Основные механизмы двигателя автомобиля пожарного

Основные механизмы двигателя автомобиля пожарного

Принципиальная схема поршневого двигателя внутреннего сгорания. Поршневой двигатель внутреннего сгорания представляет собой совокупность механизмов и систем: кривошипного механизма, механизмов газораспределения и передач, системы питания, смазки, охлаждения, зажигания и запуска.

Преобразование прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала обеспечивает кривошипный механизм. Он состоит из цилиндра 2 (рис. 2.1), картера 1, поршня 3, шатуна 5 и коленчатого вала 6. В головке блока цилиндров размещаются впускные и выпускные клапаны механизма газораспределения, а также свеча зажигания 4 (в дизельном двигателе —форсунка).

На рис. 2.1 показана внутренняя (верхняя) мертвая точка — в. м. т. В этом положении расстояние от поршня до оси коленчатого вала наибольшее. В наружной (нижней) мертвой точке — н. м. т. расстояние от поршня до оси коленчатого вала наименьшее. Расстояние между мертвыми точками называется ходом поршня S, мм. Ход поршня и диаметр цилиндра D, мм, — основные параметры двигателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Рабочий цикл четырехтактного двигателя. При перемещении поршня внутри цилиндра двигателя в определенной последовательности происходит ряд процессов. Совокупность ряда последовательных процессов называется рабочим циклом. Газы, участвующие в осуществлении рабочего цикла, называются рабочим телом.

Рабочий цикл характеризуется изменением параметров состояния рабочего тела. Изменение давления газов в цилиндре за цикл представляют в виде графика, называемого индикаторной диаграммой. Такую диаграмму снимают на работающем двигателе прибором-индикатором. Диаграмму записывает самописец прибора за два оборота коленчатого вала. При этом поршень совершает четыре хода (по два хода от н. м. т. к в. м. т. и наоборот). Часть цикла, соответствующая одному ходу поршня, называется тактом.

Индикаторную диаграмму строят в координатах р — V. На рис. 2.2 по горизонтальной оси отложен объем цилиндра (или ход поршня S), а по вертикальной —давление газов в цилиндре. Горизонтальной линией показано атмосферное давление.

Рис. 2.1. Принципиальная схема двигателя внутреннего сгорания:
1 — картер; 2 — цилиндр; 3 — поршень; 4 — свеча (форсунка); 5 — шатун; 6 — коленчатый вал

Обеспечение хорошей очистки камер сгорания от отработавших газов и повышения пополнения их свежим зарядом достигается согласованием открытия и закрытия клапанов газораспределения.

Рис. 2.2. Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя

Процессы выпуска и впуска (b—г—а) обеспечивают смену рабочего тела в цилиндре и называются процессами газообмена. На их. осуществление затрачивается часть энергии, полученной в рабочей части цикла.

Среднее эффективное давление — это та часть среднего индикаторного давления, которая идет на создание эффективной мощности.

Двигатели конструируют и изготовляют так, чтобы значение Nt было наибольшим, a JVM — наименьшим. Однако их значения зависят от условий эксплуатации: температуры охлаждающей жидкости и частоты вращения коленчатого вала. Так, со снижением температуры охлаждающей жидкости ухудшаются процессы смесеобразования, становится большим теплоотвод. Это приводит к снижению индикаторной мощности. При понижении температуры увеличивается вязкость масла. Так, при уменьшении температуры моторных масел от 200 до 0 °С их вязкость увеличивается в 140— 150 раз. Это приводит к увеличению NM и, следовательно, к снижению Ne.

В характеристиках двигателей указывается Ne, которую они развивают при эксплуатационных температурах охлаждающей жидкости (обычно 75—85 °С) и частотах вращения коленчатых валов. Поэтому становится важным содержать пожарные автомобили в отапливаемых гаражах и быстро разогревать двигатели до эксплуатационных температур.

Скоростные характеристики двигателя. Скорость и маневренность пожарного автомобиля определяются энергетическими и экономическими показателями двигателя при его работе на различных режимах в условиях эксплуатации.

Основными показателями работы двигателя являются: крутящий момент, эффективная мощность, удельный и часовой расход топлива. Эти показатели снимают на специальных стендах в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, при постоянном положении органа подачи топлива и температуры охлаждающей жидкости.

Кривые, характеризующие применение основных показателей работы двигателя в зависимости от частоты вращения его коленчатого вала, называются скоростными характеристика м и. Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива, называется внешней характеристикой. Скоростные характеристики, полученные при других положениях органов подачи топлива, называются частичными.

Общий вид внешней характеристики представлен на рис. 2.3. Характерные частоты вращения коленчатого вала показаны на внешней характеристике при работе двигателя под нагрузкой (минимальные значения /гшШ); максимальном значении крутящего момента пм; минимальном удельном расходе топлива ng( ; максимальной мощности nlV; включении регулятора лрег и холостом ходе двигателя с регулятором (наименьшие значения «„„*)• С увеличением частоты вращения коленчатого вала увеличивается Ne (кривая 1). При некотором значении п она достигает максимума, а затем уменьшается. Это обусловлено увеличением механических потерь, ухудшением смесеобразования и цикловой подачи топлива.

Увеличение удельного расхода (кривая 4) топлива при уменьшении п обусловлено увеличением отдачи теплоты в систему охлаждения и ухудшением процесса горения. Рост ge при увеличении п обусловливается увеличением механических потерь и догоранием топлива в такте рабочего хода (расширения).

Изменение крутящего момента характеризует приспособляемость двигателя, т. е. его способность преодолевать увеличение сопротивлений движению автомобиля (без воздействия со стороны водителя).

Рис. 2.3. Внешняя диаграмма двигателя

Следовательно, при эксплуатационных тепловых режимах до 8% мощности затрачивается на преодоление сопротивлений в механизмах трансмиссий.

После запуска двигатель развивает 30—50% мощности, и потери в трансмиссиях увеличиваются. Мощность, подводимая к колесам пожарного автомобиля, становится очень малой (кривая 3), и автомобиль не может развивать высокую скорость движения’, поэтому необходимо содержать двигатели в разогретом состоянии и предпринимать все меры для быстрого разогрева двигателя после пуска.

Техническое обслуживание механизмов двигателя. Двигатель — источник энергии на пожарном автомобиле. От его исправности и развиваемой им мощности зависит оперативная подвижность пожарного автомобиля и интенсивность подачи огнетушащих средств в очаги горения. Поэтому успешность тушения пожаров во многом зависит от работоспособности двигателя.

Пожарные автомобили создаются на базе грузовых автомобилей серийного производства и на них используются серийно выпускаемые двигатели с небольшими изменениями в системах.

На пожарных автомобилях в боевых расчетах двигатели содержатся в состоянии готовности к немедленному запуску. Это характеризует высокую боевую готовность пожарного автомобиля. Вот поэтому все системы двигателя должны быть исправными, полностью заправлены эксплуатационными материалами, аккумуляторные батареи (и баллоны сжатого воздуха на дизелях) полностью заряжены.

Ежедневное техническое обслуживание (ЕТО). При смене караула необходимо убедиться, что все системы заправлены эксплуатационными материалами (маслом, топливом, водой); цистерна заполнена водой, а бак пенообразователя — пенообразователем; все пожарно-техническое вооружение надежно закреплено; отсутствуют течи соединений трубопроводов; надежно открываются и закрываются все двери и дверцы отсеков.

После осмотра пожарного автомобиля необходимо присоединить выпускной трубопровод к газоотводу. Двигатель должен легко запускаться. После запуска двигателя закрывают жалюзи и прогревают его на средних оборотах до нагрева воды 70—80 °С. Двигатель должен устойчиво работать во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала без перебоев и стуков.

По окончании прогрева следует отсоединить выпускной трубопровод от газоотвода и убедиться в отсутствии подтекания соединений трубопроводов. Прогретый двигатель медленно остывает (рис. 2.4) в течение нескольких часов.

Техническое обслуживание на пожаре (учении) — какого-либо специального обслуживания двигатель не требует. Необходимо только на слух следить за нормальной работой двигателя и по показаниям приборов контролировать температуру охлаждающей жидкости, масла и давление масла.

Техническое обслуживание по возвращении с пожара (или учения) заключается в заправке систем дзигателя эксплуатационными материалами и очистке его от грязи или пыли. Чистку следует производить деревянными скребками, жесткой кистью, используя моющие растворы, а затем промывать водой и насухо вытирать. Во избежание пожара мыть двигатель бензином воспрещается.

Техническое обслуживание № 1 (ТО-1). Объем ТО-1 включает работы, выполняемые при ЕТО, и ряд дополнительных.
1. Проверка минимально устойчивых оборотов и работы двигателя на разных частотах вращения коленчатого вала двигателя.
2. Проверка крепления приборов на двигателе и двигателя к раме пожарного автомобиля. Проверку деталей и приборов производят осмотром. Они должны быть плотно закреплены болтами с шайбами.
3. Проведение контрольного пробега пожарного автомобиля, во время которого двигатель должен быть прогрет до температуры охлаждающей жидкости 80—95 °С.

Техническое обслуживание № 2 (ТО-2). Это обслуживание проводится в пожарных отрядах (частях) технической службы.

На станции диагностики определяют мощность двигателя или тяговую силу на колесах. Для двигателей установлены предельные их значения. Если мощность стала ниже допустимой, то следует проверить его техническое состояние.
1. Проверить и при необходимости отрегулировать зазоры между носками коромысел и клапанами. Эти зазоры неодинаковы для разных двигателей и находятся в пределах 0,25—0,45 мм.
2. Проверить герметичность соединений головки с блоком цилиндров. Ее производят прибором К-69м.
3. Проверить компрессию в цилиндрах двигателя, т. е. давление в конце такта сжатия в камерах сгорания при вращении коленчатого вала. Давление в конце такта сжатия замеряют на прогретом двигателе (температура охлаждающей жидкости 66—70 °С) при полностью открытых воздушной и дроссельной заслонках и вывернутых свечах зажигания. Определение давления производят компрессомером. Это манометр, вставляемый в отверстие для свечей зажигания. Коленчатый вал вращается стартером со скоростью 150—200 об/мин. Давление в новых двигателях находится в пределах 700—850 кПа, а у двигателей, требующих ремонта, — 450— 500 кПа.
4. Проверить плотность крепления впускных и выпускных трубопроводов, подтянуть крепление опор двигателя к раме и крепление реактивной тяги.
5. После обслуживания проводится короткий пробег пожарного автомобиля, как и при ТО-1, и устраняются выявленные при пробеге неисправности.

Рис. 2.4. Интенсивность прогрева и охлаждения двигателя

Источник

Двигатели пожарных автомобилей

На ПА применяются четырехтактные карбюраторные двигатели или дизели.

В карбюраторных двигателях смесеобразование бензина с воздухом осуществляется вне их цилиндров. Готовая рабочая смесь поступает в цилиндры двигателя от карбюратора. Эта смесь, при положении поршней вблизи верхней мертвой точки, воспламеняется от искры свечи зажигания.

В дизелях дизельное топливо впрыскивается форсунками в цилиндры при положении поршней вблизи верхней мертвой точки. Образовавшаяся смесь распыленного форсункой дизельного топлива и воздуха воспламеняется в конце такта сжатия.

Поэтому давление в цилиндрах дизеля должно быть более высоким, чем у карбюраторных двигателей. Оно в основном зависит от степени сжатия всасываемого воздуха. Степенью сжатия двигателя называют отношение (см.рис.6.3)

Изменение давления внутри цилиндра двигателя по ходу поршня в различных тактах называют индикаторной диаграммой.

Индикаторная диаграмма – это диаграмма изменения давления газа в цилиндре двигателя в зависимости от изменения положения поршня, записанная с помощью прибора индикатора. Пример такой диаграммы для карбюраторного двигателя показан на рис.6.3.

Площадь a,c,z,b индикаторной диаграммы характеризует индикаторную работу. Принято считать, что на поршень действует некоторое среднее индикаторное давление Р_i. Оно на протяжении рабочего хода поршня характеризует полезную работу. На диаграмме она обозначена знаком «плюс». Знаком «минус» обозначена работа, затрачиваемая на всасывание рабочей смеси и удаление отработавших газов.

Зная среднее индикаторное давление Р_i, МПа, рабочий объем цилиндра V_p, л, число цилиндров i частоту вращения коленчатого вала n об/мин определяют индикаторную мощность двигателя.

(6.3)

где: — тактность двигателя.

Мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя меньше индикаторной мощности, так как часть ее расходуется на преодоление трения рабочих деталей, на приведение в действие вспомогательных механизмов (топливного насоса, газа, распределительного механизма и т.д.). Мощность, соответствующая этим потерям, называется мощностью механических потерь N_м.

Полезную мощность, которую можно снимать с коленчатого вала двигателя называют эффективной мощностью

Совершенство конструкции двигателя оценивают величиной механического коэффициента полезного действия

h_м = . (6.5)

Мощность N_e и N_м определяют на специальных стендах. С помощью тормозных устройств определяют также крутящие моменты M_e Нм при заданных частотах вращения коленчатого вала n об/мин. Эффективную мощность определяют по формуле

N_e = M_e · w = M_e (6.6)

Преобразуя формулу 6.6 и выражая мощность N_e в кВт находят величину M_е , Н·м

Важной характеристикой является удельный эффективный расход топлива g_e

где: G_т — часовой расход топлива, кг/ч.

Параметры основных показателей, характеризующих двигатели, приводятся в табл.6.3.

На пожарных автомобилях предпочтительнее использовать дизели, т.к. расход топлива в них меньше на 25…30%, чем у карбюраторных двигателей. Одновременно следует указать, что пуск дизеля более тяжел, чем карбюраторного двигателя вследствие различия величины e.

Важной характеристикой двигателя является токсичность выпускных газов. В выпускных газах, кроме продуктов полного сгорания (углекислого газа и паров воды), содержится в небольшом количестве окись углерода СО, углероды различного состава и строения СН, сажа, а также окислы азота воздуха NO_x, свинец, входящий в состав этиловой жидкости. Концентрацию СН, СО, NO_x и сажи определяют специальными приборами. Концентрацию СО определяют в объемных процентах, сажу в г/м 3 выпускных газах.

Концентрацию СН и NO_x записывают в миллионных долях, например,

r_CH = (6.9)

Содержание токсичных газов в выпускных газах двигателей приводится в табл.6.4.

Очень опасной является сажа. На ней адсорбируется большое количество веществ и она, к сожалению, не улетучивается, а осаждается на пол. Наиболее опасным из них является бенз- -пирен, так как по некоторым данным он является возбудителем онкологических заболеваний.

Характеристики двигателей – это зависимости основных показателей двигателей ( N_e, M_e и g_e ) от частоты вращения его коленчатого вала n, об/мин.

Характеристику N_e = f(n) называют скоростной (кривая 1 на рис.6.4). Скоростную характеристику, полученную при полной подаче топлива, называют внешней. Характеристики, получаемые при неполной подаче топлива, называют частичными (кривая 2 на рис.6.4).

В характеристиках указывают минимальные обороты двигателя n_min; обороты n_N соответствующие максимальной мощности N_{e max} и обороты максимального крутящего момента n_{Me max}.

В случае установки на двигателе ограничителей скорости N_e и M_e изменяются, как показано прямыми 5 (см.рис.6.4). Максимальная скорость n_max отличается от n_N величину около 10%.

Рис. 6.4. Скоростная характеристика двигателя:

1 – внешняя характеристика; 2 – частичная характеристика; 3 – крутящий момент;
4 – удельный расход топлива; 5 – регуляторные характеристики

Из рис. 6.4 следует, что область, ограниченная внешней скоростной характеристикой (кривая 1) и диапазоном скоростей от n_{Me max} до n_N, является областью, в которой эксплуатируются двигатели. Для примера приводится внешняя скоростная характеристика дизеля КамАЗ-740.11 мощностью 176 кВт (рис.6.5).

В документации на двигатели указывают N_{e max} и n_N. По параметрам этих величин можно построить внешнюю скоростную характеристику двигателя, используя формулу

N_e = N_{e max} (6.10)

Для карбюраторных двигателей а = b = с = 1, а для дизелей а = 0,53; b = 1,56 и с = 1,09.

Приводимые в справочниках значения N_{e max} и n_N, получены на основании стендовых испытаний. На автомобилях же она частично расходуется на привод вентилятора, компрессора, часть ее теряется в глушителе и т.д. Поэтому в расчетах эту часть энергии учитывают коэффициентом коррекции К_к. Для двухосных автомобилей К_к = 0,88, а для трехосных К_к = 0,85.

Важной характеристикой для двигателей внутреннего сгорания является величина крутящего момента. Его величина и крутизна изменения в зависимости от частоты вращения вала двигателя M = f(n) и характеризуют приспособляемость двигателя. Это способность двигателя преодолевать (без воздействия со стороны водителя) возможное увеличение сопротивления от внешней нагрузки. Она характеризуется отношениями

K = или K = (6.11)

Чем круче поднимается кривая М_е при уменьшении n, тем меньше снизится скорость автомобиля при увеличении сопротивления движению. Следовательно, можно будет преодолевать более крутые подъемы, не переходя на пониженную передачу. Следовательно, чем больше К_, тем лучше тяговые качества автомобиля, выше средняя скорость движения и легче управление.

По показателю К предпочтительнее бензиновые двигатели. У них К = 1,2…1,4, а у дизелей К = 1,05…1,15. Поэтому у дизелей имеются корректоры, повышающие К. Кроме того, на автомобилях с дизелями всегда больше число ступеней скоростей в коробке передач, чем у автомобилей с карбюраторными двигателями.

На пожарных автомобилях используются двигатели различных типов и серий. Параметры основных характеристик некоторых двигателей приводятся в табл.6.5.

Примечание. К – карбюраторный двигатель; Д – дизель.

Режимы эксплуатации двигателей ПА характеризуются рядом особенностей.

В гаражах пожарных частей они содержатся при температурах окружающей среды, а зимой при температуре не ниже 16 0 С. Естественно, что это и температура охлаждающей жидкости двигателя. При вызове и следовании на пожар в течение 5…10 минут двигатели работают в режиме прогрева. Если пути следования относительно небольшие, то в транспортном режиме ПА двигатели эксплуатируются в режиме прогрева. Это первая особенность их эксплуатации. В среднем, в течение года пробеги ПА по спидометру достигают значений 3500…4000 км.

Второй особенностью эксплуатации двигателей ПА является отбор мощности от него в стационарном режиме. В стационарном режиме работа на насосе достигает 100-120 часов в год. Так как один час работы двигателя в стационарном режиме эквивалентен пробегу, равному 50 км, то приведенный пробег равен 5000…6000 км в год. Это соизмеримо с продолжительностью эксплуатации в транспортном режиме ПА.

Третья особенность эксплуатации ДВС ПА характеризуется тем, что они работают от нескольких десятков минут при тушении обычных повседневных пожаров до нескольких часов при тушении крупных пожаров.

Эти обусловлено требование, чтобы двигатель обеспечивал непрерывную работу насоса в течение шести часов при номинальных значениях напора и величины подачи воды. Это очень жесткие условия еще и потому, что в стационарном режиме эксплуатации отсутствует натекающий поток воздуха на радиатор, имеющий место в транспортном режиме эксплуатации. Поэтому не исключено, что в некоторых случаях может происходить перегрев двигателя. Для его предотвращения было установлено ограничение отбираемой мощности в стационарном режиме n_ст = 0,7 N_max и при необходимости в движении до 0,2 N_max. Во избежание большой интенсивности износа двигателей было установлено ограничение частоты вращения вала двигателя n = 0,75 n_N.

Отобразим эти ограничения на внешней скоростной характеристике двигателя (рис.6.6) и из точки «К» построим частичную скоростную характеристику «аК». Ее можно построить по приведенной выше формуле (6.10), приняв координаты точки «К» за исходные. Рекомендуется также, чтобы в точке «К» был запас мощности не менее 15%, так показано на рисунке.

Ограничение режимов эксплуатации двигателя по мощности и частоте вращения вала значительно сокращает поле использования полезной его мощности. Это, естественно, требует жесткого согласования режимов работы двигателя и потребителя.

В случае, если потребляемая мощность будет превосходить мощность, соответствующую точке «К», то необходимо устройство дополнительного охлаждения двигателя. Для этого на некоторых автоцистернах установлены теплообменники (рис.6.7). Вода из системы охлаждения двигателя поступает в корпус 1 теплообменника и охлаждается водой, поступающей из пожарного насоса.

В двигателях автоцистерн изменена система выпуска отработавших газов. Перед глушителем 3 (рис.6.8) установлен газоструйный вакуумный аппарат 2. Отработавшие газы двигателя поступают к патрубкам 1. Газоструйный насос в аппарате 2 отсасывает воздух из пожарного насоса по трубке 6. В пожарном насосе создается необходимый вакуум для заполнения его водой из естественного или искусственного источника.

Из аппарата 2 отработавшие газы поступают в резонатор, соединяющий звуковые сигналы. Из глушителя отработавшие газы выходят в атмосферу по трубопроводу 4. В зимнее время они по трубопроводу 5 направляются в систему обогрева цистерны или насосного отсека с пожарным насосом.

Источник