Влияние эксплуатационных факторов на техническое состояние автотранспортных средств

Трение и износ

Изнашиванием называется разрушение поверхностного слоя сопряженных деталей в результате действия сил трения.

Износ - это результат изнашивания сопряженных деталей, вы­ражающийся в изменении их размеров, формы, объема и массы.

Трением называется сопротивление, возникающее при от­носительном перемещении двух сопряженных между собой дета­лей. Сила трения возрастает с ростом давления между трущимися поверхностями. Кроме того, сила трения зависит от материалов, из которых изготовлены детали, качества их поверхностей, а также от наличия между ними смазки. Различают следующие виды трения.

Сухое - когда трущиеся поверхности непосредственно взаимодействуют между собой, смазка между трущимися дета­лями отсутствует (трение в тормозах и сцеплении автомобиля).

Жидкостное трение может быть совершенное или граничное.

Совершенное - когда толщина масляного слоя между тру­щимися поверхностями превышает сумму максимальных микро­неровностей их рабочих поверхностей (коренные и шатунные подшипники коленчатого вала в период установившегося режима работы).

Граничное - когда толщина масляного слоя меньше суммы максимальных неровностей сопряженных поверхностей (корен­ные и шатунные подшипники коленчатого вала в период ускоре­ния или холостого хода). Практически при работе механизмов ав­томобиля наблюдаются периодически изменяющиеся или сме­шанные, промежуточные виды трения.

Основным видом износа металлических деталей автомоби­лей при их эксплуатации является механический износ.

Молекулярно-механический износ имеет место в процессе приработки деталей механизма и характеризуется "свариванием" максимальных неровностей с последующим их разрушением и переносом металла с одной детали на поверхность другой.

Коррозионно-механический износ сопровождается явле­ниями химического взаимодействия среды (кислорода воздуха, газов, примесей в масле в виде хлора, фосфора, серы или их со­единений) с материалом трущихся деталей. Под действием агрес­сивной окислительной среды на поверхности трущихся деталей образуются пленки окислов, которые в результате трения разру­шаются, и на их месте вновь образуются окислы. Коррозионно­механическое изнашивание характерно для цилиндропоршневой группы деталей двигателя в результате образования в процессе сгорания топливовоздушной смеси серной, сернистой, азотной и органических кислот.

Абразивный износ является следствием режущего действия твердых частиц, попавших между поверхностями трения из ок­ружающей среды в виде пыли или в виде продуктов износа, кор­розии, нагара. Примером абразивного изнашивания являются ци­линдропоршневая группа двигателя, когда абразивные частицы попадают на трущиеся поверхности деталей вместе с воздухом, топливом, смазкой; зубья шестерен и подшипники агрегатов трансмиссии; сопряжения деталей ходовой части, такие как шкворневые соединения, рессорные пальцы, втулки и т. д.

Кроме того, в автомобиле встречаются и другие виды изно- сов. К ним можно отнести и усталостные разрушения металла, обусловленные многократно повторяющимися достаточно высо­кими нагрузками, вызывающими микротрещины, выкрашивание поверхностей трения. Этот вид износа наблюдается на деталях подвески автомобиля (рессорах, кронштейнах), рамах, заднего моста (полуосях), зубьях редукторов и т. д.

На практике в деталях и узлах автомобиля обычно одновре­менно наблюдается несколько видов износа. Абразивному износу в сочетании с другими видами подвержены практически все тру­щиеся детали автомобиля.

Большое влияние на приработку, следовательно, и на повы­шение долговечности трущихся пар имеет точность их механиче­ской обработки.

Если работающее сопряжение разобрать, то после сборки интенсивность износа увеличится по сравнению с установившей­ся ранее в результате новой приработки его деталей. Таким обра­зом, разборку узлов и агрегатов автомобиля следует выполнять только в случае крайней необходимости.

Влияние эксплуатационных факторов на техническое состояние автотранспортных средств

В процессе эксплуатации техническое состояние автомоби­лей непрерывно ухудшается, причем сроки службы отдельных узлов и агрегатов различны. Они во многом определяются со­вершенством конструкции, качеством изготовления, применяе­мыми эксплуатационными материалами, дорожными и климати­ческими условиями, режимом работы, качеством вождения, ор­ганизацией технического обслуживания и хранения автомобилей.

Дорожные условия характеризуются видом покрытий, со­противлением движению автомобиля, элементами дороги в пла­не, ровностью дорожного покрытия и его пыленасыщенностью.

По виду покрытий дороги бывают капитальными, облегчен­ными с усовершенствованным покрытием и грунтовыми. Покры­тием для капитальных дорог служат бетон, асфальтобетон и брусчатка; для облегченных дорог - щебенка, гравий, булыжник. Грунтовые дороги бывают профилированными и естественными.

Сопротивление движению автомобиля зависит от вида до­рожного покрытия и его продольного профиля. Сопротивление движению определяет работу, затрачиваемую на перемещение автомобиля, следовательно, определяет расход топлива и интен­сивность изнашивания его деталей.

Элементами дороги в плане являются: ширина дорожного полотна, расстояние видимости дороги с места водителя и мини­мальные радиусы поворота. Они определяют условия безопасно­сти движения, а также извилистость дорог, которая существенно влияет на интенсивность износа автомобильных шин.

Неровность дорожного покрытия влияет на расход энергии, затрачиваемой автомобилем на поглощение ударов и колебаний кузова при движении, а также на дополнительное сопротивление движению. Неровность дорожного покрытия повышает интенсив­ность износа деталей подвески, увеличивает расход топлива, сни­жает сохранность перевозимых грузов и скорость движения авто­мобиля. Из-за усиления вибрации, вызываемой неровностями до­роги, ослабевают заклепочные соединения рамы грузового авто­мобиля, сварные соединения кузова легкового автомобиля, нару­шается соосность его агрегатов, возникают дополнительные на­грузки на детали подвески и карданной передачи.

Запыленность дорожного покрытия определяется размером пылинок, состав и количество которых зависят от дорожного по­крытия. Большую часть пыли (65-85 %) составляет окись крем­ния, превосходящая твердость металлов, из которых изготовлено большинство деталей автомобиля. Пыль, находящаяся в воздухе, поступает в цилиндры двигателя вместе с воздухом и топливом.

Климатические условия в значительной мере влияют на эффективное использование автомобилей, оно зависит от специ­альной подготовки их к работе в этих условиях.

На огромной территории нашей страны эксплуатация авто­мобилей осуществляется в различных климатических условиях. Такими условиями, значительно отличающимися от условий средней полосы нашей страны, являются пустынно-песчаная ме­стность, горная местность и районы с очень холодным и холод­ным климатом.

При подготовке автомобиля к эксплуатации, в перечисленных выше климатических условиях, необходимо выполнить перечень работ, предусмотренных Инструкцией по эксплуатации для данной местности.

Пустынно-песчаная местность. К особенностям эксплуа­тации автомобилей в этой местности относятся: небольшой про­цент дорог с усовершенствованным покрытием, отсутствие воды на больших просторах, высокая температура и сухость воздуха, солнечная радиация, высокая концентрация пыли в воздухе, уда­ленность населенных пунктов.

В результате влияния этих факторов значительно возрастает абразивное изнашивание всех механизмов, агрегатов и систем ав­томобиля, уменьшается мощность двигателя, снижается эффек­тивность системы охлаждения, интенсивно выкипают вода сис­темы охлаждения, электролит аккумулятора, происходит повы­шенное подтекание и окисление масел, выцветают краски и т. д.

Горная местность. Условия работы автомобиля в горной местности значительно отличаются от работы его на равнинной местности, т. к. ниже давление и большая разреженность воздуха, большая извилистость дорог в плане, затяжные спуски и подъемы.

В результате влияния этих факторов значительно меняется работоспособность автомобилей, их агрегатов и механизмов. Па­дает мощность двигателя, резко ухудшается работа системы охла­ждения из-за понижения температуры кипения охлаждающей жидкости, падает мощность вентилятора, интенсивно испаряется вода системы охлаждения, падает эффективность работы тормоз­ной системы, производительность компрессора, интенсивно изна­шиваются тормозные колодки, детали рулевого управления, сцеп­ление, коробки передач, шины.

Районы с очень холодным и холодным климатом. Экс­плуатация автомобилей при низких температурах является наи­более сложной и трудной. От подготовленности автомобиля для работы в этих экстремальных условиях зависит не только спо­собность автомобиля выполнить транспортную работу, но и жизнь водителя и пассажиров.

Районы с холодным и очень холодным климатом охватывают большую часть территории нашей страны. Удельный вес этих тер­риторий значительно увеличился после выхода Украины, прибал­тийских, среднеазиатских республик из состава нашего государства и составляет более 70 %. Минимальная температура воздуха в этих районах доходит до -60...-65 °С. Продолжительность зимнего пе­риода составляет 200-300 дней в году. Скорость ветра достигает 30 м/с. Для этих климатов характерны частые и обильные снегопа­ды, метели. Глубина снежного покрова превышает 50 см. Дорож­ная сеть слабо развита.

Низкие температуры окружающего воздуха затрудняют пуск двигателей из-за увеличения вязкости масла, обеднения рабочей смеси, ухудшения искрообразования. Повышается вязкость топли­ва, ухудшается его прокачиваемость по трубопроводам и через фильтры, снижается энергоемкость аккумуляторных батарей.

Значительно снижается и работоспособность агрегатов трансмиссии автомобиля, которая существенно зависит от вязко­сти применяемых масел. Нередко вязкость масла возрастает на­столько, что мощности двигателя становится недостаточно для проворачивания валов и шестерен в агрегатах трансмиссии.

При низких температурах ухудшается герметичность жид­костной тормозной системы, возрастают усилия, ухудшается ее срабатывание. В пневматической тормозной системе возрастает скопление конденсата в фильтре влагомаслоотделителя, трубо­проводах и воздушных баллонах, повышается жесткость тормоз­ных диафрагм. Замерзая, конденсат образует ледяные пробки, что вызывает отказ в работе тормозной системы.

В результате увеличения вязкости масла в гидроусилителе ухудшаются условия работы золотникового механизма, клапанов, снижается работоспособность рулевого управления.

Значительно снижается надежность работы шин и других резинотехнических изделий из-за потери ими упругости и обра­зования трещин на их поверхности. Неморозостойкая резина при температуре -50 °С становится хрупкой.

Изделия из пластмассы теряют пластичность, повышаются их хрупкость и ломкость.

В условиях сильного ветра и снегопадов резко снижается видимость, ухудшаются условия движения автомобиля, затруд­няется управление, особенно на скользких и разбитых дорогах. Снижаются скорость движения и производительность подвижно­го состава автомобильного транспорта.

Чтобы обеспечить надежность работы автомобилей в усло­виях низких температур, обязательно проведение сезонного тех­нического обслуживания автомобилей, включающего комплекс работ по утеплению капота, пола кабины, потолка, дверей, уста­новку вторых стекол: лобовых, дверных и заднего.

Режим работы автомобиля определяется сочетанием ско­рости движения и силы тяги на его ведущих колесах. Режим дви­жения задается водителем в зависимости от дорожных условий, его квалификации и технического состояния автомобиля. Режим движения автомобиля может быть постоянным и переменным.

Постоянный режим возможен при равномерном движении автомобиля по горизонтальному, свободному и прямолинейному участкам дороги. При постоянном движении в двигателе и агрега­тах трансмиссии автомобиля устанавливаются стабильные тепло­вые процессы и постоянные условия трения. Это снижает интен­сивность износа трущихся деталей и расход топлива при прочих равных условиях.

Переменный режим движения имеет место при многократ­ных разгонах и замедлениях автомобиля, при частых изменениях дорожного сопротивления и условий движения, характерного для интенсивного городского движения. При этом режиме в агрегатах и двигателе автомобиля нарушаются тепловой баланс и стабильность трения. Это повышает интенсивность износа и расход топлива.

Оптимальным режимом движения автомобиля является такой режим, при котором сила тяги на ведущих колесах, ско­рость, производительность и безопасность движения находятся в наивыгоднейших сочетаниях и позволяют получить допусти­мые эксплуатационные нормы расхода топлива. При оптималь­ном режиме движения износы двигателя и агрегатов трансмиссии автомобиля находятся в пределах норм долговечности.

При форсированном режиме движения скорость и нагрузка больше, что приводит к повышенному расходу топлива и износу деталей автомобиля.

Качество вождения также влияет на долговечность автомо­биля и безопасность его движения. Оно определяется мастерством и психофизиологическим состоянием водителя. При различном со­четании этих факторов можно выделить три основных метода вож­дения автомобиля.

Импульсивный метод вождения (с использованием наката) заключается в периодических разгонах автомобиля и последую­щем движении накатом с отключением двигателя от трансмис­сии, возможно и с остановкой двигателя.

Метод вождения без отключения двигателя от трансмиссии заключается в том, что автомобиль ведут с плавно изменяющейся скоростью, регулируемой степенью открытия дросселя. Этот ме­тод предусматривает торможение автомобиля двигателем.

Смешанный, или комбинированный, метод вождения вклю­чает в себя первые два. Он использует движение накатом на безопасных спусках, а на горизонтальных участках дороги ис­пользуется равномерное движение без отключения двигателя.

При импульсном методе вождения, по сравнению с методом без отключения двигателя от трансмиссии, наблюдается некоторое снижение суммарной частоты вращения коленчатого вала двигате­ля на единицу пути на 20-25 %. Импульсный метод приводит к снижению расхода топлива на 6-10 %, однако наблюдается зна­чительное повышение числа включений передач в среднем в 10-12 раз и выключений сцепления в 30-35 раз, что приводит к увеличению динамики износа деталей двигателя, механизма включения передач и сцепления на 15-20 %.

При вождении автомобиля без отключения двигателя наблюда­ется частое вынужденное торможение автомобиля двигателем, что вызывает повышенный расход топлива и снижение ресурса двигателя.

Смешанный метод свободен от недостатков, присущих двум первым, и сочетает в себе их положительные качества.

Способность рационального применения различных методов вождения, позволяющая получить высокие экономические показа­тели работы автомобиля при одновременном обеспечении необхо­димой безопасности движения, характеризует мастерство водителя.

Благодаря мастерству вождения могут быть значительно по­вышены межремонтные пробеги автомобиля, топливная эконо­мичность, техническая скорость и безопасность движения.