Особенности эксплуатации и требования к конструкции автомобилей в условиях жаркого климата

Пустынные районы

Специфика природно-климатических условий зоны жарко­го климата (высокая температура воздуха; резкие ее колеба­ния в течение суток: за 8 ч - до 25°С; низкая относительная влажность: при температуре 40°С - около 10 %; высокая сол­нечная радиация) обусловливает ряд особенностей эксплуата­ции автомобилей. При эксплуатации в пустынных районах стандартных автомобилей имеет место существенное ухудше­ние таких их эксплуатационных качеств, как скоростность, топливная экономичность, надежность, безопасность, удоб­ство использования.

Высокие температуры воздуха, особенно при движении автомобиля с большой нагрузкой и малой скоростью, вызыва­ют частые перегревы двигателя. Этому способствует также то, что воздух в двигатель у стандартных автомобилей поступа­ет из подкапотного пространства, где он нагревается в жаркое время до 8О...1ОО°С. В результате существенно ухудшаются показатели эффективности работы двигателя. При температу­ре наружного воздуха выше 40°С мощность двигателя умень­шается почти на 12 %, а расход топлива увеличивается на 17,5 %. Кроме того, значительно повышается содержание ток­сичных компонентов в отработавших газах.

Перегрев приборов системы электрооборудования (ка­тушки зажигания, реле-регулятора, аккумуляторной батареи), особенно интенсивный при размещении последних в подкапот­ном пространстве, приводит к нарушению режима их работы, более частым отказам.

Высокая температура окружающего воздуха, а также ин­тенсивное солнечное облучение вызывают переход легких фракций бензина в топливопроводах из жидкого в парообраз­ное состояние. Это приводит к тому, что к карбюратору пода­ется смесь топлива в жидкой фазе и его паров. При этом рабочая смесь, поступающая в цилиндры двигателя, оказыва­ется обедненной настолько, что может вызвать перебои в работе двигателя или даже прекращение его работы. Парооб­разование в системе питания зависит от давления в ней, темпе­ратуры ее деталей и склонности бензина к испарению. Чем ниже давление, тем благоприятнее условия для парообразова­ния. Самое низкое давление в топливной системе имеет место во всасывающем тракте и особенно над диафрагмой бензона­соса во время впуска топлива. Именно для этого места паро­образование топлива характерно в наибольшей степени. Давление же над диафрагмой зависит от взаимного располо­жения топливного бака и насоса, гидравлического сопротив­ления топливопроводов.

Высокие температуры приводят к плавлению консистент­ных смазочных материалов и вытеканию их из негерметизированных узлов, повышению давления нагретого воздуха в картерах агрегатов трансмиссии и вследствие этого течи мас­ла через сальники, прокладки.

В некоторых узлах (спидометрах, стеклоочистителях) из-за высыхания смазочного материала происходит интенсивное изна­шивание деталей, что влечет за собой снижение их надежности.

Высокие температуры вызывают снижение вязкости тор­мозной жидкости и подтекание ее, образование паровых про­бок в гидравлическом приводе тормозов и отказ тормозов.

Высокие температуры и солнечное облучение отрицатель­но сказываются на работоспособности и сроке службы деталей из резины, пластмассы и других материалов. Вследствие высокого нагрева

(до 7О...8О°С) при движении по раскаленным дорогам интенсивно изнашиваются шины. В 2...3 раза сокращается срок службы ремней вентилятора. Быстро выходят из строя резиновые втулки амортизаторов, уплотнения дверных проемов и стекол. Детали из пластмассы теряют свою форму, размягчаются, обивочные материалы, лакокрасочные покрытия выгорают.

Высокая запыленность воздуха приводит к интенсивному изнашиванию двигателей (особенно деталей цилиндропоршневой группы), деталей подвески, рулевого управления, кар­данной передачи и др. Вследствие высокой температуры окру­жающего воздуха, сильной запыленности ухудшаются условия работы водителей, снижается комфортабельность по­ездки пассажиров.

Особенности эксплуатации автомобилей в условиях пус­тынных районов жаркой зоны определяют рад требований к их конструкции.

Это касается в первую очередь приспособленности двига­теля к работе в этих условиях. В целях предотвращения его перегрева, снижения показателей эффективности целесообраз­ны такие меры конструктивного характера, как: применение герметичной системы охлаждения с расширительным бачком; организация забора воздуха в систему питания не из подкапот­ного пространства, а снаружи; использование масляного радиатора; применение топливных насосов повышенной про­изводительности; установка насоса и топливопроводов, исключающая нагрев их от двигателей или прямыми солнеч­ными лучами, а также сводящая к минимуму гидравлическое сопротивление всасывающей ветви топливопровода (лучшим решением является установка насоса в топливном баке, при этом всасывающая ветвь топливопровода вообще отсутствует); применение бензинов, имеющих высокую температуру 10 %-ной точки, более высокую детонационную стойкость.

Для обеспечения необходимого уровня надежности авто­мобиля в целом, его агрегатов, узлов необходимо: применение более эффективной системы очистки воздуха, подаваемого в двигатель, в частности двухступенчатой фильтрации (фильтр типа «циклон» на первой ступени и масляно-инерционный на второй); использование более надежной пылезащиты всех сма­зываемых узлов; применение тугоплавких (с температурой плавления не ниже 1О5...11О°С) смазочных материалов для трудногерметизируемых узлов, невысыхающих для смазывания приборов (стеклоочистителей, спидометров и др.); повышение герметичности картеров агрегатов; применение теплостойкой резины при изготовлении шин, различных резиновых изделий; использование термостойких пластмасс при изготовлении раз­личных деталей, теплостойких клеевых композиций, лакокрасочных покрытий, стойких против выгорания обивочных ма­териалов и др.

Для автомобилей, предназначенных к эксплуатации в пус­тынных районах жаркой зоны, необходимо применение тор­мозных жидкостей с необходимыми вязкостными свойствами при высоких (до +50°С) температурах, не склонных к образо­ванию при повышении температуры паровых пробок.

Для обеспечения надлежащих условий работы водителя и комфортабельности поездки пассажиров необходимы: защита кабины водителя и пассажирского салона от проникновения пыли, горячего воздуха из подкапотного пространства, отра­ботавших газов, паров топлива; оборудование кабины и сало­на системой кондиционирования воздуха; термоизоляция крыши кузова пассажирского автомобиля и кабины грузового от действия солнечных лучей, а также кабины и пассажирско­го салона от двигателя; окрашивание кузова и кабины, осо­бенно их крыш, в светлые тона и т.д.

Субтропические районы

Эксплуатация автомобилей в этих районах имеет те же особенности, что и в пустынных районах жаркой зоны, и, кро­ме того, свои специфические. Высокая относительная влаж­ность воздуха вызывает уменьшение коэффициента избытка воздуха в цилиндрах двигателя, что ведет к ухудшению его мощностных показателей и топливной экономичности. При этом повышенная влажность всасываемого в цилиндры воздуха способствует снижению склонности рабочей смеси к детонации, чем компенсируется требование повышения октанового числа топлива в связи с повышением температуры попадаю­щего в цилиндры воздуха.

Вследствие  высокой влажности воздуха интенсифицируются процессы коррозии деталей автомобиля, особенно кузова легковых автомобилей и автобусов, кабины и крыльев грузо­вых. Постоянная смена сухого времени года и периодов дож­дей приводит к тому, что пыль, проникшая в различные механизмы (подъема стекол, дверные запоры и т.д.), насыщает­ся влагой, затем снова высыхает. Образовавшиеся в результате этого твердые отложения в механизмах приводят к отказам в их работе.

В связи с изложенным следует отметить некоторые допол­нительные требования к конструкции автомобилей, предназ­наченных для эксплуатации в субтропических районах: учет влияния влажности воздуха на эффективную мощность двига­теля и расход топлива; надежная антикоррозионная защита металлических деталей автомобиля, подверженных коррозии; надежная влагоизоляция проводов высокого напряжения сис­темы зажигания (так как влага, сконденсированная внутри них, будет приводить к перебоям в работе двигателя или оста­новке его и затруднительному пуску) и др.

Высокогорные районы

В связи с тем, что в высокогорных районах строительство развитой сети железных дорог, аэродромов вызывает серьез­ные трудности, основной объем перевозок здесь осуществляется автомобильным транспортом. Условия эксплуатации автомо­билей в горных районах имеют свои особенности, обусловлен­ные, с одной стороны, спецификой дорог, с другой - большой высотой над уровнем моря.

Для дорог высокогорных районов характерны длительные крутые подъемы и спуски протяженностью до 15...20 км с ук­лонами продольного профиля до 110... 120 %о. В плане для гор­ных дорог характерны частые (до 10... 15 на 1 км пути) крутые (с радиусом кривизны до 15...20 м) повороты. При строитель­стве перевальных участков, когда уклон местности по прямому направлению превышает предельно допустимый продольный, прибегают к развитию трассы дороги по склонам, устраивая сложные закругления - серпантины, углы поворота которых Достигают 180°.

На горных дорогах в пределах сравнительно коротких Участков вследствие влияния вертикальной зональности (изме­нения климатических условий по мере возвышения над уров­нем моря) и экспозиции склонов по отношению к сторонам света в значительной степени могут различаться природные Условия: от летнего климата у подножия горы до зимнего в

зоне вечных снегов. Температура воздуха в горах понижается в среднем на 0,5°С на каждые 100 м подъема. Имеют место значительные суточные колебания температур. По мере воз­вышения над уровнем моря годовое количество осадков, вы­падающих в горах, увеличивается в среднем на 40...60 мм на каждые 100 м высоты, достигая максимума в зоне интенсивно­го образования облаков. Летом в горах выпадают ливневые дожди.

С высотой в горах уменьшается давление воздуха и его плотность. Поэтому работа автомобилей в специфических высокогорных условиях отличается рядом особенностей.

Вследствиe частых крутых поворотов, затяжных подъемов и спусков на горных дорогах имеют место следующие особенности работы автомобилей:

-> максимальные скорости движения грузовых автомоби­лей составляют 40...50 км/ч, легковых - 50...60 км/ч;

-> значительную часть времени автомобили работают на понижающих ступенях коробки передач, ускоряющая переда­ча используется редко;

-> вследствие работы на форсированных режимах при дви­жении на затяжном подъеме имеет место перегрев двигателей. Этому способствует и то, что при малой скорости движения ухудшается охлаждение двигателя из-за снижения интенсивно­сти встречного потока воздуха;

-> значительно ухудшается топливная экономичность ав­томобилей. Это является следствием повышенного расхода топлива при движении на подъемах, невозможности использо­вания при движении под уклон потенциальной энергии, накоп­ленной при подъеме, так как при этом, исходя из соображений безопасности движения, водитель часто тормозит, что ведет к преобразованию большей части накопленной энергии (до 75 %) в тепловую энергию в тормозах, которая затем рассеи­вается в окружающую атмосферу. Возрастает расход топлива также вследствие увеличения сопротивления качению на кру­тых поворотах, количество которых на горных дорогах велико;

-> на затяжных спусках имеют место частые и длительные торможения вследствие необходимости снижения скорости при движении под уклон до 10... 15 и даже до 5 км/ч, что приводит к перегреву тормозов. Тормозные накладки нагреваются до 300...350°С, тормозные барабаны - до 28О...ЗОО°С. Это вле­чет за собой значительное снижение эффективности торможе­ния вследствие уменьшения коэффициента трения и интенсивное изнашивание тормозных накладок. У автомоби­лей с пневмоприводом тормозов вследствие повышения расхо­да воздуха при спусках и уменьшения производительности компрессора из-за снижения плотности воздуха на высоте час­то не хватает воздуха для торможения;

-> при остановках на крутых подъемах или спусках авто­мобили, особенно тяжелые грузовые и автопоезда, могут спол­зать или скатываться под уклон. Это происходит при недостаточно надежно работающем ручном тормозе (скатыва­ние) или на скользкой дороге (сползание);

 на горных дорогах интенсивнее изнашиваются шины,что объясняется частыми торможениями, передачей больших крутящих моментов ведущими колесами при движении на подъем, проскальзыванием шин на поворотах с малыми радиусами, а также наличием на поверхности дорожного покрытия мелких осколков скальных пород;

-> для горных дорог характерно ухудшение комфорта­бельности поездки пассажиров, в частности из-за больших бо­ковых кренов автомобиля на крутых поворотах;

-> усложняется управление автомобилем из-за недостаточ­ной видимости дороги на поворотах, необходимости часто и быстро вращать рулевое колесо, пользоваться тормозами и т.д. Особенно сложно управлять автомобилем в ночное время, так как на крутых поворотах водитель не видит дорогу вслед­ствие недостаточного угла рассеивания света фар;

-> увеличивается возможность бокового заноса под дей­ствием центробежных сил, действующих на автомобиль при движении на повороте.

Уменьшение плотности воздуха на больших высотах при­водит к снижению мощности двигателей вследствие уменьше­ния наполнения цилиндров и ухудшения процесса сгорания в результате падения давления в конце сжатия (табл. 3.1).

Таблица 3.1.

Изменение показателей работы автомобиля в зависимости от высоты над уровнем моря

Высота над уровнем моря, м	1жение Снижение атмосфе атмос-го давления, %	Уменьше- ние плотности воздуха, %	Снижение температу- ры кипе- ния воды, °С	Снижение эффектив- ной мощности двигателя,	Увеличе- ние расхода топлива, %
0	0	0	0	0	0
1000	11,4	9,1	3,3	11,3	9
2000	21,5	18,3	6,7	21,5	24,5
3000	30,8	25,9	10	30,8	34
4000	39,2	33,2	13,2	39,2	38,1
5000	46,7	40	17	46,7	40

 

Динамический фактор автомобиля при работе его на перевале Памирского тракта Ак-Байтал, находящегося на высоте 4800м над уровнем моря, составляет лишь 44% номинального.

Снижение плотности воздуха с увеличением высоты над уровнем моря приводит также к уменьшению массы воздуха, проходящего через радиатор системы охлаждения двигателя, что является еще одной причиной перегрева двигателей и за­кипания воды в них. Кипение воды в открытой системе охлаж­дения двигателя может происходить и при нормальном нагрузочном и тепловом режиме двигателя по причине низкой плотности воздуха на больших высотах, так как при этом тем­пература кипения воды снижается (см. табл. 3.3). Уменьшение плотности воздуха на больших высотах является существен­ной причиной ухудшения топливной экономичности двигате­лей. Это происходит вследствие переобогащения рабочей смеси (в карбюраторных двигателях) из-за малой плотности воздуха, снижения мощности при движении на подъем.

Переобогащение рабочей смеси отрицательно сказывается на сроках службы двигателей, так как топливо при этом сгора­ет не полностью, смывает масляную пленку со стенок цилинд­ров, разжижает масло, уменьшая его вязкость и смазывающую способность, что ведет к ускоренному изнашиванию деталей.

Для обеспечения высокопроизводительной, экономичной и безопасной работы автомобилей в специфических высокогор­ных условиях необходима приспособленность их конструкции к эксплуатации в этих условиях.

Для обеспечения нормального теплового режима работы двигателя при движении автомобиля на затяжных подъемах и спусках необходимы следующие меры. С одной стороны, при­менение усиленной замкнутой системы охлаждения с расшири­тельным бачком, что должно способствовать предотвращению перегрева двигателя при работе на форсированных режимах ^при движении на подъем, с другой - наличие термостата и жа­люзи для предотвращения переохлаждения двигателя на за­тяжных спусках.

В целях повышения мощности двигателя и улучшения топ­ливной экономичности при работе автомобилей на большой высоте целесообразно применение нагнетателей воздуха в цилиндры двигателя, высотной корректировки состава рабочей смеси или подачи топлива, позволяющих устранять переобо­гащение смеси. При этом корректоры должны работать в автоматическом режиме в зависимости от высоты.

При назначении параметров двигателя и расчете транс­миссии следует исходить из того, что в рассматриваемых усло­виях из соображений безопасности движения могут быть реализованы максимальные скорости в пределах 60 км/ч для грузовых автомобилей и 70...80 - для легковых. Двигатель и трансмиссия (ее передаточные числа) должны обеспечивать преодоление на прямой передаче преобладающих подъемов (до 70 %о), на передаче, предшествующей прямой, подъемов до 90... 110 %о, на более низких передачах - максимальных подъе­мов (до 160 %о), а на ускоряющей - движение с максимальной скоростью и преодоление подъемов до 30 %о. Коробка передач должна рассчитываться на длительную работу на понижаю­щих передачах.

Ряд конструктивных мер должен обеспечивать необходи­мый уровень безопасности автомобиля. Это применение уси­ленных тормозных механизмов, рассчитанных на длительное торможение без перегрева и снижения эффективности дей­ствия, обеспечение эффективного охлаждения тормозных на­кладок и барабанов; использование тормозов-замедлителей, обеспечивающих возможность надежного торможения на кру­тых спусках и позволяющих разгрузить при этом колесные тормоза; применение компрессоров тормозной системы с пнев­моприводом повышенной производительности; снабжение гру­зовых автомобилей средней и большой грузоподъемности и автопоездов противооткатным устройством типа «горный упор», предотвращающим скатывание или сползание автомобилей вниз при остановках на крутых подъемах; снабжение автомобилей с пневматическим приводом тормозов аварий­ным тормозным устройством; применение гидроусилителей рулевого управления; повышение прочности каркаса кузова автобуса и другие дополнительные меры, обеспечивающие как и пассивную безопасность. Автобусы, предназначенные для эксплуатации в горных условиях, снабжаются например, электродинамическим тормозом-замедлителем, про­тивооткатным устройством, ремнями безопасности для водите­лей и всех пассажиров, в кузове предусмотрена только одна дверь для пассажиров.

В конструкции «горных» автомобилей должны быть предусмотрены меры, улучшающие удобство их использования.

Подвеска, например, должна иметь более высокую угловую жесткость для недопущения большого бокового крена кузова на крутых поворотах, вызывающего неприятные ощущения у пассажиров. Способствуют облегчению управления автомо­билем усилители рулевых управлений. Необходимо примене­ние фар, обеспечивающих большой угол рассеивания света в горизонтальной плоскости перед автомобилем, чтобы води­тель мог хорошо видеть дорогу на крутых поворотах при дви­жении в ночное время.

В зоне жаркого климата в связи с ограниченными возмож­ностями развития железнодорожного, водного транспорта роль автомобильного возрастает.

Недостаточная приспособленность конструкций стандарт­ных автомобилей к работе в этих условиях в значительной мере снижает эффективность автоперевозок и безопасность движения. Поэтому целесообразен выпуск специализирован­ных автомобилей в южном и горном исполнении, конструкция которых обеспечивала бы получение наибольшего эффекта в увеличении производительности подвижного состава и сниже­нии себестоимости перевозок, уменьшении расхода топлива, обеспечении безопасности движения, облегчении труда води­телей, улучшении комфортабельности поездки пассажиров.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: