Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Контрольные вопросы и ответы

1.1 Основы эргономики места водителя автомобиля (машины) и мест для личного состава

1.2 Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания: назначение, устройство, принцип работы, взаимосвязь с другими системами и механизмами

1.3 Ходовая часть автомобилей, колесной и гусеничной техники

1.4 Физические основы надежности машин

2. Решение задачи

Список используемых источников

автомобиль двигатель газораспределительный механизм



1. Контрольные вопросы и ответы

1.1 Основы эргономики места водителя автомобиля (машины) и мест для личного состава

Число мест боевого расчета устанавливается исходя из назначения пожарного автомобиля и определяется количеством мест в кабине базового шасси, включая место водителя, и в кабине боевого расчета (при ее наличии).

Кабины водителя и боевого расчета, образующие общий салон, должны представлять собой единую пространственную конструкцию, обеспечивающую возможность оперативной посадки и высадки, удобство и безопасность размещения боевого расчета.

Каждая кабина, образующая салон, должна иметь не менее двух дверей, не считая дверей штатной кабины базового шасси. Ширина дверного проема при поперечном (относительно продольной оси шасси) расположении сидений - не менее 650 мм. Ширина дверного проема при продольном (вдоль рамы шасси) расположении сидений - не менее 1100 мм.

Остекление салона должно быть выполнено из безопасного стекла по ГОСТ Р 41.43. Обзорность с рабочего места водителя должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 51266.

Высота салона в свету, замеренная на расстоянии 250 мм от внутренней обшивки боковой стенки, должна быть не менее 1400 мм. Высота дверного проема - не менее 1350 мм. В технически обоснованных случаях по согласованию с заказчиком допускается использование дверей штатной кабины базового шасси с соответствующими размерами дверного проема. Расстояние от подушки (плоскости) сиденья до крыши салона, замеренное под углом 8° к вертикали, - не менее 950 мм.

Ширина рабочего пространства для водителя должна составлять не менее 800 мм, ширина сидений для каждого сидящего рядом с водителем - не менее 450 мм. Кабина, предназначенная для размещения водителя и двух членов боевого расчета (1+2), должна иметь внутреннюю ширину не менее 1700 мм.

Покрытие подушек сидений должно изготавливаться из воздухопроницаемого, нетоксичного, умягченного материала. Под сиденьями могут быть размещены ящики для пожарно-технического оборудования, при этом сиденья выполняются откидными. Ширина рабочих поверхностей сидений должна быть не менее 450 мм, ширина места для каждого члена боевого расчета - не менее 500 мм. Высота передней кромки подушки сидений от пола - от 400 до 450 мм, глубина сидений - не менее 400 мм.

При поперечном расположении сидений первый ряд от второго должен быть отгорожен перегородкой с травмобезопасным поручнем. Перегородка не должна препятствовать зрительному и речевому контакту боевого расчета. Расстояние между сиденьями и стенкой должно быть не менее 350 мм. Расстояние между вторым и третьим рядом сидений при трехрядном их расположении - не менее 450 мм.

Покрытие пола салона должно быть выполнено из коррозионно-стойких материалов, препятствующих скольжению. Покрытие должно иметь окантовку, достигающую высоты не менее 100 мм от низа дверей, сидений и перегородки.

Двери должны открываться по ходу автомобиля и иметь запирающие устройства с наружными и внутренними ручками управления. При этом двери первого ряда должны запираться снаружи и изнутри, остальные - изнутри. Внутренние замки должны иметь устройство, исключающее возможность их непроизвольного открытия в движении сидящим в машине боевым расчетом. Ручки запирающих механизмов должны иметь форму, исключающую причинение травм.

Двери должны иметь устройства, фиксирующие их в закрытом и открытом (не менее чем на 75°) положениях. Требования к замкам и петлям дверей - по ГОСТ Р 41.11.

Двери должны быть снабжены опускаемыми или сдвижными стеклами, устанавливаемыми в любом промежуточном положении. Двери с опускными стеклами должны иметь внизу отверстия для выхода воды.

Подножка для доступа в салон должна быть расположена на высоте не более 500 мм. Ширина подножки у двери -- не менее 250 мм, глубина - не менее 200 мм. Элементы конструкции автомобиля не должны препятствовать установке ноги на глубину не менее 150 мм. Подножки должны изготавливаться из предотвращающего скольжение материала с рифами высотой от 1 до 2,5 мм, просечкой. Если подножки выступают за элементы кузова, они должны быть скошены к этим элементам.

Конструктивное исполнение салона должно обеспечивать удобство уборочно-моечных работ. Проемы, места ввода органов управления, сигнализации и освещения должны иметь уплотнения, препятствующие проникновению в кабину пыли, грязи, атмосферных осадков и потере тепла.

Конструкция салона должна обеспечивать сохранение жизненного пространства при опрокидывании автомобиля, лобовом столкновении, наездах сзади и сбоку. Оборудование в салоне должно быть размещено таким образом, чтобы отсутствовали острые углы и кромки, способные нанести травмы боевому расчету. Крепление оборудования должно исключать возможность его самопроизвольного перемещения во время движения.

На передней панели кабины в зоне расположения командира отделения должно быть предусмотрено место для размещения и подключения специальных средств связи, тип и модель которых определяются заказчиком.

Размещение и подключение специальной световой и звуковой сигнализации и пульта ее управления - по ГОСТ Р 50574 и нормативно-технической документации на эту сигнализацию. Применяемое оборудование должно быть сертифицировано.

Топливные баки пожарного автомобиля с бензиновыми двигателями и заливные горловины топливных баков пожарных автомобилей с дизельными двигателями должны находиться вне кабины водителя и салона боевого расчета.

Салон должен быть оборудован отопителем, обеспечивающим поддержание температуры в салоне в холодный период года не ниже 15 °С во всем диапазоне условий эксплуатации. Температура измеряется в центре салона, за пределами теплового потока. Допускается установка кондиционера, обеспечивающего данные условия. Салон пожарного автомобиля климатического исполнения холодного климата должен быть утеплен.

В салоне должно быть предусмотрено место для установки одного или нескольких огнетушителей, при этом одно из мест должно находиться вблизи сиденья водителя. Тип и количество огнетушителей по определению заказчика.

В салоне должны быть предусмотрены места для размещения одной или нескольких аптечек. Каждое из них должно иметь размер не менее 360Ч200Ч100 мм.

Уровень внутреннего шума в салоне при движении с выключенной специальной звуковой сигнализацией - по ГОСТ Р 51616.

Концентрация вредных примесей в воздухе салона при движении автомобиля и на стоянке при работающем двигателе - по ГОСТ Р 51206.

Вибрационная нагрузка, воздействующая на боевой расчет при движении автомобиля, - по ГОСТ 12.1.012., ГОСТ Р 53328 - 2009.

В салоне должно быть предусмотрено место для хранения инструмента и запасных частей. В случае размещения оборудования под сиденьями должна быть предусмотрена фиксация крышки сиденья при его подъеме. Характеристики неметаллических материалов, используемых для отделки интерьера салона боевого расчета, должны быть не ниже характеристик аналогичных материалов кабины базового шасси.



1.2 Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания: назначение, устройство, принцип работы, взаимосвязь с другими системами и механизмами

Газораспределительный механизм предназначен для обеспечения своевременной подачи в цилиндры двигателя воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуска из цилиндров отработавших газов.

Основными деталями газораспределительного механизма являются:

- распределительный вал;

- впускные и выпускные клапана;

- детали привода.

Принцип работы:

1-ый такт - впуск - при движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, под действием которого через открытый впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (смесь топлива с воздухом);

2-ой такт - сжатие - поршень под действием коленчатого вала и шатуна перемещается вверх. Оба клапана закрыты и горючая смесь сжимается;

3-ий такт - рабочий ход - в конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется (от сжатия в дизельном двигателе, от искры свечи в бензиновом двигателе). Под давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал;

4-ый такт - выпуск - поршень перемещается вверх, и через открывшийся выпускной клапан выходят наружу отработавшие газы.

1.3 Ходовая часть автомобилей, колесной и гусеничной техники

Ходовая часть предназначена для передачи на грунт веса автомобиля и сообщения ему поступательного движения.

Ходовая часть помимо удовлетворения общих требований надежности и безопасности должна обеспечить:

- хорошее сцепление ведущих колес с почвой или грунтом;

- малое сопротивление качению;

- допустимое уплотняющее воздействие движителя гусеничной техники на почву;

- устойчивость прямолинейного движения и легкость поворота;

- минимальный радиус поворота;

- сохранение необходимой плавности хода и смятение ударов от неровностей пути;

- необходимый запас грузоподъемности шин.

Ходовая часть колесной техники

Остов является основанием машины, связывающим все механизмы в единое целое. Он может быть рамным, полурамным и безрамным.

Рамный остов представляет собой сварную или клепаную раму, состоящую из двух продольно расположенных балок, скрепленных литыми брусьями и балками различного профиля.

Полурамный остов образуется соединением литых корпусов агрегатов трансмиссии и прикрепленными к ним балками полурамы, на которые устанавливается двигатель.

Безрамный остов состоит из жестко соединенных картеров двигателя и трансмиссии.

На грузовые автомобили устанавливают раму, представляющую собой балочную конструкцию из двух продольных балок, соединенных поперечинами, и называемую лонжеронной.

У легковых автомобилей роль рамы выполняет кузов, называемый несущим. Для крепления двигателя и передней подвески служит короткая рама (подрамник), прикрепленная к полу кузова.

Шины

Движитель автомобиля составляют колеса, приводящие автомобиль в движение. Все отечественные автомобили имеют колеса с пневматическими шинами низкого давления. Обладая высокой эластичностью, шины низкого давления обеспечивают большую опорную поверхность колес, снижают их давление на почву и сопротивление качению, смягчают удары, передающиеся остову трактора от поверхности дороги, улучшают сохранность механизмов и повышают плавность хода.

По форме профиля шины подразделяются в зависимости от отношения высоты профиля R шины к ее ширине В.

Различают шины:

- обычного профиля;

- широкопрофильные;

- арочные;

- пневмокатки.

Колеса автомобиля подразделяются на ведущие и управляемые. Первые сообщают автомобилю движение, а вторые придают ему соответствующее направление, направляющие колеса могут быть одновременно ведущими. Число колес и их назначение принято выражать условной колесной формулой, первая цифра которой характеризует общее число колес данной машины, а вторая - число ведущих колес. Например, формула 4Х2 означает, что автомобиль двухколесный с двумя ведущими колесами; из формулы 4Х4 видно, что автомобиль четырехколесный, с четырьмя ведущими колесами и т.д.

Пневматическое колесо состоит из диска, обода и эластичной шины.

По устройству различают камерные и бескамерные шины.

Основные части камерной шины:

- покрышка;

- камера с вентилем;

- ободная лента.

Ободная резиновая лента размешается между камерой и ободом, предохраняя их от трения между собой. Ободные ленты применяют только в колесах грузовых автомобилей.

Бескамерные шины широко используются на легковых и грузовых автомобилях и тракторах. В таких шинах пространство, заполняемое воздухом, образуется в результате герметичного соединения обода колеса с покрышкой, вентиль при этом размешается на ободе. Герметичная посадка бескамерной шины на обод достигается с помощью специальной конструкции борта, плотно прижимающегося к закраинам обода внутренним давлением воздуха. Бескамерные шины могут быть обычного типа, широкопрофильные и арочные.

Арочная шина способствует повышению проходимости автомобиля в трудных дорожных условиях. Это шины низкого давления (0,05-- 0,08 МПа).

Подвеска

Подвеска соединяет остов с колесами и предназначена для смятения возникающих во время движения толчков и ударов, повышения плавности хода машины.

Подвеска состоит из устройств, обеспечивающих соединение остова автомобиля с осями колес. В эту группу могут входить упругие элементы (рессоры), амортизаторы и направляющее устройство.

Упругие элементы вводят в подвеску для смягчения толчков и ударов, передаваемых на остов при движении автомобиля по неровностям пути. Амортизаторы применяют в целях гашения колебаний остова автомобиля. Направляющее устройство обеспечивает необходимую траекторию перемещения колес при движении автомобиля по неровностям пути, ограничивает эти перемещения и разгружает в большинстве случаев упругие элементы от продольных и боковых усилий, а также реактивных моментов, возникающих в результате передачи на колесные движители крутящего момента от двигателя и при торможении.

Подвески автомобилей подразделяются на зависимые и независимые. В первом случае оба колеса подвешены к раме по обшей оси, в результате чего перемещение каждого из них происходит вместе с осью. Во втором - каждое колесо подведено к раме независимо друг от друга при помощи рычагов. В качестве упругих элементов в различных подвесках используют рессоры, пружины, торсионы, резиновые баллоны и др.

Подвески грузовых автомобилей зависимые и чаше всего выполняются на пластинчатых рессорах. Так, например, передняя подвеска автомобилей КамАЗ состоит из двух продольных полуэллиптических рессор, работающих совместно с двумя телескопическими амортизаторами и двумя полыми резиновыми буферами сжатия. В средней части рессоры прикреплены двумя стремянками к площадке балки передней оси. Между рессорами и балкой установлены кронштейны амортизаторов.

При движении автомобиля по неровностям дороги возникают колебания, которые частично гасятся за счет трения в рессорах.

Ходовая часть гусеничной техники

Назначение ходовой части и ее основных элементов (остова, движителя и подвески) гусеничной техники такое же, как и колесной. На гусеничных технике в подавляющем большинстве применяются остовы рамной конструкции.

Гусеничный движитель включает в себя:

- ведущую звездочку;

- гусеничную цепь;

- опорные катки;

- направляющее колесо с натяжным устройством;

- поддерживающие ролики.

Звездочка приводит в действие гусеничную цепь, обеспечивает движение техники. Гусеничная цепь состоит из звеньев, соединенных шарнирно с помощью пальцев. Она огибает звездочку, направляющее колесо, опорные катки и поддерживающие ролики, образует замкнутый контур, называемый гусеничным обводом. Вес через опорные катки распределяется на опорную часть гусеницы. При этом среднее условное давление на грунт небольшое, а сцепление с ним хорошее.

Гусеничная цепь снабжена почвозацепами и служит дорожкой для качения по ней остова трактора. Ролики поддерживают гусеничную цепь и удерживают ее от бокового раскачивания во время движения трактора.

Направляющее колесо и натяжное устройство предназначены для обеспечения правильного направления движению гусеничной цепи, ее натяжения и амортизации гусеничного движителя.

Гусеничный движитель работает следующим образом:

Ведущий момент, приложенный к звездочкам, заставляет гусеничные цепи перематываться и расстилаться под опорными катками. При этом возникающие от взаимодействия гусеницы с грунтом касательные реакции передаются остову и приводят трактор в движение, заставляя опорные катки перекатываться по внутренним беговым дорожкам цепи как по рельсам.

Подвеска

По типу направляющих устройств подвески гусеничной техники подразделяются на жесткие, полужесткие и упругие (эластичные).

Жесткая подвеска упругих элементов не имеет, оси опорных катков жестко прикреплены к гусеничным тележкам, которые в свою очередь жестко соединены с остовом техники.

Полужесткая подвеска представляет собой гусеничную тележку, выполненную из балок различного сечения, на которых устанавливают все элементы движителя. Рама тележки соединяется с остовом техники, сзади шарниром, впереди на нее опирается остов через упругий элемент. Название подвески - полужесткая - связано с тем, что в момент наезда движителя на препятствие одной или двумя гусеницами сразу происходит их упругое угловое перемещение относительно задних шарниров крепления тележек к остову трактора и последний «мягко» наезжает на препятствие. Однако по мере его пересечения остов поднимается на всю его высоту и резко (жестко) сходит с него, что сопровождается возникновением динамических нагрузок во всем тракторе.

В упругой (эластичной) подвеске опорные катки соединены с остовом техники системами, позволяющими каткам перемещаться в вертикальной плоскости относительно последнего и друг с другом. Разнообразие этих систем можно разделить на две основные группы: балансирные и индивидуальные подвески.

В балансирных подвесках катки объединены между собой попарно в каретку балансирной подвески. Каретка состоит из соединенных между собой шарниром стальных литых балансиров, имеющих общую ось качения. Функцию этой оси выполняет шарнир, закрепленный на раме трактора. Опорные катки вращаются в подшипниках на осях, каждая из которых закреплена в своем балансире. Катки имеют возможность независимого упругого перемещения, для чего в верхних частях балансиров установлены цилиндрические рессорные пружины. Эластичная подвеска позволяет каждому опорному катку копировать рельеф грунта, что улучшает плавность хода при движении на повышенных скоростях.

В индивидуальных подвесках каждый опорный каток в отдельности упруго соединен с остовом трактора.

1.4 Физические основы надежности машин

Физика отказов - изменение свойств и состояния материалов как причина потери изделием работоспособности.

Изменение начальных свойств и состояния материалов, из которых выполнено изделие, является первопричиной потери им работоспособности, так как эти изменения могут привести к повреждению изделия и к опасности возникновения отказа.

Чем глубже изучены закономерности, описывающие процессы изменения свойств и состояния материалов, тем достовернее можно предсказать поведение изделия в данных условиях эксплуатации и обеспечить сохранение показателей надежности в требуемых пределах.

Для оценки надежности, как правило, используются вероятностные характеристики, но суждение о поведении изделия нельзя сделать лишь на основании статистических исследований. В основе потери машиной работоспособности всегда лежат физические закономерности, но в силу разнообразия и переменности действующих факторов эти зависимости приобретают вероятностный характер.

Поэтому «Физика отказов», которая изучает закономерности изменения свойств материалов в условиях их эксплуатации, является основой для изучения и оценки надежности машин.

Три уровня изучения поведения материалов

Для решения инженерных задач надежности необходимо знать закономерности изменения выходных параметров машины и ее элементов во времени. Так, надо оценить деформацию деталей, износ их поверхности, изменение несущей способности из-за релаксации напряжений или процессов усталости, повреждение поверхности из-за коррозии и т.д., т.е. рассмотреть макрокартину явлений, происходящих при эксплуатации машины.

Однако для объяснения физической сущности происходящих явлений и для получения таких закономерностей, которые в наиболее общей форме отражают объективную действительность, необходимо объяснить первопричины взаимосвязей.

Современная наука изучает закономерности изменения свойств и состояния материалов на следующих уровнях:

1. Субмикроскопический уровень, когда на основании рассмотрения строения атомов и молекул и образования из них кристаллических решеток твердых тел или иных структур выявляются закономерности, которые служат базой для объяснения свойств и поведения материалов в различных условиях. Эти закономерности, как правило, являются основой для дальнейших исследований и разработок частных зависимостей.

2. Микроскопический уровень рассмотрения свойств материалов исходит из анализа процессов, происходящих в небольшой области. Полученные при этом закономерности в дальнейшем распространяются на весь объем тела.

Классическим примером в этом отношении может служить теория напряжений и деформаций в идеальном однородном теле, когда в точке тела выделяется бесконечно малый элемент в виде параллелепипеда и рассматривается его напряженное состояние (примеры: закон Гука, явления по границам зерен, взаимодействие двух трущихся поверхностей).

Рассмотрение закономерностей на уровне микрокартины явлений -необходимый этап для дальнейшего распространения полученных зависимостей на весь объем твердого тела, т.е. на всю деталь или ее поверхность.

3. Макроскопический уровень рассматривает изменение начальных свойств или состояния материала всего тела (детали).

Разнообразные закономерности и методы расчетов, применяемые при конструировании и производстве машин, полученные общие физические законы и частные зависимости могут быть использованы и при решении вопросов надежности. При этом, поскольку главной задачей является оценка изменения свойств и состояния материала в функции времени, необходимо выявить, какие физические закономерности могут быть использованы и как проявляется фактор времени при оценке работоспособности изделия.

Износ - изменение технического состояния автомобилей в процессе эксплуатации.

В процессе длительной работы автомобиля в его механизмах, агрегатах и системах возникают неисправности, которые приводят к ухудшению его эксплуатационных свойств и снижению эффективности использования.

Все неисправности автомобиля можно разделить на две группы:

1) возникающие в результате изнашивания, усталостного разрушения или деформации деталей;

2) обусловленные выходом рабочих характеристик автомобиля (или его элементов) за допустимые пределы вследствие нарушения регулировки, ослабления креплений, изменения посадок, образования накипи, нагара, смолистых отложений, загрязнения и пр.

Износ деталей является главной причиной, вызывающей неисправности автомобиля в процессе эксплуатации и характеризуется изменением формы и размеров деталей. В результате износа трущихся поверхностей увеличиваются зазоры в подвижных сопряжениях деталей, изменяется взаимное их расположение, что нарушает регулировку механизмов и систем.

Изменения размеров и формы деталей приводят к перераспределению действующих нагрузок и увеличению контактных давлений; при этом возникают стуки в сопряжениях, которые ускоряют процессы изнашивания. При значительном увеличении зазоров могут произойти поломки деталей вследствие динамических нагрузок.

Помимо нарушений механических связей между деталями, изнашивание влечет за собой: в двигателе - нарушение термодинамических процессов сгорания, в электрооборудовании - нарушение процессов зажигания, в системе питания - нарушение процессов смесеобразования и т.д.

Изнашиванию деталей часто сопутствуют коррозия, старение, накопление усталостных напряжений, деформации и т.п.

Основные положения по трению и изнашиванию

Трением называется сопротивление, возникающее при относительном перемещении двух сопряженных между собой тел. Преодоление силы трения на пути перемещения сопряженных деталей называется работой трения.

Различают следующие виды трения:

- сухое (внешнее);

-жидкостное (внутреннее, называемое также совершенным или гидродинамическим);

- граничное.

Сухим называют такое трение, когда трущиеся поверхности непосредственно соприкасаются и взаимодействуют между собой. Смазка между ними отсутствует.

При сухом трении металлов сила трения возникает вследствие сопротивления соприкасающихся микронеровностей сопряженных деталей и происходящего, при этом молекулярного сцепления. Молекулярное сцепление (или микросваривание) происходит в контактах неровностей благодаря высокому удельному давлению, при котором разрушается окисная пленка. Примером сухого трения разнородных материалов может служить трение между тормозными накладками и барабанами колес автомобиля.

Жидкостным трением называют такое, когда толщина масляного слоя между трущимися поверхностями превышает их микронеровности и трение возникает только за счет перемещения молекул в слое масла.

При жидкостном трении сила трения создается за счет внутреннего сопротивления масла, находящегося между сопряженными деталями. Советскими учеными Ю. П. Петровым, Н. Е. Жуковским, С. А. Чаплыгиным и другими исследователями разработана теория жидкостной, гидродинамической смазки. Согласно этой теории при вращении вала в подшипнике смазка втягивается в зазор, образуя масляный клин, и при некоторых условиях цапфа вала как бы всплывает в подшипнике. Всплывание цапфы зависит от скорости вращения вала, вязкости масла, нагрузки на цапфу и зазора между нею и подшипником. Жидкостное трение наблюдается в таких узлах автомобиля, как подшипники коленчатого вала в период установившегося режима работы.

Граничным называют такое трение, когда трущиеся детали разграничены лишь теми слоями молекул масла, которые адсорбированы на поверхностях этих деталей, из-за полярной активности и сил молекулярного притяжения.

Примером граничного трения может служить трение в зацеплении шестерен главной передачи заднего моста, шариковых подшипниках, т. е. в условиях высоких удельных нагрузок.

Существуют промежуточные виды трения: полусухое (как среднее между сухим и граничным) и полужидкостное (как среднее между жидкостным и граничным или сухим трением).

Практически при работе механизмов автомобиля наблюдаются смешанные, периодически изменяющиеся или промежуточные виды трения.

Из сказанного о механизме трения следует, что сила трения обусловлена качеством обработки трущихся деталей, материалами, из которых они изготовлены, наличием между ними смазки, характером сопряжения, а также нагрузочным скоростным и тепловым режимами работы сопряжения.

Изнашиванием называется процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и его остаточной деформации.

Износ - это результат изнашивания. Он выражается в изменении размеров, формы, объема и веса сопряженных деталей.

Последствием износа, как правило, является нарушение сопряжений, кинематических связей и работы данного узла или механизма в целом.

Виды изнашивания

Существует несколько различных классификаций изнашивания. Одной из них, наиболее часто используемых в литературе по вопросам технической эксплуатации автомобилей, является классификация профессора М. М. Хрущева.

Указанная классификация включает три основных вида изнашивания:

- механическое;

- молекулярно-механическое (адгезионное);

- коррозионно-механическое.

Механическое изнашивание включает следующие группы изнашивания:

- абразивное;

- вследствие пластических деформаций;

- вследствие хрупкого разрушения;

- вследствие усталостного изнашивания.

Абразивное изнашивание возникает в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, находящихся между поверхностями трения. Эти частицы, попавшие извне или отделившиеся от трущихся деталей, попадая в смазку между трущимися поверхностями, резко увеличивают их износ. Примером абразивного изнашивания может служить открытое сопряжение, в которое проникает пыль и грязь (шкворни, соединения рулевых тяг), или цилиндропоршневая группа двигателя в результате попадания в цилиндры с воздухом пыли (абразива), продуктов износа и коррозии.

Изнашивание вследствие пластических деформаций происходит под действием значительных нагрузок на детали и сопровождается изменением их размеров без потери веса. Например, в подшипниках может наблюдаться перемещение поверхностных слоев пластичного антифрикционного материала в направлении скольжения.

Изнашивание при хрупком разрушении состоит в том, что поверхностный слой металла одной из сопряженных деталей в результате трения и наклепа становится хрупким. Затем он разрушается, обнажая лежащий под ним менее хрупкий материал, после чего этот процесс повторяется.

Примером этого вида изнашивания может служить явление наклепа с последующим отслоением металла на посадочных поверхностях клапанов, беговых дорожках подшипников и других механизмов, подверженных ударным нагрузкам.

Усталостное изнашивание обусловливается многократно повторяющимся достаточно высоким напряжением, вызывающим микротрещины и выкрошивание поверхностей трения. Этот вид изнашивания наблюдается на рабочих поверхностях зубьев редукторов.

Молекулярно-механическое (адгезионное) изнашивание происходит в результате молекулярного сцепления материалов трущихся деталей.

Трущиеся поверхности сопряженных деталей вследствие их неровностей (следы обработки) при наличии выступающих частиц могут иметь местные контакты. В местах контакта, через которые передается значительная нагрузка, возможны разрывы масляной пленки, а при больших относительных скоростях перемещения поверхностей деталей - сильный нагрев, приводящий к испарению масляной пленки и схватыванию частиц металла. В следующее мгновение происходит разрушение этих связей или отрыв схватившихся частиц друг от друга. При этом на одной поверхности образуется углубление, на другой - выступ, т. е. происходит перенос металла с одной детали на другую.

Молекулярно-механическое изнашивание может наблюдаться в процессе приработки механизмов.

Коррозионно-механическое изнашивание сопровождается явлениями химического взаимодействия среды (кислорода воздуха, газов) с материалом трущихся деталей. Под действием агрессивной окислительной среды на поверхности трущихся деталей образуются пленки окислов, которые в результате механического трения снимаются, а обнаженные поверхности металла трущейся пары опять окисляются.

Коррозионно-механическое изнашивание наблюдается в цилиндро-поршневой группе двигателя за счет таких агентов коррозии, как серная, сернистая и органические кислоты.

Кроме указанных видов изнашивания, некоторые детали автомобиля (например, мокрые гильзы с наружной стороны, лопасти водяного насоса) подвергаются кавитационному разрушению. Это разрушение происходит в потоке жидкости из-за многократных ударов при захлопывании пузырьков.

Жиклеры карбюратора, клапаны двигателя и некоторые другие детали подвергаются эрозии, которая состоит в отделении частиц с поверхностей тела под действием движущейся относительно тела жидкости или газа.

Методы количественной оценки износа деталей автомобиля

В ряде случаев при решении практических задач или при выполнении научного исследования возникает необходимость количественной оценки износа деталей автомобиля.

Различают абсолютный (т.е. уменьшение веса или размеров детали в процессе ее работы или испытания на изнашивание) и линейный (определяемый изменением размера по нормали к поверхности трения) износ.

Скорость изнашивания - это отношение абсолютного износа ко времени, в течение которого происходило изнашивание. Скорость изнашивания может оцениваться в: мк/ч; мг/ч; мм³/ч.

Интенсивность изнашивания - это отношение абсолютного износа к пути скольжения трущихся пар (оценивается в мк/м пути скольжения).

Темп изнашивания - это отношение абсолютного износа детали к единице работы машины, на которой установлена деталь (оценивается в мк/км пробега, мк/т-км выполненной работы и т. д.).

Свойство материала, из которого изготовлена деталь, оказывать сопротивление изнашиванию, называют износостойкостью. Сравнивать износостойкость различных материалов имеет смысл только при учете условий, при которых происходило изнашивание.

Существуют следующие основные методы количественной оценки износа деталей автомобиля:

1) микрометраж деталей;

2) взвешивание деталей;

3) профилографирование поверхности детали;

4) метод искусственных баз, который включает метод измерения отпечатков и метод измерения вырезанных лунок;

5) определение продуктов износа в масле (калориметрическим, полярографическим способом или методом спектрального анализа);

6) метод радиоактивных изотопов (меченых атомов). Микрометраж деталей широко применяется при изучении износа деталей при лабораторных, дорожно-лабораторных и эксплуатационных испытаниях.

Износ детали при этом методе определяется разностью первоначального размера детали и ее размера после установленного пробега автомобиля (или числа часов работы). Каждая деталь обмеряется в нескольких сечениях (поясах) зоны износа. Обмер ведется в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. За основную плоскость принимается плоскость симметрии детали или плоскость максимального износа. Данные обмера записываются в таблицы, называемые картами микрометража.

Первоначальный размер детали может быть установлен путем первичного микрометража детали до начала испытаний, по чертежам (с учетом среднего допуска на изготовление) или измерением детали в не износившихся местах. Первичный микрометраж может производиться на заводе перед сборкой автомобиля.

Все измерительные инструменты выбираются с необходимым классом точности; их проверяют, регулируют и тарируют до и после обмера деталей. Для исключения ошибок в определении износа деталей замеры производят с большой тщательностью. Действительный размер детали принимают как среднее значение нескольких измерений, произведенных в данной плоскости. Детали, подлежащие микрометражу, должны быть тщательно промыты и насухо вытерты. Микрометраж производится в помещении с температурой воздуха 18 - 20° С. Для выравнивания температур перед началом измерений обмеряемые детали и инструмент необходимо выдержать в помещении 2-3 часа.

Когда нет возможности поддерживать требуемую температуру воздуха, при измерении деталей надо вводить температурную поправку:

Дl = l (б₁ - б₂)•(t - 20), (73)

где l - номинальный размер, мм; б₁ - коэффициент линейного расширения материала измеряемой детали; б₂ - коэффициент линейного расширения материала мерительного инструмента; t - температура при измерении, С.

Желательно, чтобы начальный и конечный микрометраж деталей производил один и тот же человек одним и тем же инструментом. Метод микро-метража дает возможность определить местный износ детали и выявить зону максимального износа. Недостатком микрометража является необходимость в разборке узлов и механизмов машины, а также то обстоятельство, что он не дает возможности установить динамику изнашивания сопряженных деталей. Необходимо также иметь в виду, что при этом методе в величину износа детали включается и изменение ее размера вследствие деформации.

Метод определения износа путем взвешивания деталей применяется обычно как вспомогательный к микрометражу в тех случаях, когда обмер деталей не всегда возможен или очень трудоемок. Этот метод может также применяться при лабораторном изучении изнашивания деталей.

Метод взвешивания дает возможность определить интегральный износ деталей за период испытания независимо от характера его распределения на поверхности.

Для взвешивания деталей до начала и после испытаний обычно применяются аналитические весы. Перед взвешиванием деталь тщательно очищают и высушивают. До и после испытаний весы проверяют и тарируют.

Сущность метода профилографирования состоит в снятии профило-граммы поверхности до и после износа.

Базой для определения линейного износа служит специально нанесенная царапина, глубина которой должна быть больше износа поверхности за испытуемый период. Совмещая с помощью царапины профилограммы поверхностей до и после износа, определяют линейный износ детали д.

К недостаткам этого метода относятся трудности, связанные со снятием профилограммы до и после испытания с одного и того же участка и с совмещением их в начальное положение ввиду выкрошивания и наплывов металла, образующихся на краях царапины.

Метод измерения отпечатков состоит в том, что на испытуемой поверхности детали делают отпечаток алмазной пирамидой. Геометрическая форма пирамиды такова, что отношение диагонали пирамиды к ее высоте равно 7. По уменьшению размера отпечатка при износе можно судить об уменьшении его глубины, т. е. об износе. Абсолютную величину износа получают как разницу в размере диагоналей до и после износа, деленную на 7. Диагональ отпечатка измеряется окуляр-микроскопом.

Недостатком этого метода является то, что у краев отпечатка образуется местное выпучивание поверхности, а в материалах с высоким пределом текучести после удаления призмы происходит некоторое искажение формы отпечатка.

Метод вырезанных лунок является усовершенствованным методом отпечатков. При этом методе на поверхности исследуемой детали вращающимся резцом, имеющим форму трехгранной пирамиды, вырезается продолговатая лунка длиной до 2 мм и глубиной 50 - 75 мкм. По мере изнашивания поверхности уменьшается длина лунки и глубина. Абсолютный износ поверхности определяют по формуле

Дh = 0,125•[(l₁²-l₂²)/r],

где l₁ -l₂ - длина лунки до и после изнашивания, мм; r - радиус вращения вершины резца, мм.

Если лунка располагается своей длиной вдоль окружности цилиндра, имеющего радиус R, то износ определяют по формуле

Дh = 0,125•(l₁²-l₂²)•(1/r ± 1/R),

Знак «+» в скобках берется, когда лунка вырезана на выпуклой поверхности, знак «-»- когда лунка на вогнутой поверхности.

Всем перечисленным выше методам количественной оценки износа деталей автомобиля присущи те же недостатки, что и методу микрометража: необходимость разборки автомобиля и агрегатов, а также невозможность проследить за динамикой изнашивания деталей.

Метод определения продуктов износа в масле широко применяется для выбора сортов автотракторных масел, разработки рациональных режимов обкатки машин, а также для определения предельного износа агрегатов.

Как известно, при работе двигателя или другого агрегата продукты изнашивания деталей (главным образом железо) находятся во взвешенном состоянии в масле. При увеличении темпа изнашивания концентрация железа в масле возрастает и наоборот. Зная количество масла, циркулирующего в системе смазки, и содержание железа в единице объема масла, подсчитывают вес изношенного металла деталей и строят «линии» износа, которые позволяют оценивать «интегральный» темп изнашивания агрегата.

Определение содержания железа в масле производится весовым, объемным, калориметрическим или полярографическим способом.

Полярографический способ обладает весьма большой чувствительностью и позволяет определять концентрацию железа в масле с точностью до 0,00001 г металла на 1 г масла. Для анализа проб масла этим способом требуется меньше времени, чем при других способах.

В последнее время этот метод усовершенствован, что позволяет раздельно оценивать износ деталей, изготовленных из черных и цветных металлов.

Дальнейшее совершенствование этого метода привело к созданию метода спектрального анализа. С помощью спектрального анализа (на спектрографах типа ИСП-22, ИСП-28 или ИСП-30) определяют содержание продуктов изнашивания в отработавшем масле.

Существуют прямые и косвенные методы спектрального анализа масел и отложений. При прямых методах производится непосредственный анализ масла или отложений; при косвенных - производится озоление пробы масла с последующим анализом золы.

По способу регистрации спектра различают фотографические и фотоэлектрические методы анализа. Методы спектрального анализа обладают высокой чувствительностью и позволяют определять раздельно износ цилиндров, поршней, вкладышей и других деталей в зависимости от их химического состава.

Раздельная оценка интенсивности изнашивания деталей дает возможность обнаруживать недостатки, возникающие в процессе работы агрегата, или начало аварийного изнашивания. Например, большое содержание алюминия в продуктах износа указывает на интенсивное изнашивание алюминиевых поршней двигателя; присутствие в продуктах износа большего количества элементов (свинца, олова, сурьмы и др.), входящих в состав вкладышей, свидетельствует о повышенном изнашивании подшипников.

Метод радиоактивных изотопов (меченых атомов) основан на способности радиоактивных изотопов в процессе радиоактивного распада излучать энергию в виде электрически заряженных частиц и электромагнитных лучей, регистрируемых специальными счетчиками. Для этого в исследуемую деталь заранее вводят радиоактивный изотоп. О величине износа детали судят по количеству активированных продуктов износа, попадающих в смазку и регистрируемых с помощью счетчика. Счетчик устанавливают в потоке смазки или в непосредственной близости от него.

В зависимости от задачи исследования, введение радиоактивного изотопа может осуществляться следующими способами:

а) нанесением радиоактивного металла на трущуюся поверхность детали электролитическим путем;

б) введением радиоактивного изотопа в материал исследуемой детали при плавке и отливке;

в) активирование детали облучением;

г) электроискровой обработкой детали активированным электродом,

д) методом диффузии;

е) методом вставок (свидетелей износа).

Применение метода вставок заключается в том, что на некоторой глубине от поверхности трущейся детали помещают радиоактивное вещество. Когда износ детали достигает заданной глубины, начнется также износ и радиоактивного вещества, которое будет обнаружено в масле с помощью сигнальной аппаратуры.

Основными преимуществами метода меченых атомов являются: высокая чувствительность оценки (достигающая 10^-8 г и более), возможность непрерывного наблюдения за изнашиванием деталей без остановки и разборки машины, а также возможность активирования различных деталей различными изотопами, что позволяет одновременно изучать износ нескольких деталей раздельно. При пользовании радиоактивными изотопами лаборатории оборудуются специальной изоляцией, а также соблюдаются режим работы и мероприятия по технике безопасности.



2. Решение задачи

Исходные данные для определения расхода топлива исследуемого автомобиля
№ варианта	Время года и температура окружающей среды	Путь по городу, км	Путь по загородному шоссе, км	Путь по проселочным дорогам, км	Время работы, мин
					от цистерны	От водоисточника	Без нагрузки (холостой ход)
2	Март, +50С	11	18	6	15	-	15
Модель (марка) пожарного автомобиля для определения расхода топлива
№ варианта	Модель (марка) пожарного автомобиля	Тип двигателя	Год выпуска	Общий пробег, км	Пробег после капитального ремонта, км
3	АЦ 3,0-40/4 (433104)	Дизельный	2006	115400	450

- г. Коркино, численность населения - 35 186 человек. Надбавка - 4%;

- Челябинская область, зимний период с 01.11 по 15.04., надбавка - 8%;

- высота расположения населенного пункта над уровнем моря составляет 243 м.

1. Имеется автоцистерна АЦ 3,0-40/4 (433104), которая эксплуатируется в зимнее время в городе средней полосы с населением 35 тысяч 186 человек. Линейная норма расхода топлива для этой машины составляет 33,0 л/100 км. Надбавка за эксплуатацию в таком городе установлена до 5% от линейной нормы, берем примерно 4%, т.е 1,32 л/100. Надбавка на зимний период эксплуатации составляет не более 10%, берем примерно 8%, т.е 2,64 л/100 км. Реальный расход топлива с учетом этих двух надбавок составляет 33,0+1,32+2,64=36,96 л/100 км.

Автомобиль в это период прошел капитальный ремонт и снова включился в боевой расчет. На протяжении первой тысячи километров после капитального ремонта норма расхода топлива увеличивается на 10%, берем примерно 8%. Реальный расход топлива с учетом надбавки составляет 33,0+2,64=35,64 л/100 км.

2. Определить общий расход жидкого топлива за выезд пожарной автоцистерны АЦ 3,0-40/4 (433104) на тушение пожара в пригородном садоводстве. Путь, пройденный пожарной автоцистерной по территории Коркино, составил 11 км, по загородному шоссе - 18 км, по проселочной дороге - 6. Пожарный насос работал от собственной емкости автоцистерны в течении 15 мин. Эксплуатация осуществлялась в зимнее время при температуре окружающего воздуха плюс 5⁰С. В нерабочее время на пожаре двигатель прогревался в течении 15 минут.

Формула расчета в общем виде:

где Q_пр. - расход топлива на пробег;

Q_агр. - расход топлива на работу с насосом;

Q_б,н, - расход топлива на работу без нагрузки.

При расчете Q_пр. необходимо сначала определить нормы расхода для каждого из трех участков пробега:

· по территории города норма составляет 36,96 л/100 км;

· для загородной трассы ("городская" надбавка не применяется, "зимняя" надбавка по-прежнему действует и действует снижение нормы на 15 % от линейной для внегородских дорог) норма составляет: 33,0 + 2,64 - 4,95 = 30,69 л/100 км.

· для проселочной дороги при наличии снежных заносов норма расхода увеличивается до 35%, и действует зимняя надбавка: 33,0 + 2,64 + 11,55 = 47,19 л/100 км.

Следовательно, расход топлива на пробег составит:

Расход топлива на привод специального агрегата (насоса) определяется с учетом зимней надбавки вводом относительного коэффициента с учетом зимней надбавки вводом относительного коэффициента 1,10. Норма расхода на привод насоса для автоцистерны АЦ 3,0-40/4 составляет 0,250 л/мин, время работы - 15 мин, отсюда:

Расход топлива на стационарную работу без нагрузки составляет 0,110 л/мин.:

Общий расход за данный выезд составил:



Список используемых источников

1. Федеральный закон «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ.

2. Федеральный Закон «О пожарной безопасности» от 21.12.1994 г. № 69- ФЗ.

3. Нарбут A.Н. Автомобили: рабочие процессы и расчет механизмов и систем; учебник для студ. высш. учеб. заведений / АН. Нарбут. ~ 2-е изд. испр. М: Издательский центр «Академик»., 2008. 256 с.

4. Вахламов В К. Автомобили конструкция и эксплуатационные свойства: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.К. Вахламов. М.: Издательский центр « Академия», 2009 480 с.

5. Пожарная техника: учебник /Под ред. М.Д. Безбородько. М.: Академия ГПС МЧС России, 2004, 550 с.

6. Лалин В.П. Автомобили: Основы теории эксплуатационных свойств: учеб. пособие - Екатеринбург. Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2006, 206 с.

7. Пожарные автомобили: учебник водителе пожарного автомобиля / под ред А.И Преснова и А.Л. Каменцева. СПб: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России. 2006. 507 с.

8. Крудышев В.В., Терентьев В.В., Филиппов А.В., Лазарев И.С. Экологическая безопасность базовых шасси пожарных к спасательных автомобилей: учеб. пособие. Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2012. 177 с.

10. Распоряжение Минтранса РФ от 14.03.2008 № АМ-23-р «О введении в действие методических рекомендаций «Нормы расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном, транспорте».

Размещено на Allbest.ru

...