Исследование теплового режима работы агрегатов трансмиссии и подвески автомобиля в зимних условиях

УДК 629.113.015

исследование теплового режима работы агрегатов трансмиссии и подвески автомобиля в зимних условиях

А.А. ДОЛГУШИН, кандидат технических наук, зав. кафедрой

А.Ф. КУРНОСОВ, старший преподаватель

М.В. ВАКУЛЕНКО, магистрант

Д.А. ДОМНЫШЕВ, аспирант

Новосибирский ГАУ, ул. Добролюбова, 160, Новосибирск, 630039, Россия

E-mail: anton_kurnosov@mail.ru

Резюме. На сегодняшний день актуальность эффективной эксплуатации мобильных машин в условиях низких температур сохраняется в полной мере. Тепловой режим оказывает прямое воздействие на эффективность работы агрегатов и систем. Для его оптимизации в первую очередь необходимо иметь сведения о действительной температуре масла агрегатов трансмиссии, на долю которых приходится большая часть потерь эффективной мощности двигателя современных мобильных машин. Исследования проводили с целью определения теплового режима работы агрегатов трансмиссии и элементов подвески автомобиля в зимних условиях. На грузовой автомобиль КАМАЗ-55111 было установлено оборудование, включающее в себя датчики температуры (ДТС 044 - 50 М) для измерения температуры масла в коробке передач, редукторах ведущих мостов, амортизаторах автомобиля, а также окружающей среде. Для автоматической регистрации температуры использовали персональный компьютер и программное обеспечение для осуществления его связи с приборами контроля и регистрации температуры. Температура окружающей среды оказывает значительное влияние на температурный режим работы исследуемых агрегатов и необходимость использования дополнительных источников теплоты для оптимизации условий их работы. При температуре окружающего воздуха 241К (минус 32 °C) и скорости движения автомобиля 60 км/ч, установившаяся температура масла в коробке передач и редукторах ведущих мостов составила 295 К (22 °C) и 268 К (минус 5 C) соответственно. Повышение скорости движения автомобиля с 20 до 60 км/ч приводит к увеличению установившейся температуры амортизаторной жидкости на 4-5 К, или до 246, 260 и 268 К (минус 27, минус 13 и минус 5 °C) при температуре окружающей среды 241, 255 и 263 К соответственно.

Ключевые слова: коробка передач, редукторы ведущих мостов, амортизаторы, зимние условия, температурный режим работы.

Для цитирования: Исследование теплового режима работы агрегатов трансмиссии и подвески автомобиля в зимних условиях/А.А. Долгушин, А.Ф. Курносов, М.В. Вакуленко, Д.А. Домнышев // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №6. С. 82-84.

Эксплуатация серийных автомобилей в условиях отрицательных температур связана с нарушением теплового режима работы большинства агрегатов и узлов. В результате эффективность использования техники снижается, а ресурс деталей и узлов - сокращается. Установлено [1], что при эксплуатации сельскохозяйственной техники и автомобилей в условиях низких температур наблюдается заметное увеличение числа отказов, особенно при отсутствии отапливаемых мест хранения. Эта проблема связана с повышением вязкости смазывающих и рабочих жидкостей и, как следствие, нарушением баланса их расходов через каналы системы, критическим ростом давления и недостаточным поступлением масла к узлам трения. Практика показывает, что в такие периоды даже разовая эксплуатация неподготовленной соответствующим

образом автотракторной техники приводит к отказам рабочего оборудования, рулевого управления, тормозной системы, агрегатов трансмиссии, в частности коробки передач (КП), раздаточной коробки и др.

Оптимальный тепловой режим работы агрегатов механической трансмиссии грузовых автомобилей заводом-изготовителем в жестких рамках не устанавливается. Определяющий фактор - работоспособность масла при определенных условиях. По данным А.И. Покровского и соавторов [2], нормальная температура масла в картере КП автомобиля ЗИЛ-130 составляет 30-50 °С. Л.Г. Резник [3] при изучении температурного режима КП различных видов автомобилей приходит к выводу, что при температуре масла плюс 18-33 °С дополнительного увеличения расхода топлива не происходит вследствие того, что вязкость масла имеет минимальное значение. Таким образом, его температура в агрегатах трансмиссии должна составлять не менее 20 °С.

Установлено [4], что при работе коробки передач автомобиля КАМАЗ без передачи мощности на различных скоростных режимах, температура масла в картере при температуре окружающей среды минус 20°С не поднимается выше 9°С, однако сведения для других агрегатов и режимов работы автомобиля отсутствуют, поэтому изучение указанного вопроса остается актуальной задачей.

Цель наших исследований заключалась в определении установившегося теплового режима работы агрегатов трансмиссии и элементов подвески автомобиля при эксплуатации в условиях отрицательных температур.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

оценить влияние скорости движения, загрузки автомобиля и температуры окружающей среды на установившуюся температуру масла в КП и редукторах ведущих мостов;

определить изменение установившейся температуры амортизаторной жидкости при аналогичных условиях работы автомобиля.

Условия, материалы и методы. В качестве объекта изучения выступал процесс изменения температуры масла агрегатов трансмиссии и жидкости амортизаторов автомобиля в низкотемпературных условиях окружающей среды.

Экспериментальные исследования проводили на базе ООО Новосибирскпрофстрой ПАТП-1 г. Новосибирска и в условиях лаборатории кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка ФГБОУ ВПО НГАУ. На грузовой автомобиль КАМАЗ-55111 было установлено оборудование (рис. 1), включающее в себя датчики температуры (ДТС 044 - 50 М) для регистрации температуры масла марки ТСП-15 К в КП

Рис. 1. Блок-схема измерительного оборудования. Достижения науки и техники АПК. 2015. Т 29. № 7

и редукторах ведущих мостов, амортизаторной жидкости АЖ-12Т в амортизаторах автомобиля, а также окружающей среды, восьмиканальное устройство контроля температуры УКТ 38Щ4-ТС для преобразования сигналов датчика, преобразователи интерфейсов АС 2-М «токовая петля» и АС 4 для дополнительной обработки информации, поступающей с УКТ 38Щ4-ТС, и автоматической регистрации температуры с использованием персонального компьютера (ПК), программное обеспечение, для осуществления связи ПК с приборами контроля и регистрации температуры. Питание оборудования и ПК происходило от бортовой сети транспортного средства посредством преобразования электрического тока автомобильным инвертором Qumo 800W.

Датчики температуры устанавливали вместо сливных пробок картера КП, редукторов ведущих мостов, в нижней части амортизаторов и в верхнем правом углу кабины для регистрации температуры масла, амортизаторной жидкости и воздуха соответственно.

Скорость автомобиля изменяли ступенчато: 20, 40 и 60 км/ч. Создание нагрузки осуществляли загрузкой кузова на 100% от грузоподъемности. По достижении установившейся температуры опыт прекращали, автомобиль находился в состоянии покоя до наступления температурного равновесия с окружающей средой испытуемых агрегатов. После этого осуществляли переход на другой режим и опыт повторяли. Обработка данных выполнена в стандартном пакете приложений MS Office Excel.

Результаты и обсуждение. При определении теплового режима работы механической КП автомобиля КАМАЗ-55111 было установлено, что температура окружающей среды и скорость движения автомобиля оказывают значительное влияния на установившуюся температуру трансмиссионного масла. Так, при температуре окружающей среды 241 К (минус 32 °C) и скорости движения порожнего автомобиля 20-60 км/ч установившаяся температура масла в КП была равна 286-295 К (13-22 °C). Повышение температуры окружающей среды до 263 К привело к увеличению установившейся температуры масла в среднем на 8 К (рис. 2). Стоит отметить, что нагрузка на автомобиль имеет второстепенное влияние на изменение температуры масла в КП. Так, в рассматриваемых условиях полная загрузка автомобиля привела к ее увеличению лишь на 1-2 К.

Определение установившейся температуры масла в редукторах ведущих мостов при аналогичных усло-

Рис. 2. Влияние температуры окружающей среды и режима движения автомобиля на установившуюся температуру масла в КП: —— - с нагрузкой, — - без нагрузки; 1 -241 К; 2 - 255 К; 255 К; 3 - 263 К.

виях работы автомобиля показало, что планомерное повышение скорости движения автомобиля с 20 до 60 км/ч приводит к ее увеличению при температуре окружающей среды 241, 255 и 263 К (минус 32, минус 18 и минус 10 °С) на 13, 11 и 10 К соответственно. При этом абсолютные значения установившейся температуры масла в редукторах ведущих мостов при скорости движения автомобиля 60 км/ч составили 268, 285 и 288 К (минус 5, 12 и 15 °С) соответственно. Указанные зависимости линеаризируются с погрешностью не более 2 %. Влияние нагрузки на величину изучаемого показателя в рамках этого опыта выявить не удалось.

Ярко выраженного повышения температуры амортизаторной жидкости при увеличении скорости движения автомобиля не установлено (рис. 3). Это объясняется значительным воздействием обдувающего наружную стенку амортизатора встречного потока воздуха, в результате чего теплота, выделившаяся в амортизаторе, практически полностью отводится в окружающую среду. Повышение скорости движения автомобиля с 20 до 60 км/ч приводит к увеличению установившейся температуры амортизаторной жидкости на 4-5 К или до 246, 260 и 268 К (минус 27, минус 13 и минус 5 °С) при температуре окружающей среды 241, 255 и 263 К соответственно. При скорости движения автомобиля 20 км/ч она практически не отличается от температуры окружающего воздуха.

Рис. 3. Влияние температуры окружающей среды и режима движения автомобиля на установившуюся температуру амортизаторной жидкости: —— - с нагрузкой, — — — -без нагрузки; 1 - 241 К; 2 - 255 К; 255 К; 3 - 263 К.

Выводы. Тепловой режим работы агрегатов механической трансмиссии грузового автомобиля в значительной степени зависит от температуры окружающей среды и не достигает минимально необходимых значений. При температуре окружающего воздуха 241 К (минус 32 °С) и скорости движения автомобиля 60 км/ч, установившаяся температура масла в коробке передач и редукторах ведущих мостов составила 295 К (22 °С) и 268 К (минус 5 °С) соответственно. Таким образом, в некоторых случаях, следует использовать дополнительные источники теплоты для оптимизации температурного режима.

Температурный режим работы амортизаторов незначительно отличается от температуры окружающей среды независимо от скорости движения автомобиля. Ее повышение с 20 до 60 км/ч приводит к увеличению установившейся температуры амортизаторной жидкости на 4-5 К, или до 246, 260 и 268 К (минус 27, минус 13 и минус 5 °С) при температуре окружающей среды 241, 255 и 263 К соответственно.

Литература.

1. Разяпов М.М. Повышение работоспособности агрегатов трансмиссии автотракторной техники в условиях низких температур: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2013. 16 с.

2. Покровский А.И., Букин А.А., Гаврилов Д.Ф. Эксплуатация автомобилей с карбюраторными двигателями в условиях низких температур. М.: Автотрансиздат, 1961. 173 с.

3. Резник Л.Г. Научные основы приспособленности автомобилей к условиям эксплуатации: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Тюмень, 1981. 32 с.

4. Долгушин А.А., Курносов А.Ф., Шведов С.П. Изменение теплового режима коробки перемены передач грузовых автомобилей //Механизация и электрификация сель. хоз-ва. 2011. № 2. С. 14-15.

study of thermal regime of transmission units and car suspension

under winter conditions

A.A. Dolgushin, A.F. Kurnosov, M.V. Vakulenko, D.A. Domnysheva

Novosibirsk State Agrarian University, Dobrolyubova str., 160, Novosibirsk, 630039, Russia

Summary. To date, the urgency of efficient exploitation of mobile machines under conditions of the low temperatures remains to the full. Thermal regime of operation of units and systems influences directly the efficiency of their work. For its optimization it is necessary primarily to have valid information about the oil temperature of the transmission units. The most losses of the effective power of modern mobile machines fall on them. The aim of this study was to determine the thermal regime of transmission units and suspension components of a vehicle under winter conditions. On the truck KAMAZ-55111 we installed the equipment, including temperature sensors (DTS 044 - 50 M) to measure the oil temperature in the transmission, drive axle gear boxes, shock absorbers, as well as in the environment. . For automatic temperature recording we used a personal computer (PC) and software to connect the PC with the devices for control and registration of the temperature. The ambient temperature affects significantly the thermal regime of the work of units under investigation. It is necessary to use additional sources of heat to optimize the thermal regime of their work. At an ambient temperature of 241 K (minus 32 deg C) and vehicle speed 60 km/h, the steady-state oil temperature in transmission and drive axle gear boxes was 295 K (22 deg C) and 268 K (minus 5 deg C), respectively. Increase in the vehicle speed from 20 to 60 km/h leads to an increase in the steady-state temperature of the absorber fluid by 4...5 K or up to 246, 260 and 268 K (minus 27, minus l3 and minus 5 deg C) with ambient temperature 241, 255 and 263 K, respectively.

Keywords: transmission, drive axle gear boxes, shock absorbers, winter conditions, temperature regime of work.

Author Details: A.A. Dolgushin, Cand. Sc. (Tech.), Head of Department, A.F. Kurnosov, Senior Lecturer (e-mail: anton_kurnosov@mail.

ru), M.V. Vakulenko, Student, D.A. Domnysheva, Post-graduate Student

For citation: Dolgushin A.A., Kurnosov A.F., Vakulenko M.V., Domnysheva D.A. Study of thermal regime of transmission units and car suspension under winter conditions. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2015. V.29. №7. pp. 82-84

АГРОИНФО' СЬЬ

6-я международная научно-практическая конференция

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, СИСТЕМЫ И ПРИБОРЫ В АПК

22-23 октября 2015 г. г. Новосибирск - р.п. Краснообск

Адрес: 630501, р.п. Краснообск Новосибирской области, ФГБНУ СибФТИ Тел. (383) 348-16-95, 348-59-16 Факс (383) 348-35-52 Сайт конференции http://www.conf.ict.nsc.ru/agroinfo2015 Сайт СибФТИ http://sibfti.sorashn.ru

ОРГАНИЗАТОРЫ

• ФГБУ "Сибирское отделение аграрной науки"

• ФГБУН «Институт вычислительных технологий Сибирского отделения РАН»

• ФГБНУ «Сибирский физико-технический институт аграрных проблем»

• ФГБНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт» - г. Санкт-Петербург

• ФГБНУ «Росинформагротех» - г. Москва

• ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»

• ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет»

• ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет геосистем и технологий»

• ФГУП «Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии»

ПЛЕНАРНЫЕ ЗАСЕДАНИЯ

СЕКЦИОННЫЕ ЗАСЕДАНИЯ

1. Применение компьютерных программ баз данных и экспертных систем в сельском хозяйстве

2. Измерительные системы, приборы и перспективные инструментальные методы исследования в биологии и сельском хозяйстве

3. Информационные технологии в инженерно-техническом обеспечении АПК

4. Информационные технологии и распределенные базы данных мониторинга ресурсного потенциала территорий.

ВЫСТАВКА ПРИБОРОВ, ПРЕЗЕНТАЦИИ КНИГ, КОМПЬЮТЕРНЫЕ ДЕМОНСТРАЦИИ

ПОСЕЩЕНИЕ МУЗЕЕВ И ВЫСТАВОК Институтов Сибирского отделения РАН, СНИИМ, НГАУ, НГТУ, СГУГиТ