Хранение автомобилей на открытых площадках

Большая часть территории России относится к холодной зоне со средней температурой января -20 °С и умеренной со средней температурой января -10 °С. В общих затратах на строительство предприятий доля транспортных затрат в этих зонах очень велика и доходит до 40 %. Количество автомобилей, работающих в этих зонах, достигает 85 %общего парка страны. Подавляющее большинство их постоянно хранится на открытых площадках, включая и зимний период, продолжающийся от 3 до 9 мес.

Хранение автомобилей на открытых площадках зимой затрудняет пуск двигателей, ухудшает показатели надежности автомобилей, увеличивает расход топлива и усложняет проведение обслуживания.

Затруднение пуска двигателей возникает из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала и ухудшения условий смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Надежный пуск карбюраторного двигателя возможен, если его коленчатый вал вращается со скоростью, обеспечивающей соответствующие скорости воздуха во впускном тракте, вихреобразование и интенсивное распыливание топлива, без которых невозможен процесс подготовки горючей смеси к воспламенению, а дизельного – при достаточно высокой температуре конца сжатия.

Частота вращения коленчатого вала, соответствующая этой скорости, называется пусковой частотой вращения. Минимально необходимая частота вращения (оборотов в минуту) зависит от типа двигателя и температуры окружающего воздуха:

Чтобы сообщить коленчатому валу двигателя пусковую частоту вращения, пусковое устройство должно преодолеть момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала при пуске. Момент на преодоление сил трения представляет собой основную по величине составляющую момента сопротивления и весьма значительно (в несколько раз) увеличивается при снижении температуры вследствие повышения вязкости масла.

В то же время при низких температурах резко снижаются возможности пускового устройства (стартера). Это объясняется уменьшением напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Одновременно с падением напряжения уменьшается и емкость аккумуляторной батареи. При понижении температуры на 1°С емкость аккумуляторной батареи снижается на 1,0–1,5 %, а при температуре электролита -30° С батареи не принимают заряд и электролит может замерзнуть.

При низких температурах ухудшаются условия смесеобразования и сгорания смеси. У карбюраторных двигателей ухудшается испарение бензина, резко увеличивается его вязкость, а также плотность воздуха. По этим причинам рабочая смесь обедняется. В то же время вследствие уменьшения напряжения на клеммах аккумуляторных батарей снижается энергия искры. Совместное действие этих двух факторов увеличивает трудности пуска карбюраторного двигателя в зимнее время.

У дизельных двигателей при низких температурах в связи с резким увеличением вязкости топлива ухудшается качество его распыливания. При снижении температуры от +20 °С до -20 °С вязкость дизельного топлива увеличивается в 8 - 10 раз. Соответственно увеличиваются и размеры капель распыленного топлива и уменьшается их относительная поверхность, что затрудняет его воспламенение. Для достижения надежного пуска дизеля температура t_с конца сжатия должна быть выше температуры самовоспламенения t_сам дизельного топлива: t_c = t_сам + (200 - 300) °С. В то же время из-за того, что температура поступающего в цилиндры воздуха t_окр уменьшается, а теплоотдача от рабочей смеси в стенки цилиндра увеличивается, температура конца сжатия снижается, затрудняется воспламенение топлива, а следовательно, и пуск двигателя.

Ухудшение показателей надежности агрегатов и узлов автомобиляв процессе хранения при низкой температуре воздуха характеризуется ростом вероятности отказов и увеличением интенсивности изнашивания деталей. На снижение показателей надежности существенно влияет ухудшение прокачиваемости (запаздывание) и нарушение подачи масла к узлам трения. При таком запаздывании нарушаются условия смазки трущихся деталей, и повышается интенсивность их изнашивания.

При низких температурах шины и другие резиновые изделия теряют эластичность, а на их поверхности появляются трещины, что сокращает срок их службы.

Увеличение расхода топливапри низких температурах происходит по причинам работы двигателя на пониженных и неустановившихся режимах, периодических пусков для прогрева двигателя, неполноты сгорания топлива вследствие ухудшения его испарения и распыливания, увеличения сопротивления движению на заснеженных дорогах, увеличения вязкости трансмиссионных масел и повышения сопротивления в агрегатах трансмиссии. Вследствие сказанного эксплуатационные нормы расхода топлива в зимнее время увеличиваются на 5–20 % (в зависимости от климатической зоны).

Затруднение ТО и ТР автомобилейсвязано с недостаточной приспособленностью серийных моделей к специфическим условиям работы в зимнее время и требует дополнительной трудоемкости работ. В связи с указанным в зоне холодного климата «Положением о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава» предусматривается увеличение трудоемкости на 20 %, а на Крайнем Севере – на 40 %.

Способы и средства облегчения пуска двигателей при хранении автомобилей при низких температурах воздуха.Существующие способы можно разделить на три группы: сохранение тепла от предыдущей работы двигателя; использование тепла от внешнего источника; холодный пуск.

Сохранение тепла от предыдущей работыприменяется при непродолжительных остановках автомобиля в пути или при его кратковременном хранении на стоянке в условиях не очень низких температур. Для сохранения тепла в двигателе применяются ватные стеганые чехлы, покрывающие радиатор и капот автомобиля. Аккумуляторная батарея утепляется чехлом со слоем стеклянной ваты толщиной до 30 мм. Утеплительный чехол двигателя замедляет его охлаждение в 2–2,5 раза, а утепленная аккумуляторная батарея остывает вдвое медленнее. Кроме того, чехлами могут быть утеплены картер двигателя, топливный бак и масляный фильтр. Продолжительность остывания двигателя до допустимых пределов при наличии утеплительных чехлов и скорости ветра 1–5 м/с колеблется от 8 ч при 0 °С до 0,5 ч при -30 °С. Следует отметить, что применение чехлов при подводе тепла к агрегатам от внешнего источника уменьшает расход тепла на 40–50 %.

Пуск с использованием тепла от внешнего источникаприменяется при длительном хранении автомобиля – в межсменное время. Тепло от внешнего источника может быть использовано в режиме подогрева двигателя или его разогрева. При подогреве тепло подводится к двигателю постоянно в течение всего межсменного периода его хранения, а при разогреве – только перед пуском и выездом на линию.

Степень подогрева (разогрева) двигателя оценивают по температуре воды в рубашке охлаждения блока цилиндров, определяют ее по указателю на щитке приборов. Учитывая, что при длительном подогреве разница в температурах рубашки охлаждения и наиболее холодных частей двигателя (подшипников коленчатого вала) меньше, чем при разогреве, температура в головке цилиндров должна быть при подогреве +(40–60) °С, а при разогреве +(80–90) °С.

Однако выбор режима использования тепла определяется не только сказанным, но и рядом других факторов (особенности использования подвижного состава, необходимость постоянной готовности и т. д.). Возможными групповыми источниками теплоэнергоснабжения являются котельные установки, тепловая, электрическая, газовая сети; теплогенераторы. Перенос тепла от источника к обогреваемым автомобилям осуществляется теплоносителем.

Подогрев и разогрев горячей водой.При централизованном подогреве горячая вода непосредственно от водогрейного котла или от пароводяного теплообменника с помощью насосов по трубам подается через гибкий шланг в нижний водяной патрубок системы охлаждения двигателя (или горловину наливного патрубка радиатора) и далее в рубашку охлаждения блока цилиндров. Отвод воды от двигателя к теплообменнику осуществляется через горловину наливного патрубка радиатора или через нижний патрубок. Таким образом, устанавливается циркуляция воды по замкнутому контуру.

При разогреве вода с помощью раздаточных шлангов заливается через горловины радиаторов в системы охлаждения двигателей (при открытых сливных краниках). Для достижения необходимого теплового состояния двигателя при температуре воздуха выше -10 °С достаточно горячей воды в количестве, равном одному объему системы охлаждения: при температуре от -10 °С до -20 °С необходимы 1,5–2,0 объема воды, при более низких температурах не менее 2,5–3,0 объемов.

Из условий прочности системы охлаждения при централизованном подогреве избыточное давление воды не должно превышать 30–35 кПа, температура воды 90 °С.

Подогрев и разогрев паром.Пар является весьма интенсивным теплоносителем. При подогреве пар может быть использован по двум схемам: «без возврата конденсата» и «с возвратом конденсата». В первом случае пар от парового котла направляется к подогреваемому двигателю и вводится в его систему охлаждения через горловину радиатора, сливной краник или непосредственно в рубашку охлаждения. В двигателе пар отдает тепло и конденсируется. Конденсат через контрольную трубку радиатора стекает на площадку. Для равномерного распределения тепла при вводе пара в рубашку охлаждения в последней применяются специальные отражатели. Способу «без возврата конденсата» свойственны недостатки, заключающиеся в возможности возникновения трещин блока из-за местных перегревов, интенсивном образовании накипи в котлах из-за необходимости постоянной подпитки котлов свежей водой взамен потерянного конденсата и образовании наледей на площадках перед автомобилем за счет стекающего из обогреваемых двигателей конденсата.

Применение способа «с возвратом конденсата» связано с усложнением оборудования площадки и повышением затрат на ее устройство. При этом способе контрольная трубка, по которой стекает конденсат, присоединяется к трубопроводу возврата конденсата в котельную.

Подогрев и разогрев воздухом.Основными частями установки для воздухообогрева являются: устройство для подогрева и подачи воздуха (калориферная установка); воздуховоды и узлы подвода воздуха к агрегатам автомобиля; система контроля и сигнализации.

Калориферная установка состоит из воздушного, паровоздушного или электрического теплообменника (или группы теплообменников) и вентиляторов. Для водовоздушных калориферов горячую воду получают от местной котельной или теплоцентрали, пар для паровоздушных калориферов – от котельной, отопительной или паросиловой сети. Основу электрических теплообменников составляют проволочные электронагревательные элементы. Возможно применение электрокалориферов из токопроводящих полимерных материалов. Калориферные устройства устанавливаются в подземных камерах.

Горячий воздух от калориферов подается к автомобилям с помощью воздуховодов, которые представляют собой бетонные, кирпичные или деревянные каналы, обитые жестью, или металлические трубопроводы, располагаемые под землей, на земле и над землей. Наземные и надземные воздуховоды утепляются слоем шлаковаты. Подача воздуха производится от воздуховода к радиатору, или снизу в подкапотное пространство, или через струйные коробки – рамки. Рамка устанавливается в нижней части подкапотного пространства и равномерно распределяет горячий воздух по длине двигателя.

Для подачи воздуха к аккумуляторным батареям и в кабину водителя в рамке предусмотрены отводы. Эффективность использования тепла при воздухообогреве может быть повышена подачей воздуха гибким шлангом непосредственно в картер двигателя. Однако этот способ обеспечивает лишь обогрев двигателя. Аккумуляторные батареи, фильтры, агрегаты трансмиссии при этом не обогреваются.

В установках воздухообогрева предусматривается система автоматического контроля и сигнализации. По опытным данным, количество горячего воздуха на один автомобиль (в системах без рециркуляции) составляет в зависимости от его типа от 300 до 1000 м³/ч. В районах Крайнего Севера, Урала, Сибири по геологическим условиям более широко применяют наземные или надземные варианты установок, так как они меньше прогревают грунт.

Подогрев и разогрев газовоздушной смесью. При обогреве автомобилей в качестве теплоносителя может быть использована газовоздушная смесь. В этом случае источником тепла служит теплогенератор. В качестве источника тепла могут использоваться огневые калориферы (например, МП-44, МП-300 и т. п.). Их применение целесообразно при обогреве автомобилей независимо от теплотрасс, электросетей и котельных.

Подогрев и разогрев с использованием электричества.При электрообогреве электронагревательные элементы включаются в систему охлаждения или в систему смазки двигателя. По принципу действия электронагревательные элементы делятся на две группы: с твердыми и с жидкими проводниками тока. В качестве твердых проводников используют сплавы (нихром, фехраль, хромаль).

Такие проводники имеют большое удельное сопротивление, мало изменяющееся при перепадах температуры, и малый температурный коэффициент расширения. Нагревательные элементы из твердых проводников выполняются с открытой или закрытой спиралью. У закрытого нагревательного элемента спираль помещается в тонкостенной трубке, которая заполняется изолирующим материалом (порошок окиси магния или сухой кварцевый песок). В жидкостных нагревательных элементах роль жидкого проводника играет вода или антифриз. Такой элемент состоит из двух трубок, вставленных одна в другую и изолированных резиновыми втулками. С помощью клемм трубки включаются в электросеть.

При прохождении электрического тока через твердый или жидкий проводник выделяется тепло. Охлаждающая жидкость нагревается, и в системе охлаждения (или в масле) возникает термосифонная циркуляция. Электрическое сопротивление воды зависит от ее температуры и физико-химического состава, поэтому характеристика электронагревательных элементов с жидким проводником может значительно изменяться. Их положительным качеством является большой срок службы. Закрытые нагревательные элементы могут быть использованы для подогрева масла и воды, открытые – только для нагрева воды. Во всех случаях электрообогрева автомобили должны быть заземлены.

Подогрев и разогрев инфракрасными лучами (газовый).Инфракрасные лучи по своей природе являются электромагнитными. Они практически не поглощаются чистым воздухом, а при поглощении их твердыми телами лучистая энергия превращается в тепловую и тело нагревается. Инфракрасные лучи получают в стационарных или переносных горелках, работающих на природном или искусственном газе, например на пропане. В стационарных установках обогреваемые автомобили устанавливаются над горелками. Передвижные горелки вместе с баллонами сжиженного газа монтируются на полозьях или тележках.

Газ, поступающий в горелку от газовой сети (или баллона), смешивается в необходимой пропорции с воздухом и заполняет большое количество каналов малого диаметра в керамической или металлической сетке горелки. Зажигание газа осуществляется с помощью электроспирали. При горении газа поверхность горелки разогревается до температуры 700 – 900 °С и излучает инфракрасные лучи. Горелка размещается на расстоянии 300 – 400 мм от картера двигателя. В случае перегорания электроспирали автоматически включаются звуковая и световая сигнализации.

Недостатком газовых горелок является возможность срыва пламени, возникающая при скорости ветра 5,0 – 5,5 м/с. Широкое применение нашли жидкостные газовые подогреватели инфракрасного излучения «Малютка» с горелкой «Звездочка», защищенной от ветра. При работе горелки жидкость в теплообменнике нагревается и в системе охлаждения возникает термосифонная циркуляция. Кроме того, продукты сгорания нагревают воздух под капотом автомобиля.

Индивидуальные источники тепла.При хранении автомобилей в отрыве от стационарных источников теплоснабжения применяются жидкостные или воздушные индивидуальные подогреватели. Обычно они работают на том же топливе, что и двигатель автомобиля. Преимуществами индивидуальных подогревателей являются разогрев двигателей в любых условиях независимо от наличия источника энергии и возможность использования в качестве охлаждающей жидкости антифриза, недостаток индивидуальных подогревателей – неудовлетворительный подогрев подшипников коленчатого вала.

Пуск без предварительного разогрева («холодный пуск»).Пуск двигателей при низких температурах без предварительного разогрева может быть осуществлен путем комплексного применения пусковых жидкостей, специальной регулировки карбюратора и загущенного масла с пологой вязкостной характеристикой. Основой пусковой жидкости «Холод Д-40» для дизелей является диэтиловый эфир (60–65 %), обладающий очень низкой температурой самовоспламенения (около 130 – 140 °С) и большой летучестью (кипит при 34,5 °С). Кроме того, в состав этой жидкости входят петролейный эфир, масло для двигателя и изопропил-нитрат (13–17 %). Для карбюраторных двигателей применяется пусковая жидкость «Арктика» на основе серного эфира (45– 60 %), в состав которой входят противоизносные, противозадирные и антиокислительные присадки. Это уменьшает износы цилиндропоршневой группы при пуске.

Пусковые жидкости подаются во всасывающий тракт двигателя с помощью специальных пусковых приспособлений или карбюраторов. Возможно применение жидкостей в аэрозольной упаковке с подачей жидкости во всасывающий патрубок двигателя или через воздухоочиститель. И как уже было сказано, одной из основных причин, затрудняющих пуск двигателя при низких температурах, является повышение вязкости масла и увеличение момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала. Поэтому при холодном пуске двигателя необходимо использовать масла с пологой вязкостно-температурной характеристикой.