CC BY
0ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 621.43
К ВОПРОСУ ОСОБЕННОСТЕЙ НАСОСА ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Глухих В.Д., магистрант 2 курса направления подготовки 35.04.06 Агроинженерия,
Бураева Г.М., старший преподаватель, Косарева А.В., к.т.н., доцент.
Научный руководитель: д.т.н., профессор Шуханов С.Н.
ФГБОУ вО Иркутский ГАУ
АННОТАЦИЯ
Эффективное функционирование сельскохозяйственного производства в высокой степени коррелирует с качественным техническим его обеспечением. Подавляющее большинство технологических операций в аграрном секторе выполняется с помощью автотракторной техники, оснащенных чаще всего силовыми агрегатами поршневого типа. В результате осуществленного обзора и анализа источников литературы установлены особенности конструкции и функционирования водяного насоса как составного элемента жидкостной охлаждающей системы двигателя внутреннего сгорания. Приведены характерные неисправности насосов, а также их структуризация. Выявлены условия корректной эксплуатации водяных насосов для увеличения их срока бесперебойной работы.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Сельскохозяйственное производство, автотракторная техника, охлаждающая система, водяная помпа.
ABSTRACT
Effective functioning of agricultural production is highly correlated with its high-quality technical support. The overwhelming majority of technological operations in the agricultural sector are performed using motor vehicles and tractors, most often equipped with piston-type power units. As a result of the review and analysis of literature sources, the design and functioning features of a water pump as a component of the liquid cooling system of an internal combustion engine were established. Typical pump malfunctions and their structuring are given. The conditions for the correct operation of water pumps to increase their service life are identified.
KEYWORDS
Agricultural production, automotive and tractor equipment, cooling system, water pump.
Введение. Поступательное развитие агропромышленного комплекса во многом базируется на достижения аграрной науки [1-5]. Эффективное сельскохозяйственное производство обеспечивается техническими средствами и технологиями аграрного сектора страны. Важная роль при этом принадлежит автотракторной технике, которая бурно развивается, в том числе за счет научных разработок в этом спектре научных исследований [6-11]. Одна из ключевых систем двигателя внутреннего сгорания - это жидкостная система охлаждения составным элементом которой является водяной насос (помпа).
Цель работы - установить особенности конструкции и функционирования насоса охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания. На этой основе
определить условия корректной эксплуатации охлаждающей системы силового агрегата.
Методика проведения исследований. Обзор источников литературы, анализ изученных материалов, установление принципов функционирования и эксплуатации водяной помпы охлаждающей системы силового агрегата.
Результаты исследования. Это техническое устройство осуществляет циркуляцию жидкости в системе на постоянной основе. Приводится в действие водяная помпа либо механическим способом, либо электрическим. Устройство оснащается механическим или электроприводом и запускается в работу одновременно с двигателем внутреннего сгорания - силовым агрегатом.
Конструкция и назначение водяного насоса. С точки зрения устройства водяной насос жидкостной системы охлаждения поршневых двигателей внутреннего сгорания практически идентичен аналогам, функция которых заключается в осуществлении прокачки воды, а также прочих неагрессивных жидкостей в различных сферах жизнедеятельности человека. Он включает в себя следующие элементы:
- Корпус, оснащенный герметичными соединениями, произведенный чаще всего из высококачественного алюминиевого сплава. Подсоединение конструкции водяной помпы к системе охлаждения выполняется с помощью двух патрубков. Один из которых исполняет функцию напорного, тогда как второй функцию всасывающего. Посредством первого реализуется подключение насоса к магистрали рубашки охлаждения силовой установки, кроме того, за счет второго осуществляется подсоединение его к той составной части системы, которая идет от радиатора.
Рисунок 1 - Общий вид водяного насоса
- Вал - представляет собой деталь, обеспечивающую за передачу вращения от привода непосредственно к крыльчатке.
- Крыльчатка (то есть, рабочее колесо). Это деталь, оснащенная лопастями (соответственно и название), которые осуществляют функцию нагнетания охлаждающей жидкости, в том числе обеспечивают ее бесперебойную подачу с определенным напором в систему.
- Сальники - играют роль уплотнителей, которые исключают утечку в местах, где насос соединяется с магистралями.
- Подшипники обеспечивают необходимое качение подвижных деталей.
Водяная помпа размещена в пространстве между рубашкой охлаждения и
собственно радиатором в переднем участке силового агрегата. Насос или же помпа
носит название водяной по причине того, что на первом этапе развития жидкостной охлаждающей системы в качестве рабочего тела применялась вода. Вода использовалась как правило дистиллированная с тем, чтобы минимизировать ненужные отложения в охлаждающей системе мотора.
В настоящее время в качестве охлаждающей жидкости широкое распространение нашли специальные жидкости, в состав которых входят либо ингибитор коррозии (в регионах с теплыми природно-климатическими условиями), либо этиленгликоль, исключающий замерзание рабочего тела в зимний период времени.
Ключевая функция устройства состоит в непрерывной перекачке охлаждающей жидкости, что обеспечивает бесперебойную работу системы, не допуская риска перегрева силовой установки.
Водяной насос двигателя внутреннего сгорания генерирует высокое давление, что в свою очередь создает условия для принудительной циркуляции рабочей жидкости в контурах. Это существенно интенсифицирует осуществление процесса теплообмена, в том числе полнее стабилизирует его, содействуя нормальной работе силового агрегата, а также значительному увеличению его ресурса.
Принцип функционирования помпы охлаждения силового агрегата.
В начальный период пуска силового агрегата привод водяной помпы осуществляет передачу энергии вращения на рабочее колесо посредством вала, а также ремня. В этот момент образовывается разряжение на всасывающем патрубке (а именно на входе в систему), по причине этого происходит засасывание охлаждающей жидкости в насос. В связи с тем, что поступающая рабочая жидкость из радиатора холодная, то она выполняет свои функции полностью, на сто процентов.
Рисунок 2 - Схема принципа функционирования водяной помпы
Из центральной части устройства насоса рабочая жидкость направляется по лопастям крыльчатки и под воздействием центробежных сил, через выходной патрубок поступает в конструкцию рубашки охлаждающей системы силового агрегата, в частности, к головке блока цилиндров. Поскольку значение давления в этот период времени высокое, жидкость перемещается через ключевые узлы, включая агрегаты мотора и охлаждает их, принимая, в том числе отводя тепло. После этого она возвращается в радиатор, в котором за счет большой площади последнего, а также интенсивного обдува воздухом с помощью вентилятора остывает и начинает движение вновь по кругу.
Структуризация водяных помп.
В настоящее время в машиностроении применяются два вида помп-насосов системы охлаждения - механические, а также электрические. Отличаются они друг от друга типом привода, в том числе назначением, кроме того, рядом конструктивных элементов.
Конструкция корпуса.
Ресурс детали коррелирует с ее конструктивными особенностями. По конструкции корпуса водяной помпы структурируются на три группы:
- Разборные.
- Неразборные.
- Отключаемые.
Разборные практически не используются по причине своего морального и физического износа. Такие насосы имели место быть на устаревших автомобилях советского производства. Преимущество их эксплуатации состояло в возможности разобрать, в том числе промыть, а затем снова собрать.
Рисунок 3 - Общий вид корпуса
Неразборные являют собой современное решение, нашедшие наибольшее распространение в подавляющим большинством автомобильной техники. Это связано с тем, что стоимость комплектующего невысокая, необходимость в его починке не имеет смысла - при выходе из строя деталь без проблем меняется заодно с заменой ремня привода. В соответствии с регламентом необходимо осуществлять замену водяной помпы через каждые 60 тыс. км пробега.
Отключаемые - это конструкции насосов, которыми можно управлять в ручном режиме. До тех пор, пока жидкость в системе холодная помпа не включается, а включается в ручном режиме при достижении температуры охлаждающей жидкости 30 градусов по Цельсию. Практически подобные модели актуальны в процессе эксплуатации мобильных транспортных средств в условиях сурового климата, поскольку они содействуют оперативному прогреву силового агрегата, а также заметному снижению расхода горючего.
Привод насоса.
В корреляции типом применяемого привода водяной насос может быть либо механическим, либо электрическим. Модели, оснащенные механическим приводом проще по устройству. Их вал имеет соединение с распределительным валом механизма газораспределения или же с коленчатым валом силового агрегата с помощью классической клиноременной передачи, которая получает вращение одновременно с запуском поршневого двигателя внутреннего сгорания. Электрическая водяная помпа вступает в работу от дополнительного электрического мотора, управление, которого осуществляется с помощью ЭБУ. Такие технические устройства используются на
подавляющем большинстве современной автотракторной технике, независимо от их практического назначения, а также условий применения.
Водяной насос с электромагнитной муфтой ЗМЗ-40524
1 - ступица вентилятора;
2 - шкив;
3 - фиксатор подшипника;
4-отверстие для испарения жидкости;
5 - гнездовая колодка;
6 - корпус водяного насоса;
7 - уплотнение;
8 - крыльчатка;
9 - дренажная полость;
10 - контрольное отверстие;
11 - подшипник;
12 - катушка электромагнита;
13 - ведомый диск;
14 - пластинчатые пружины.
Рисунок 4 - Водяная помпа с электромагнитной муфтой ЗМЗ-40524
Опасность выхода из строя.
Прекращение функционирования охлаждающей системы поршневого двигателя внутреннего сгорания из-за поломки водяной помпы на пятиминутный период времени становится причиной его перегрева. Высокое значение температуры влечет за собой изменение геометрии головки блока цилиндров, в том числе необратимым повреждениям подвергается кривошипно-шатунный механизм, а это критические неисправности, при которые несовместимы с дальнейшей эксплуатацией транспортного средства. Возникает необходимость крайне дорогостоящего ремонта,
предусматривающего замену большого количества деталей.
Характерные неисправности.
Наиболее распространенные неисправности электрической помпы, а также механического насоса следующие:
- Естественный износ сальника, в результате которого имеет место быть утечка охлаждающей жидкости.
- Выход из строя рабочего колеса (крыльчатки), вследствие которого критически снижается, а иногда вовсе стремится к нолю значение давления в системе.
- Поломка подшипников-утрата работоспособности - их просто заклинивает. Как следствие - подтекание рабочей жидкости, в том числе сбои в функционировании насоса.
- Избыточно большой люфт между валом, а также крыльчаткой. Увеличение люфта представляет собой естественное явление, образующееся в процессе работы водяной помпы. По причине этого возникают сбои в функционировании детали, включая снижение качества охлаждения.
- Негативное воздействие химических веществ являет собой коррозию. Это происходит в результате применения низко качественной охлаждающей жидкости и как правило воздействует отрицательным образом на конструкцию рабочего колеса водяной помпы.
- Механическое разрушение происходит под воздействием пузырьков воздуха, которые оказывают на водяную помпу давление изнутри и становится причиной возникновения ржавчины, а также избыточной ломкости деталей.
- Обрыв (проскальзывание) приводного ремня - нарушение целостности изделия, возникающее по причине несвоевременной его замены или же как следствие низкого качества комплектующего продукта.
- Загрязнение системы, включая налипание внутри твердых микрочастиц, которые препятствуют бесперебойному движению жидкости, в том числе вращению рабочего колеса.
- Разрушение подшипников (выход из строя), сопровождающееся характерными свистящими звуками, а также сбоями в функционировании системы. При выявлении такой серьезной неполадки деталь необходимо полностью заменить в срочном порядке, чтобы избежать более тяжелых последствий.
Заключение. Водяная помпа системы охлаждения являет собой один из ключевых ее элементов. От нее во многом зависит корректное функционирование силового агрегата, включая длительность бесперебойной эксплуатации других узлов транспортного средства. Лишь 5-6 минут остановки циркуляции охлаждающей жидкости влечет за собой перегрев силовой установки, и как следствие она заклинит, что делает невозможным дальнейшую эксплуатацию двигателя и соответственно всей машины.
Библиография:
1. Хабардин В.Н., Чубарева М.В., Горбунова Т.Л. Экологическая оценка технического обслуживания машин в полевых условиях // Естественные и технические науки. 2016. № 12 (102). С. 318-325.
2. Беломестных В. А., Агафонов С. В., Кузьмин А. В. Эксплуатационная надёжность зерноуборочных комбайнов РСМ-142 «AKROS» // Актуальные вопросы инженернотехнического и технологического обеспечения АПК: материалы VI11 Национальной научно-практической конференции с международным участием «Чтения И. П. Терских», посвященной 85-летию Иркутского ГАУ. 2019. С. 20-27.
3. Поляков Г.Н., Солодун В.И., Шуханов С.Н. Состав и изменение структуры сельскохозяйственных машин для почвообработки в Иркутской области // Известия Международной академии аграрного образования. 2019. № 47. С. 28-32.
4. Степанов Н.В., Шуханов С.Н. Повышение коррозионной стойкости сельскохозяйственных машин при хранении за счет использования новой защитной смазки // Тракторы и сельхозмашины. 2019. № 4. С. 80-84.
5. Бураев М.К., Шистеев А.В., Бураева Г.М., Аносова А.И. Проблемы технического сервиса агропромышленного комплекса Байкальского региона // Вестник ВСГУТУ. 2022. № 3 (86). С. 56-62.
6. Алтухов С.В., Шуханов С.Н. Исследование теплообмена корпуса распылителя форсунки с топливом // Вестник ИрГСХА. 2017. № 80. С. 54-61.
7. Rozhkov D., Ilyin P., Eltoshkina E., Svirbutovich O. Mathematical modeling of the differential dynamics of the galvanic process of restoring the seats of the main supports of autotractor engines // В сборнике: International Conference on Aviamechanical Engineering and Transport (AviaENT 2019). Proceedings of the International Conference on Aviamechanical Engineering and Transport (AviaENT 2019). 2019. С. 288-297.
8. Шуханов С.Н., Аносова А. И., Хороших О.Н. Частная методика экспериментальных исследований функционирования поршневого двигателя УЗАМ-331.10, использующего бензин и газообразное топливо // Известия Международной академии аграрного образования. 2022. № 58. С. 54-57.
9. Аносова А.И., Ильин П.И., Шуханов С.Н. Влияние параметров декомпрессирования цилиндров двигателя на момент сопротивления сжатию // Вестник ВСГУТУ. 2022. № 2 (85). С. 36-40.
10. Шуханов С.Н., Голубев Д.Н. Особенности системы питания инжекторного двигателя // Самара АгроВектор. 2023. Т. 3. № 3. С. 24-30.
11. Шуханов С.Н. Зависимость толщины масляного слоя в подшипниках скольжения от разных условий работы двигателей внутреннего сгорания // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 1 (99). С. 169-173.
