмиссии, тем не менее в эксплуатации отмечены случаи выхода их из строя по различным причинам. Анализ гарантийных обращений в сервисный центр фирмы ZF КАМА связанных с отказом КП в период с 2007 по 2012 г. показал, что основной их причиной является не конструктивные, а эксплуатационные факторы, причем в большинстве связанные с человеческим фактором: неправильное переключение передач, ошибка в выборе передач, буксировка автомобиля, несвоевременная замена смазывающей жидкости, несоответствие смазывающей жидкости химмотологической карте.
Однако, наряду с высокой надежностью данных КП, отмечены случаи выхода из строя и отказов по различным причинам. Для выяснения причин выхода из строя указанной коробки передач нами был проведен анализ актов исследования ремонта КП. Анализ гарантийных обращений за 2007-2012 г. по КП фирмы ZF в сервисный центр ZF КАМА показал, что основной причиной таких отказов является человеческий фактор: неправильное переключение передач, ошибка в выборе передач, буксировка автомобиля, несвоевременная замена смазывающей жидкости, несоответствие смазывающей жидкости химмотологической карте. Распределение дефектов коробок передач представлено на рисунках 1.7 и 1.8.
На рисунке 1.7 показано соотношение поломок отдельных деталей связанных с эксплуатацией автомобилей при низких температурах и буксировкой автомобилей к общему числу поломок за год. Из диаграммы видно, что наиболее уязвимой деталью является передний подшипник вторичного вала которая, больше всего выходит из строя при буксировке автомобиля.
Задний подшипник вторичного вала выходит из строя при эксплуатации автомобиля в условиях низких температур, как было отмечено выше, составляет в среднем за год около 11% всех поломок.
Мы распределили количество поломок по месяцам: по диаграмме видно, что задний подшипник вторичного вала выходит из строя в месяцы года с низкой температурой. При этом наиболее часто выходят из строя передний подшипник вторичного вала (73% и 50% от всех поломок за год). Это скорее связано с тем, что количество буксируемых автомобилей в зимний период увеличивается. Так же в ходе анализа актов исследования было замечено, что при выходе из строя переднего подшипника вторичного вала в графе причина дефекта указано: «автомобиль не буксировался, нехватка масла». Данный факт не приведен в диаграмме, но выяснилось, что в 11% выхода из строя переднего подшипника вторичного вала причиной явилось нехватка масла, остальные случаи относятся к буксировке автомобиля.
Основные неисправности коробок передач ZF можно подразделить на два основных типа: невыполнение технических требований при эксплуатации коробок передач (человеческий фактор) и дефект сборки.
При неправильном переключении передач или эксплуатации мобильной техники с неисправным сцеплением чаще всего выходят из строя синхронизаторы. Основным отказом является нарушение геометрии зубьев блокирующего кольца, конусного кольца, муфты синхронизатора так называемой «ласточкин хвост». Иногда приводит к тому, что на обгонной муфте синхронизатора появляются трещины, с последующим его разрушением.
Оборудование, приборы и программные продукты для обработки данных и их погрешность
Практическое изучение закономерностей влияния низких температур на функционирование системы смазки КП ZF 16S1820 автомобиля КАМАЗ. Основной задачей является определение изменения давления в системе в зависимости от температуры.
Эксперименты проводятся в два этапа, первый этап заключается в проверке всех параметров при рекомендованной заводом - изготовителем температуре масла, во втором этапе снимаются характеристики системы смазки в условиях низких температур и по мере прогревания КП.
В процессе эксперимента измеряется давление и температура масла в главном канале масляного насоса, разрежение перед насосом, температура масла во всем объеме масляной ванны в различных точках и перед масляным фильтром на разбрызгиваемых участках. Измеряется давление в канале перед насосом, после насоса, и в конце канала «первичный вал- вторичный вал- водило демультипликатора».
В качестве измерительного комплекса был использован аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) ZETLab 210, сигналы с которого поступали по U SB-шине к персональному компьютеру (ПК). В ПК предустановленная программа ZETLAB позволяет записывать и обрабатывать данные поступающие с АЦП.
Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 3.1. Рисунок 3.1 Схема установки для снятия характеристик системы смазки КП ZF 16S. 1- термопара в маслоприемнике перед фильтром; 2 — термопара в маслоприемнике после фильтра; 8 - термопара на входе в фалъшподдон; 3 -термопара перед насосом; 4 — датчик давления перед насосом; 5— датчик давления в полости переднего подшипника промежуточного вала; 6 — датчик давления в трубке механизма переключения передач; 7 — датчик давления в передней части трубки главного картера; 8,9 — термопара соответственно в верхней и задней части заднего опорного подшипника вторичного вала; 10 — датчик давления и температуры в трубке главного картера;
На основе полученных данных после экспериментальных исследований планируется: 1) Обоснование минимальной температуры окружающей среды, при которой разрешено начало движения автомобиля и прием нагрузки 2) Рекомендации по подготовке коробки передач к приему нагрузки и началу движения. 3) Разработка комплекса мероприятий по подготовке КП к началу движения и приему нагрузки. 3.2 Оборудование, приборы и программные продукты для обработки данных и их погрешность. Регистрация мгновенных значений давления масла в системе смазки производилась тензометрическими преобразователями МД-10-10 V ТУ 4212-163-00227459-98 (рисунок 3.2). На рисунке 3.3 представлена схема его подключения.
Характеристики определены при питании напряжением постоянного тока 10В. Данные тензопреобразователи соответствуют ТУ 25-7301.061-89. Тензопреобразователь работает следующим образом. Под действием давления измеряемой среды сапфиово-титановая мембрана прогибается, тензорезисторы меняют свое сопротивление, что приводит к разбалансу моста Уитсона, который пропорционален измеряемому давлению. Тарировочные значения используемых тензопреобразователей приведены ниже: - начальное значение выходного сигнала, соответствующее нулевому значению измеряемого параметра при температуре 20±5С - 10,25 мВ; - конечное значение выходного сигнала, соотвествующее номинальному значению измеряемого параметра при температуре 20±5С - 137 мВ.
Контроль температуры масла в различных точках исследуемой области производился кабельными хромель-копелевыми термопарами типа TITL-0,5-2 с пределом измерения -200...600 С, 2 класса точности (ГОСТ 23847-80), температура теплоносителя у стенок поддона регистрировалась термопарами закрытого типа дТПЬ 045-010.250. Перед выполнением измерений производилась тарировка термоэлектрических преобразователей в муфельной печи. Тарировочные таблицы и графики приведены на рисунках 3.5, 3.6, данные тарировки в таблицах 3.2, 3.3. Таблица 3.2 Градуировочная таблица термопары дТПЬ 045 -010.250.
Модуль Sigma USB предназначен для измерений параметров сигналов в широком частотном диапазоне (с частотой дискретизации до 500 кГц), поступающих с различных первичных преобразователей. Цифровой (разъем DB-15) и аналоговый выходы (разъем DB-25) могут использоваться в цепях управления различными исполнительными механизмами. Основные технические характеристики АЦП ЦАП Sigma USB приведены в таблице 3.4. Базовое программное обеспечение ZETLab, поставляемое с модулем Sigma USB, позволяет приступить к процессу измерения и управления сразу после подключения к персональному компьютеру. В него входят все необходимые программы для проведения испытаний и измерений. Модуль функционирует в режиме непрерывного ввода/вывода аналоговых и цифровых сигналов в память персонального компьютера с возможностью цифровой обработки сигналов. Оцифровывание выбранных каналов происходит последовательной коммутацией ключей с использованием одного аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Информационно-измерительный комплекс позволяет производить одновременное измерение по 16 дифференциальным или по 32 каналам с общей землей, с последующим усилением и преобразованием в цифровой вид в режиме «быстрого» или «медленного» АЦП. Сбор информации и управление модулем производится непосредственно по командам с компьютера. Наличие специального пакета программ обработки сигналов позволяет производить просмотр регистрируемых процессов как в режиме реального времени, так и в записи из памяти ЭВМ, а также производить статистическую обработку полученных данных, настройку и тарировку датчиков и преобразователей. Перед началом и в конце испытаний проводилась тарировка датчиков и другой измерительной аппаратуры по общепринятым правилам. При тарировке, через определенные интервалы давления, в память компьютера заносились значения измеряемой величины. Используя эти данные строились градуировочные характеристики. При поиске оптимальных параметров фальшподдона в качестве функции цели предложено как показатель использовать максимально возможную среднюю температуру масла в накопителе поддона за регламентированное стандартами (при данной температуре окружающей среды) время тепловой подготовки: где tj - температура в і- ой точке, С; п- число термопреобразователей. Под средней температурой масла в накопителе поддона понимается математическое ожидание температур во всех точках накопителя в текущий момент времени. Указанный параметр характеризует интенсивность и равномерность прогрева масла в накопителе.
Экспериментальное определение расхода масла в каналах системы смазки
Одним из возможных путей снижения влияния низких температур на систему смазки КП является его обогрев. Обогрев можно применить как местный, где обогреваются конкретные места направленным потоком горячего воздуха, или элементом обогрева, так и объемный, где применяется кожух коробки передач и источник теплоносителя. Однако, как показали предварительные исследования, применение местного обогрева нецелесообразно, ввиду сложности конструкции системы смазки КП и труднодоступности мест обогрева. Поэтому были проведены экспериментальные исследования по определению эффективности применения объемного обогрева КП.
Ввиду того, что большинство выпускаемых автомобилей оснащаются индивидуальными автономными жидкостными подогревателями, были проведены экспериментальные исследования по определению возможности применения отработавших газов жидкостного подогревателя как теплоносителя, а так же предельные температуры обогрева и применения данного источника теплоносителя и соответствие этих значений.
Экспериментальное исследование разогрева масла в КП отработавшими газами жидкостного подогревателя проводились при температуре окружающего воздуха минус 34 С.
На рисунке 5.2 видно, что температура в фальшподдоне повышается до 82С в течении 15 сек., за которое время жидкостной подогреватель выйдет на полную мощность. Видно, что температура масла в маслоприемнике повышается интенсивнее, чем в картере или перед маслоприемником. Это связано с тем что маслоприемник имеет ограниченный металлической стенкой объем масла, что способсвует быстрому его разогреву.
За время прогрева двигателя жидкостным подогревателем, которое при температуре окружающего воздуха минус 30С, для дизелей автомобиля КАМАЗ, соответсвует 25-30 минут. Использование энергии его отработавших газов позволяет прогреть масло в картере КП до температуры +11 С. При такой температуре, как уже было ранее отмечено обеспечивается требуемая прокачиваемость масла в системе смазки и обеспечение маслом трущихся поверхностей.
По результатам экспериментов и обработки их результатов определена возможность подогрева трансмиссионного масла выхлопными газами жидкостного подогревателя до температуры окружающего воздуха минус 34С, предложена новая конструктивная схема устройства подогрева трансмиссионного масла, обоснован принцип его работы. Устройством является фальшподдон, представляющий собой кожух из листовой жести, размеры которого приведены в п. 3.4. По результатам экспериментов наиболее эффективным является второй размерный вариант фалынподдона.
С левой стороны коробки передач расположены пластмассовые воздушные трубки. По указанию завода изготовителя, при обогреве КП горячим воздухом, его температура не должна превышать 130С. Как уже было отмечено выше, температура выхлопных газов предпускового подогревателя достигает не более 85С, поэтому обогрев КП передач выхлопными газами подогревателя не причинит вреда, и не требует дополнительных конструктивных изменений в фальшподдоне.
Для обогрева коробки передач при температуре воздуха минус 35 С и ниже применение выхлопных газов жидкостного подогревателя не дает положительных результатов, увеличивается время разогрева до требуемой температуры. Поэтому с целью выявления возможности обогрева, а так же уточнения времени подогрева коробки передач до требуемой температуры были проведены эксперименты. В качестве источника тепла был применен генератор горячих газов.
Температура горячих газов генератора может достигать 500С, поэтому для снижения температуры было применено устройство для снижения температуры - эжектор, разработанный на кафедре «Тракторы и автомобили» Башкирского ГАУ. Благодаря эжектору снижается температура горячих газов и повышается тепловая мощность.Необходимо отметить еще одно преимущество эжектра - его применение не снижает тепловую мощность генератора горячих газов.
По рекомендации завода - изготовителя КП ZF16S1820, максимальная температура не должна превышать 130С, во избежание выхода из строя легкоплавких деталей. Минимальная температура ограничивается эффективностью применения генератора горячих газов, и составляет 80С. Дальнейшее снижение температуры ведет к увеличению времени тепловой подготовки КП.
Временная реализация температуры в фалыиподдоне (термопары №1-2) и масла в картере двигателя (термопары №3-6). 1-е правой передней части фальшподдона, перед входом рукава; 2—внутри фальшподдона, в левой задней части; 3-е зоне маслоприемника; 4-внутри полости всасывания после фильтра; 5-е средней части картера на высоте 25 мм от дна; 6—внутри полости всасывания перед фильтром.
