XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
В прошлом году наш авторский коллектив приступил к разработке способа очистки воздуха системы питания двигателя автомобиля, основной целью которого являлось повышение степени очистки системы питания воздухом в двигателях автомобиля КАМАЗ при их эксплуатации в пустынно песчаной местности без снижения эффективной мощности двигателя на примере использования военной техники в Сирийской арабской республике.
Современные боевые действия характеризуются высокой решительностью, маневренностью, напряженностью и скоротечностью, быстрыми и резкими изменениями обстановки, ведением боевых действий на земле и в воздухе, на широком фронте, на большой глубине и высокими темпами. Они могут вестись с применением ядерного оружия и других средств массового поражения или только обычного оружия.
Успешное ведение боевых действий зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются состояние и возможности системы материально-технического обеспечения, которые являются связующим звеном между экономикой страны и войсками.
Накануне выполнения боевой задачи водители осуществляют подготовку техники с учетом особенностей предстоящего марша, особое внимание уделяется подготовке системы питания и системы охлаждения двигателя, обслуживанию ходовой части. Обслуживание и замена воздушных и топливных фильтров осуществляется с меньшей периодичностью, чем установлено руководящими документами.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью совершенствования системы технического обслуживания двигателя автомобиля КАМАЗ, а в частности элементов системы питания, так как число неисправностей двигателя в автомобиле и элементов системы питания в двигателе превосходит число других неисправностей.
Рисунок 1 – Неисправности автомобиля и двигателя
Кроме того, характерными особенностями, затрудняющими эксплуатацию машин в пустынно-песчаных районах с жарким климатом, являются:
тяжелые дорожные условия и резко континентальный климат с высокой температурой воздуха в летнее время,
малое количество источников воды, пригодной для питья и заливки в систему охлаждения, сильные ветры при высокой концентрации пыли в воздухе,
почти полное отсутствие лесных насаждений и возможности укрытия машин.
Рисунок 2 ‑ Эксплуатация машин в пустынно-песчаных районах с жарким климатом
Запыленность воздуха в этих районах очень большая и может достигать 4 г/м3, а при движении колонн – 10 г/м3, в то время как видимость практически отсутствует уже при запыленности воздуха более 1,5 г/м3. Солончаковые и глинистые почвы при выпадении осадков становятся труднопроходимыми не только для колесных, но и для гусеничных машин.
Рисунок 3 – Воздушный фильтр двигателя автомобиля КАМАЗ-5350
При подготовке машин к эксплуатации в условиях жаркого климата и пустынно-песчаной местности особое внимание должно быть уделено защите двигателя и других агрегатов и сборочных единиц машин от проникновения пыли. С помощью чехлов из бязи, байки и других полупроницаемых материалов защищают от попадания пыли маслозаливную горловину двигателя, бензиновый насос. Из брезента или парусины изготавливают противопыльные чехлы на шаровые опоры.
Исходя из этого, целью работы является: повышение степени очистки воздуха в системе питания двигателей автомобилей КАМАЗ при эксплуатации в пустынно-песчаной местности без снижения эффективной мощности двигателя.
Задачи исследования:
проанализировать основные неисправности работы автомобильных дизельных двигателей при их работе в пустынно-песчаной местности;
разработать модель фильтрующего элемента воздушного фильтра I и III ступени очистки;
провести технико-экономическую оценку выполненных исследований.
Объект исследования: система питания двигателей автомобилей КАМАЗ.
Предмет исследования: процесс очистки воздуха в системе питания двигателей автомобилей КАМАЗ при эксплуатации в пустынно-песчаной местности.
Научная гипотеза заключается в следующем: разработанная модель фильтрующего элемента воздушного фильтра I и III ступени очистки повысит степень очистки воздуха в системе питания двигателей автомобилей КАМАЗ при эксплуатации в пустынно-песчаной местности без снижения эффективной мощности двигателя за счет внедрения легкодоступных и быстро обслуживаемых фильтрующих элементов.
1. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ КАМАЗ-5350
КАМАЗ-5350 – российский автомобиль военного назначения с колёсной формулой 6×6 производства Камского автомобильного завода. Относится к семейству «Мустанг».
Рисунок 4 ‑ Автомобили КАМАЗ-5350 и КАМАЗ-5350 с КДЗ и ММ 501
Разработкой многоцелевых унифицированных грузовых автомобилей семейства «Мустанг» инженеры Камского автозавода начали заниматься еще в 1987 году по заданию Минобороны СССР. Перед специалистами стояла задача создать принципиально новый грузовик с расширенным функционалом и высокими внедорожными способностями. В качестве базовой модели решено было использовать КАМАЗ-4310, уже успевший отлично себя зарекомендовать на войне в Афганистане.
Однако к будущему автомобилю предъявлялись особые требования. Он должен был быть полностью приспособлен для эксплуатации в высокогорных районах, т.е. обладать высокой мощностью, маневренностью и способностью легко преодолевать высокие горные перевалы. Плюс к этому, конструкция грузовика должна была обеспечивать возможность установки специальных военных надстроек и оперативно-тактических систем.
С целью сокращения затрат на разработку новинки, конструкторы КАМАЗа решили по максимуму унифицировать детали и узлы автомобиля. В конечном итоге уровень унификации модели 5350 достиг 85%.
По сравнению с первыми образцами, обновленный КАМАЗ-5350 стал более технологичен и прост в обслуживании, а его гарантийный пробег увеличился до 45000 км.
Пройдя соответствующие сертификационные испытания, в 2002 году автомобили стали поступать в распоряжение воинских подразделений Российской армии.
Производство модели 5350 продолжается до настоящего времени. На базе этого грузовика созданы и другие версии, среди которых две модели седельных тягачей, модель грузоподъемностью 15 т, модификации с длинной колесной базой или укороченной платформой и пр.
КАМАЗ-5350 – трехосная переднемоторная модель с постоянным полным приводом, колесной формулой 6х6, передним управляемым мостом и задними сближенными мостами.
Снаряженная масса автомобиля составляет 9,1 т, а его максимальная грузоподъемность – 6 т. Максимально допустимая нагрузка на переднюю ось – 5250 кг, на заднюю тележку – 10600 кг.
КАМАЗ-5350 можно использовать для транспортировки грузов с прицепом с полной массой 12 т, а также для работы в составе автопоезда массой 27850 кг.
1.1 Двигатель КАМАЗ-740.30-260.
Даже при полной загрузке КАМАЗ-5350 способен разгоняться до 100 км/ч, что является довольно высоким показателем для грузовых машин.
Рисунок 5 – Внешний вид двигателя КАМАЗ-740.30-260
Отличные динамические характеристики обеспечивает этой модели мощный дизельный двигатель КАМАЗ-740.30.260. Он представляет собой 8-цилиндровый четырехтактный верхнеклапанный агрегат V-образного типа объемом 10,85 л и мощностью 260 л.с. с жидкостным охлаждением и турбонаддувом. По экологическим показателям мотор соответствует уровню EVRO-2.
Средний показатель расхода горючего составляет 27 л на 100 км. Грузовик оснащен двумя баками на 125 и 170 л, которые позволяют преодолеть без дозаправки расстояние в 1000 км. На «аппетит» автомобиля влияют, естественно, дорожные условия и скорость.
Серийный грузовой автомобиль КАМАЗ 5350 и двигатель — прогрессивный аналог модификации 43114, выпускаемой Камским автомобильным заводом. Машина предназначалась для многоцелевого применения, военные модели были названы «Мустанг».
Все двигатели КАМАЗа 5350 снабжены новейшей системой очистки воздуха и особыми нагревателями, обеспечивающими безотказный пуск мотора при низкой температуре.
1.2 Система питания воздухом двигателя КАМАЗ-740.30-260. Недостатки и пути их устранения.
Система питания двигателя воздухом (рис. 6) предназначена для забора воздуха из атмосферы, очистки его от пыли и распределения по цилиндрам двигателя.
Рисунок 6 – Схема системы питания двигателя КАМАЗ-740.30-260 воздухом:
1 - колпак; 2 - кронштейн кабины; 3 - труба воздухозаборника; 4 -воздухозаборник; 5 -фланец; 6 – входной; патрубок; 7 - воздушный фильтр; 8 - патрубок системы отсоса пыли; 9 -выходной патрубок
Система питания двигателя воздухом состоит из воздушного фильтра 7, воздухозаборника 4, трубы воздухозаборника 3, патрубков и труб, соединяющих воздухозаборник с воздушным фильтром; патрубков и труб, соединяющих воздушный фильтр с впускными трубопроводами; патрубков и труб системы автоматического отсоса пыли из воздушного фильтра. Впускные трубопроводы служат для распределения воздуха по цилиндрам. Воздухозаборник 3 представляет собой гофрированный резиновый патрубок, внутрь которого вставлен нажимный диск, служащий опорой для распорной пружины. Последняя обеспечивает герметичность соединения воздухозаборника с трубой воздухозаборника.
Воздушный фильтр (рис. 7) предназначен для очистки поступающего в двигатель воздуха от пыли, которая вызывает износ трущихся деталей и загрязняет масло. На автомобилях КАМАЗ установлен воздушный фильтр сухого типа, двухступенчатый, с инерционной решеткой, автоматическим отсосом пыли и сменным картонным фильтрующим элементом.
Рисунок 7 ‑ Воздушный фильтр:
1 - корпус фильтра; 2 -фильтр; 3 - гайка-барашек; 4 - крышка фильтра;
5 - серьга крепления крышки
Воздушный фильтр состоит из корпуса 1, изготовленного из листовой стали, фильтрующего элемента и крышки. Для обеспечения герметичности корпуса между крышкой и корпусом имеется уплотнительное кольцо. Крышка крепится к корпусу с помощью четырех защелок. Фильтрующий элемент состоит из наружного и внутреннего кожухов, которые изготовлены из перфорированной стали, а также гофрированного фильтрующего картона. Крышка фильтрующего элемента изготовлена из стали и залита пластизолем, соединяющим кожухи, крышку и фильтрующий картон. Фильтрующий элемент плотно прижимается к основанию корпуса воздушного фильтра. Воздух через колпак трубы воздухозаборника и входной патрубок попадает для предварительной очистки в первую ступень с инерционной решеткой. В результате резкого изменения направления потока воздуха в инерционной решетке крупные частицы пыли отделяются и под действием разрежения в патрубке, соединенном с эжектором отсоса пыли, выбрасываются с отработавшими газами в атмосферу. Предварительно очищенный в первой ступени воздух поступает во вторую ступень со сменным картонным фильтрующим элементом для более тонкой очистки, где, проникая через поры картона, оставляет на поверхности мелкие частицы пыли. Окончательно очищенный воздух через патрубок и соединительные трубы поступает в трубопроводы, распределяющие воздух по цилиндрам.
На левом впускном трубопроводе установлен индикатор засоренности (рис. 8), регистрирующий загрязненность воздушного фильтра. По мере засорения воздушного фильтра и, как следствие этого, возрастания величины разрежения во впускных трубопроводах двигателя индикатор засоренности срабатывает, сигнализируя о необходимости промывки или замены картонного фильтрующего элемента. Степень очистки воздуха в воздушном фильтре составляет 99,9 %.
Рисунок 8 ‑ Индикатор засоренности воздушного фильтра:
1 - индикатор; 2 - сигнальный флажок красного цвета
К фланцам трубопроводов крепятся приемные трубы глушителя. Между фланцами устанавливаются прокладки, необходимые для герметизации соединения. Приемные трубы объединены тройником и соединяются с глушителем гибким металлическим рукавом.
2. ПРЕДЛАГАЕМОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
На первоначальном этапе нашего исследования нами был разработан дополнительный фильтр двигателя автомобиля КАМАЗ устанавливаемый в корпусе штатного фильтра между воздухозаборником и фильтрующим элементом.
Рисунок 9 ‑ Дополнительный фильтр двигателя автомобиля КАМАЗ
Данный проект решил проблему очистки воздуха в системы питания двигателя в условиях повышенной запылённости, однако при его практической реализации мы столкнулись с проблемой в нарушении смесеобразовании в топливной системе. Эта проблема, как выяснилось - обогащение горючей смеси в цилиндрах двигателя за счет уменьшение подачи воздуха по причине большой плотности фильтрующего элемента, который был изготовлен из поролона.
Это значительно увеличило расходы топлива и снизило мощность двигателя в связи с чем нами был предложен альтернативная система фильтрующих элементов, обеспечивающих эффективность очистки воздухом системы питания двигателя при сохранение его основных показателей его работы.
В качестве нового фильтрующего элемента (рисунок 10а) была предложена модель корпуса из произвольно переплетенной полипропиленовой нити диаметром 2 мм и размером ячейки в 3-8 мм заполняющее свободное пространство по ходу движения воздуха от воздухозаборника к штатному фильтрующему элементу.
Кроме этого в систему очистки воздуха нами был предложен дополнительный фильтрующий чехол из бязи (байки) (рисунок 11), размещаемый перед разработанным фильтрующим элементом.
Таким образом, установка таких простых с одной стороны, дешевых с другой стороны, легкообслуживаемых с третьей стороны, предлагаемых технических решений позволяет упростить и усовершенствовать процесс технического обслуживания транспортных средств в пустынно-песчаной местности. При этом, подаваемый в цилиндры двигателя воздух очищается от пыли не только штатным фильтрующим элементом, изготовленным из гофрированного фильтрующего картона, но дополнительным фильтрующими элементами\, составляющими I и III ступени очистки воздуха, а роль II ступени очистки выполняет штатный фильтрующий элемент (рисунок 12)
Рисунок 10 ‑ Предлагаемое техническое решение:
а - новый фильтрующий элемент, б - новый фильтрующий элемент в корпусе штатного фильтра
Рисунок 11 ‑ Дополнительный фильтрующий чехол
I ступень
II ступень
III ступень
Рисунок 12 ‑ Штатный фильтр с разработанными фильтрующими элементами
Разработанная модель усовершенствовала способ очистки воздуха системы питания двигателя автомобиля, повысила степень очистки воздуха в системе питания при одновременном сохранении мощности двигателя и расхода топлива.
Кроме того, легкодоступность и быстрообслуживаемость фильтрующих элементов позволила усовершенствовать существующий метод технического обслуживания системы питания при использование техники в пустынно песчаной местности. системы питания двигателя при одновременной сохранение его мощности и расходы топлива.
Предлагаемый способ очистки воздуха системы питания двигателя автомобиля:
позволяет повысить степень очистки воздуха в системе питания двигателей автомобилей КАМАЗ при эксплуатации в пустынно-песчаной местности без снижения эффективной мощности двигателя;
усовершенствует систему технического обслуживания автомобилей не изменяя периодичности и не увеличивая трудозатраты на его проведение;
дешевизна используемых материалов и простота выполнения технических операций технического обслуживания в целом свидетельствуют о технико-экономической целесообразности применения данного способа при использовании техники в пустынно-песчаной местности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенного анализа литературных источников, интернет-ресурсов, обоснованности актуальности выполненной работы, нашим авторским коллективом предлагается новый способ очистки воздуха системы питания двигателя автомобиля с разработанными фильтрующими элементами из произвольно переплетенной полипропиленовой нити диаметром 2 мм и размером ячейки в 3-8 мм заполняющее свободное пространство по ходу движения воздуха от воздухозаборника к штатному фильтрующему элементу и дополнительным фильтрующим чехлом из бязи (байки), размещаемый перед разработанным фильтрующим элементом.
Данные фильтрующие элементы дополняют существующую систему очистки воздуха двигателя автомобиля КАМАЗ-5350 и составляют I и III ступени очистки воздуха.
Представленные разработки уже были апробированы на реальной военной технике в Военном институте (инженерно-техническом) (Приложение 1, 2), полученные предварительно результаты свидетельствуют о целесообразности применения предлагаемых технических решений на военной технике, дальнейшего изучения и исследования данного вопроса, о чем свидетельствуют акты апробации и реализации проведенных исследований.
Рисунок 13 – Работа на технике
Таким образом, цель поставленная нами в начале работы – повышение степени очистки воздуха в системе питания двигателей автомобилей КАМАЗ при эксплуатации в пустынно-песчаной местности без снижения эффективной мощности двигателя, достигнута.
Задачи исследования выполнены в полном объеме.
Планируемые дальнейшие исследования заключаются в экспериментальной проработке и испытании предлагаемых технических решений на реальной технике в условиях, приближенных к пустынно-песчаной местности для дальнейшего уточнения эффективности работы и амортизационных сроков службы, а также оценки принятых решений, при положительных результатах предполагается реализация наших технических решений с возможностью их массовой установки на технику.
Результаты работы представлены:
на городской ученической научно-практической конференции «Ильинские чтения-2021» (г. Санкт-Петербург), авторский коллектив награжден дипломом I степени;
на научно-практической конференции школьников 7-11 классов с международным участием «Наука настоящего и будущего» СПбГЭТУ ЛЭТИ, 19-24 апреля 2021 г., авторский коллектив стал победителем и награжден дипломом II степени.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баженов С.П., Казьмин Б.Н., Носов С.В. Основы эксплуатации автомобилей и тракторов, учеб. пособие для студ. - М.: Издательский центр «Академия», 2014. – 383с.
2. Картуков А.Г. Эксплуатация автомобилей и тракторов [Электронный ресурс]. – Учебник (1,2 Гб) / А.Г. Картуков, П.В. Дружинин, А.В. Бондарев. – СПб.: ВИ(ИТ) ВА МТО, 2016. 1 электрон. опт. диск (DVD-ROM) : зв., цв. ; 12 см + открытка (1 л.).
3. Картуков А.Г. Эксплуатационные материалы: учебник / А.Г. Картуков, П.В. Дружинин, А.Л. Бараш, Р.В. и др.; под общ. ред. А.Г. Картукова. – СПб: ВИ(ИТ) ВА МТО, 2016. – 184 с.
4. Подчинок В.М. Эксплуатация военной автомобильной техники: учебник в 2 ч. / В.М. Подчинок; под общ. ред. А.А. Шевченко / изд. 2-е перераб. и доп. Рязань: РВВДКУ(ВИ), 2013. – 830 с.
5. Руководство по эксплуатации автомобилей семейства «Мустанг». – М.:ГАБТУ МО РФ, ООО «Каталит», 2006.
6. Туревский И.С. Техническое обслуживание автомобилей. Книга 1. Техническое обслуживание и текущий ремонт автомобилей, учебное пособие. – М.: Форум, 2013. – 431с.
7. Туревский И.С. Техническое обслуживание автомобилей. Книга 2. Организация хранения, технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта, учебное пособие. – М.: Форум, 2013. – 255с.
8. https://kamaz.ru/production/serial/bortovye-avtomobili/kamaz-5350-42/ (05.03.2021)
9. https://ru.wikipedia.org/wiki/КамАЗ-5350 (05.03.2021)
10. https://trucksreview.ru/kamaz/kamaz-5350-tehnicheskie-harakteristiki.html (05.03.2021)
11. https://wikitrucks.ru/kamaz/kamaz-5350.html (05.03.2021)
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 – АКТ АПРОБАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 – АКТ О РЕАЛИЗАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ