Основные причины, вызывающие износ деталей автотранспортных средств, эксплуатирующихся в различных природно-климатических условиях

АННОТАЦИЯ

В данной статье приводятся результаты анализа причин, влияющих на износ деталей автомобильных двигателей, эксплуатирующихся в различных природно-климатических условиях, особенно при высокой температуре и запыленности воздуха Центрально-Азиатской зоны. Предлагаются конкретные выводы и предложения по повышению долговечности автомобилей путем применения эффективной системы защиты двигателей от механических (пылевых) частиц загрязнений, попадающих в них вместе с воздухом, топливом и маслом.

ABSTRACT

This article presents the results of an analysis of the factors that affect the deterioration of parts of automobile engines operating in various climatic conditions, especially at high temperatures and dusty air in the Central Asian areas. Concrete conclusions and suggestions are proposed to increase the longevity of automobiles by applying an effective engine protection system against mechanical (dusty) particles of contaminants that enter into parts together with air, fuel and oil.

Ключевые слова: Автомобиль, двигатель, моторное масло, износ, природно-климатические условия, абразивный, коррозионный, механический, дорожная пыль.

Keywords: Automobile, engine, engine oil, deterioration, climatic conditions, abrasive, corrosive, mechanical, road dust.

Работа автомобильных транспортных средств в различных условиях эксплуатации, особенно в карьерах, где содержится повышенная запыленность воздуха вызывает повышенный износ их деталей и механизмов, а с увеличением износа деталей автомобиля повышается расход топлива и других эксплуатационных материалов, возникают частые отказы и поломки.

Например, увеличение износа деталей цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма двигателя является одним из главных причин повышенного расхода топлива и масла, снижения его долговечности, а также понижения тяговых качеств автомобиля.

Износ деталей рулевого управления и тормозной системы ухудшает управляемость автомобилем, снижая безопасность его вождения. Износ деталей, агрегатов и механизмов вызывает изменение первоначальных размеров деталей и их геометрической формы, впоследствии это приводит к существенному увеличению зазоров между трущимися деталями, появлению шумов, стуков и вибрации. Дальнейший рост износа в конечном счете приводит автомобиль к критическому состоянию, после чего эксплуатация автомобиля считается экономически невыгодным, а с точки зрения безопасности управления- не допустимым. Наибольшее число неисправностей и отказов возникает в связи с естественным изнашиванием деталей. Увеличение зазора в сопряженных деталях допускается до определенного предела, который различен для разных сопряжений и зависит от их конструкции и назначения. При работе механизма с зазором, превышающим допустимый предел,износ деталей интенсивно увеличивается и может привести к существенному повышению расхода топлива и эксплуатационных материалов, к сильному выбросу токсичных веществ, загрязняющих атмосферу и к снижению эффективности работы автомобиля.

На преждевременное увеличение износа деталей и механизмов автомобилей оказывают влияние множество факторов, к основным из которых можно отнести несвоевременное и некачественное проведение технического облуживания, недостаточная и неправильная смазка трущихся деталей (применение не соответствующей марки смазочного материала и др.), тяжелые условия эксплуатации (например, работа в условиях повышенной температуры и запыленности воздуха, на бездорожье и плохих дорогах, перегрузки и другие).

Автомобили и их двигатели при проектировании, как правило рассчитываются на работу в условиях умеренного климата, хотя и природно-климатические условия, особенно экстремальные случаи оказывают отрицательное влияние на надежность и износостойкость двигателей [ 5 ].

Ниже нами проведен анализ влияния природно–климатических условий эксплуатации на численные значения износа деталей автомобилей. Различают три основные виды природно-климатических территориальных зон, где эксплуатируется наибольшее количество автомобилей: умеренные, экстремально холодные и жаркие [1].

В связи с тем, что климатические условия европейских зон является умеренным, считаем, что влияние таких условий эксплуатации на процесс изнашивания деталей машин по сравнению с другими экстремальными случаями имеет минимальный характер. При эксплуатации автомобилей в умеренных климатических зонах основное влияние на износ деталей оказывают, главным образомтехнические факторы обслуживания и ремонта.

Большое количество автомобилей эксплуатируются и в климатических условиях Крайнего Севера и в жарких, сухих высоко-запыленных зонах Центральной Азии. Если температура в Крайнем Севере в зимнее время опускается до -50⁰ С, то в Центральной Азии жара может доходить до +50⁰ С и выше. Рассмотрим какое же влияние оказывают эти климатические условия эксплуатации на интенсивность и разновидность износа деталей автомобилей.

В связи с тем, что наибольшему трению и износу подвержены детали двигателя, кроме того 43% от всех затрат на запасные части автомобиля приходится на двигатель с целью уменьшения большого объёма работ, считаем целесообразным в дальнейшем рассмотреть сущность и степень влияния климатических условий на интенсивность изнашивания деталей применительно к двигателю.

Существует следующие основные виды износа деталей двигателя: истирание и задир трущихся поверхностей. В нормальных условиях эксплуатации двигателя происходит, главным образом истирание гильз цилиндров, поршневых колец, вкладышей и подшипников. Оно может иметь характер механический, коррозионный и абразивный. В обычных условиях эксплуатации именно истирание деталей определяет срок службы двигателя. В таблице1 представлены составляющие общего эксплуатационного износа цилиндров автомобильных двигателей для умеренно- климатической зоны и Крайнего Севера.

Таблица 1.

Составляющие общего износа цилиндров двигателей при их эксплуатациив умеренно-климатической зоне и на Крайнем Севере(впроцентах) [1; 3.]

*При перевозке руды.

** Включая неустановившие режимы работы двигаделя по оборотам и нагрузке.

Работа двигателейв условиях Крайнего Севера в холодное время года считается экстремально- тяжелым. Крайне низкая температура окружаюшей среды может вызвать падение мощности и повышения расхода топлива, заклинивания цилиндров и другие. При понижении температуры охлаждаюшей жидкости С 80⁰ С до 60⁰ С износ деталей увеличивается на 30%,а при понижении до 40⁰ С – на 140% [4,5]. В этом случае иснос деталей имееткоррозионнийхарактер и с понижением температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения величина такого вида изнашивания сильно увеличивается.

Изменение скорости изнашивания цилиндров двигателя при низкой температуре обуславливается следующими причинами: наличием полусухого трения между стенками цилиндра и поршневыми кольцами; коррозионным разрушением поверхностных слоев металлов.

Пониженные тепловые режимы, включая холодные пуски, неустановившиеся режимы,повышенные нагрузочные и скоростные режимы, а также жесткость рабочего процесса по разному влияют на интенсивность изнашивания деталей двигателя. Однако, в рядовой эксплуатации на износ деталей цилиндро-поршеновой группы наибольшее влияние оказывает абразивная пыль, попадающая различными путями в двигатель из окружающего воздуха [2, 3].

Высокая и сухая температура окружающий среды способствует появлению в двигателе детонационного сгорания, которое также является одним из причин увеличения интенсивности изнашивания цилиндра, поршневых колец и поршня. Известно, что при сильной детонации двигатель перегревается, в результате чего может произойти молекулярно-механический вид изнашивания, перегар и поломки компрессионных колец и канавок поршня.

Высокая жара при не эффективной работе системы охлаждения приводит двигатель к перегреву вследствие этого мощность двигателя падает, а удельный расход увеличивается.

Климат в Центральной Азии является резко континентальный: лето продолжительное и очень жаркое, а зима короткая и холодная.

Днем абсолютная максимальная температура воздуха в тени достигает + 45⁰ С,+47⁰ С, порой +50⁰ С и больше а ночью падает до +5⁰…10⁰ С. В горных районах после сильной жары (40-47⁰ С) автомобиль, проходя через горные перевалы попадает в условия, когда температура воздуха составляет 0-1⁰ С, т.е. резкий перепад температуры составляет 40-46 ⁰ С [ 5 ]. На горной высоте плотность и давление воздуха уменьшается соответственно на 18,5% и 21,5%(на высоте 2000 м над уровнем моря) [4]. В результате этого уменьшается наполнение цилиндров, смесь обогащается, происходит неполное сгорание и дымление двигателя, перерасход топлива и интенсивный износ деталей цилиндро-поршневой группы.

Существенное влияние на интенсивность изнашивания деталей оказывает дорожная и атмосферная пыль. Запыленность воздуха в значительной части территории Центральной Азии достигает 3,5 г/м³, а во время сильных ветров и бурь -17 г/м³, что в более 10 раз выше, чем запыленности воздуха в умеренной зоне (0,003…1,42 г/м³). Для ясности представления достаточно сказать, что при запыленности воздуха 0,8-1,2 г/м³ видимость полностью теряется [2 ,3].

Пыль, попадая в двигатель вызывает абразивный износ его деталей. Это объясняется тем, что в пыли содержится кварц, содержание которого составляет от 50 до 95 %. Твердость кварца (1000-1200 кг/мм²) больше твердости конструкционных материалов, поэтому он и вызывает абразивное изнашивание трущихся деталей двигателя. Недооценка этого фактора при проектировании и эксплуатации двигателя может привести к неоправданному повышению интенсивности изнашивания деталей и резкого снижения его надежности [2 ,3,7].

Абразивные частицы, попадающие в двигатель по-разномувлияют на износ его деталей. Абразивная пыль, попадающая в двигатель вместе с воздухом и топливом вызывает наибольшей износ цилиндров в верхней части, т.е. в зоне остановки поршня в в.м.т., верхних компрессионных колец

и канавок поршня. Абразивные частицы, попадающие в двигатель вместе с маслом вызывают наибольший износ подшипников коленчатого вала, цилиндров в средней части, маслосъемных колец, поршневого пальца и втулок(Рис.1) [6].

Рисунок 1 Степень влияния абразивной частицы пыли на процесс изнашивания цилиндров двигателя

Из рис.1 видно, что с увеличением количества пыли, поступающего в двигатель вместе с воздухом, топливом и маслом интенсивность изнашивания его деталей повышается и в этом случае износ имеет абразивный характер. Следует отметить, что интенсивность изнашивания трущихся деталей зависит от соотношения твердости поверхности деталей и абразивных частиц. Чем меньше твердость поверхности деталей и больше твердость абразива, тем больше абразивное изнашивания.

Повышение температуры топлива влияет на его плотность и вязкость. Снижение плотности и вязкости вызывает уменьшение массовой подачи топлива в цилиндры, увеличивает количества топлива, перетекающего через зазоры в плунжерных парах. В этом случае высокая температура топливного насоса вызывает полусухое и сухое трение в плунжерных парах и деталях смазываемых топливом, что приводить к их интенсивному износу и задиру.

Перечисленные причины приводят к уменьшению ресурса топливной аппаратуры в 1,5-2 раза по сравнению с эксплуатацией при нормальной температуре [2].

Выше приведенные работы по определению степени влияния различных эксплуатационных и дорожно-климатических факторов на характер и интенсивность изнашивания деталей автомобилей выполнены авторами на основе обширных экспериментальных исследований [2; 3] и обобщения отечественного и зарубежного опытов по рассматриваемому вопросу.

В результате проделанной в данной статье работ установлено,что на износ деталей автомобилей и их двигателей оказывает влияние множество факторов, такие как нагрузочные и скоростные режимы работы (определяющие величину молекулярно-механического изнашивания) и тепловой режим работы, включая периоды пуска и прогрева (определяющие величину коррозионно- механического изнашивания). Однако, на интенсивность изнашивания двигателей решающее влияние оказывают природное – климатические и дорожные условия. При высокой температуре и повышенной запыленности воздуха износ деталей двигателя, главным образом детали цилиндра-поршневой группы интенсивно изнашиваются и в этих условиях превалирующее значение имеет абразивное изнашивание деталей.И это приобретает особую значимость для автомобилей, эксплуатирующихся в природно- климатических условиях Центрально– Азиатской зоны, где содержится высокая температура и запыленность атмосферного воздуха. Особенно сильное влияние дорожно-климатических условий на износ деталей и механизмов наблюдается у автомобилей МАН, КамАЗ и др., работающих в карьерах Республики Узбекистан.

По результатам выше представленных данных можно сделать следующие выводы: долговечность автомобилей и их двигателей определяется износостойкостью деталей; на характер и интенсивность изнашивания деталей оказывают влияние различные эксплуатационные факторы среди которых решающее значение имеютэкстремальные природно-климатические условия; интенсивность изнашиваниядеталей цилиндра-поршневой группы двигателя имеет, главным образом абразивный характерпричиной которого является пыль, попадающая в двигатель вместе с воздухом, топливом и маслом.Поэтому считаем, что наиболее доступным и экономически выгодным путем снижения износа деталей двигателя независимо от климатической местности их эксплуатации, является эффективная очистка воздуха, топлива и масла и уплотнение всех мест возможного проникновения пыли в двигатель, и эта рекомендация приобретает особую значимость для автомобилей, эксплуатирующихсяв территориальных зонах Центральной Азии и республики Узбекистан.

Список литературы:
1. Григорьев М.А., Долецкий А.В. Обеспечение надежности двигателей. -М: Стандарты,1978.- 378 с.
2. Каюмов Б.А. Обеспечение надежности системы питания соременных бензиновых двигателей в условиях жаркого климата.-Андижан, Андижонашриёт –манбаа.2019.-104с.
3. Крамаренко Г.В., Салимов А.У., Каримходжаев Н., Каюмов К.К .Качество топлива и надежность автотракторных двигателей. –Ташкент: Фан, 1992.– 126с.
4. Шеховцев А.Ф. и др. Конструктивные отличия и особенности Эксплуатация двигателей в экстремальных условиях. Kovsh.com/ library/ice/climatic conditions/ekspluadvigatelekstremuslov. 2019.
5. Эксплуатации ДВСв условиях стран Азии, Африки и Латинской Америки. Основы климатической приспособленности ДВС.–Киев:УМК ВО, 1988.-285с.
6. Эфендиев А.М. Повышение надежности автотракторных двигателей в условиях пустынь с высокой концентрацией солесодержащей пыли в воздухе. –Ташкент,1994.- 180 с.
7. Recommendations for Cleaning and Pretreatment of Heavy Fuel Oil Alfa Laval.London. 2012. -124 p.