Лекции ГиПС

Гидро- и пневмосистемы
(курс лекций)


1. Общие сведения о
гидро- и пневмосистемах.

1.1. Общие положения

Понятие «гидравлика» является условным и включает в себя комплекс технических сведений по вопросам 1 прикладной гидравлики вязких жидкостей применительно к объёмным гидропередачам машин; 2 конструирования, изготовления и эксплуатации этих передач.
Гидропередача (пневмо) – устройство для передачи по средством жидкости (газа) энергии на расстояние и преобразования её в энергию движения на выходе системы. Гидропривод (пневмо) = гидросистема (пневмо) – это совокупность устройств, передающих энергию путем использования жидкости по давлением.
Удельная энергия идеальной жидкости определяется уравнением: (Бернулли)
13 EMBED Equation.3 1415
где Е - полная энергия жидкости плотностью 13 EMBED Equation.3 1415; m – масса жидкости, текущей со скоростью V; 13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415- удельная энергия положения; 13 EMBED Equation.3 1415- удельная энергия давления; 13 EMBED Equation.3 1415 - удельная кинетическая энергия жидкости.
Передачу энергии жидкостью можно осуществлять, изменяя любой из членов написанного выше уровня. Применительно к объёмным гидроприводам из указанных трёх видов механической энергии жидкости основным видом является энергия давления (г/статические приводы). Эта энергия легко преобразуется в механическую работу с помощью гидродвигателей.
Для вспомогательных, главным образом, камандных цепей используются кинетическая энергия. Кинетическая энергия жидкости используется в гидродинамических передачах.
Энергией положения в объёмных гидроприводах обычно пренебрегают, т.к. разности высот h между отдельными элементами гидросистемы малы и энергия положения несоизмеримо мала в сравнении с действующей в ней энергией давления жидкостей.
Эта энергия положения учитывается лишь при расчётах и исследованиях всасывающих характеристик насосов.
Принцип работы объемного гидропривода основан на законе Паскаля и высоком модуле объемного сжатия жидкостей. Простейшая схема объемного гидропривода выглядит следующим образом (рис. 1). Цил. 1 – насос, Цил. 2 – гидродвигатель. На поршень цил. 1 действует сила Р1; на поршень цил. 2 – внешняя нагрузка Р2.
Принцип работы объемного гидропривода заключается в следующем: при принудительном перемещении поршня цил. 1 вниз рабочая жидкость из него вытесняется по трубопроводу в цил. 2, приводя его в движение. При этом давление р1, создаваемое в цил. 1 силой Р1, действует также и на поршень цил. 2 (закон Паскаля). В обоих цилиндрах устанавливается статическое давление

13 EMBED Equation.3 1415


Сила, действующая на поршень цил. 2 равна
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (F)

Чем больше S2, тем больше Р2.
Скорость выходного звена – поршня цил. 2

13 EMBED Equation.3 1415

где Q2 – расход рабочей жидкости м3/с; D2 – диаметр цил. 2, м.
Равновесие сил, действующих в данной системе, аналогично равновесию рычага:

13 EMBED Equation.3 1415

Отсюда следует, что при соответствующем подборе р – ров S1 и S2 можно уравновесить большую F2 малой F1 (либо развить большую F2 при малой F1).


1.2. Назначение и область
применения пневмо- и гидроприводов.

Основной задачей машиностроения является обеспечение необходимого качества изделий как при изготовлении, так и при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте. Технический уровень машин в большой степени зависит от совершенства приводов. (сист. см. и охложд.)
Гидропневмопривод – это гидропневмосистема, предназначенная для приведения в движение механизмов и машин, в состав которой входит гидропневмодвигатель. Иначе: гидропневмопривод – это пневмогидросистема, служащая для передачи посредством жидкости или газа энергии на расстояние и преобразование ее в механическую на выходе системы и одновременно выполняющая функции регулирования и реверсирования скорости вых. звена. В зависимости от вида гидропередачи различают гидростатический (объемный), гидродинамический и смешанный приводы. В первом типе используются возврато - вращательное, возвратно – поступательное и вращательное движения. Во втором типе реализуется только вращательное движение (гидротурбины).
(Исп. Энергия дв. Ур-ние Бернулли:
13 EMBED Equation.3 1415)

Применение гидравлического и пневматического привода позволяет создавать прогрессивные конструкции машин, расширять возможности производства.
Пневмо- и гидроприводы предназначены для дистанционного управления регулирующими или рабочими органами (клапан, задвижка, двигатель).
Гидроприводы широко используют в транспортных, горных, строительных, дорожных, путевых и с/х машинах, на судах, подводных и летательных аппаратах, в станках, автом. линиях, подъемно – транспортных машинах Пневмопривод преимущественно применяют в производствах с повышенным уровнем запыленности, температуры и пожароопасности – это: деревообрабатывающее, литейное, сварочное, кузнечно – прессовое, нефтеперерабатывающее производство, а также автоматизация вспомогательных операций при мехобработке и сборке.

1.3. Классификация и показатели работы ГиПП

Пневмо- и гидроприводы классифицируются след. образом:
По источнику подачи рабочей среды:
насосный, компрессорный;
аккумуляторый;
магистральный.
По характеру движения выходного звена:
поступательное;
поворотное;
вращательное.
По управляющему устройству:
дроссельные;
с машинным управлением; (гидро)
с машинно – дроссельным упр.;
с управлением приводящим двигателем;
с управлением противодавлением. (пневмо)
По виду управления:
автоматическое;
ручное.
По задаче управления:
стабилизирующий привод;
программный;
следящий.
По циркуляции рабочей среды:
с разомкнутым потоком;
с замкнутым потоком.
Машинное управление применимо только к гидроприводу и осуществляется
регулируемым насосом или регулируемым гидродвигателем, или обоими одновременно. Управление приводящим двигателем применимо только к гидроприводу. Состоит в управлении скоростью выходного звена путем изменения частоты вращения двигателя. Управление противодавлением осущ-ся только в пневмоприводе. (Принцип работы г/п:)
Функциональные свойства приводов оценивают по статическим и динамическим хар-кам. К первым относятся зависимости:
а) регулировочные: V = f(x); F(H) = f(x)
где V – скорость; F(H) – сила на выходном звене; х – управляющее воздействие.
б) нагрузочные: V = f(Н); 13 EMBED Equation.3 1415= f(V); 13 EMBED Equation.3 1415= f(H);
где 13 EMBED Equation.3 1415 - КПД привода.
К динамическим относятся: V = 13 EMBED Equation.3 1415(t); y = 13 EMBED Equation.3 1415(t),
где t – время.

Преимущества гидро- и пневмоприводов по сравнению с механическими:

большая приспособленность к автоматизации;
гидро- и пневмолинии проще мех. передач, удобнее при компоновке;
удельная масса пр = 13 EMBED Equation.3 1415 и удельная работоспособность 13 EMBED Equation.3 1415 гидроприводов выше, чем у мех. передач;
пневмопривод прост по конструкции, пожаробезопасен, экологически чист.

Недостатки:

малый КПД (гидро- 13 EMBED Equation.3 14150,8; электро- 13 EMBED Equation.3 14150,9; пневмо 13 EMBED Equation.3 14150,3; мех 13 EMBED Equation.3 14150,9);
зависимость характеристик гидроприводов от Т0С, возможность утечек раб. жидкости;
давление в пневмосистемах ограничено до 1,6 МПа условием безопасности обслуживания.


1.4. Классификация элементов
пневмо- и гидросистем.

Функциональная схема схема гидро- и пневмопривода выглядят следующим образом:



















Мех. энергия 1. Гидроэнергия Механическая

2. Пневмоэнергия энергия




Каждое, из входящих в состав гидропневмосистем устройств, выполняет определенные функции.


1.5. Насосы (объемные роторные гидропневмомашины) и компрессоры.

Насосы создают поток рабочей жидкости путем преобразования механической энергии в гидравлическую. Роторные гидромашины могут работать как в режиме насоса, так и в режиме гидроматора.
Компрессор – машина для сжатия и нагнетания газа. Наиболее распространены (к поршневым насосам) поршневые. Основные параметры – давление на выходе, производительность и число ступеней. Принцип работы: при движении поршня 2 слева направо в цилиндре 1 создается разрежение, открывается всасывающий клапан 4 и цилиндр заполняется газом (d - a). Когда поршень начинает двигаться влево клапан 4 закрывается и начинается сжатие газа (a - в). Увеличение давления происходит до тех пор, пока оно не станет больше р2, после чего открывается нагнетательный клапан 5 и сжатый воздух выталкивается из цилиндра (в - с). При обратном движении происходит политропное расширение газа (с - d). Как только давление станет ниже р1 – открывается всасывающий клапан 4.
Роторные гидромашины подразделяют по следующим признакам:
По возможности регулирования рабочего объема:
регулируемые;
нерегулируемые.
По направлению потока рабочей жидкости:
с постоянным потоком;
с реверсивным потоком.
По числу рабочих циклов, совершаемых за один оборот вала:
одно- ;
двух- ;
многократного действия.
По конструкции:
шестеренные;
пластинчатые;
поршневые; - радиально -
центробежные; - аксиально -
диафрагменные;
коловратные;
винтовые;
ж) струйные;
з) самовсасывающие.

Основными параметрами роторных гидромашин являются:
рабочий объем (разность наиб. и наим. значений замкнутого объема за один оборот гидроматора);
номинальное давление (на входе гидроматора и на выходе насоса); (рн = 13 EMBED Equation.3 1415)
номинальная частота вращения; (n, об/мин)
давление на входе в насос (min);
объемная подача:
Q = V0n; (= SVcp = V/t м3/с )

V0 – объем подаваемой среды, м3;
n – частота вращения, с-1.
(V – ср. скорость вр. ротора, м/с)
крутящий момент на валу гидроматора:
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415 - перепад давлений, Па.
характеристика насоса (зависимость Q (рк));
характеристика гидроматора n(Q);
объемный КПД
13 EMBED Equation.3 1415

мощность насоса: 13 EMBED Equation.3 1415.

Шестеренные насосы имеют рабочие камеры, образованные рабочими поверхностями зубчатых колес (корпуса) и боковых крышек. По виду зацепления различают насосы со внутренним и внешним зацеплением. Не вся жидкость вытесняется в полость нагнетания: часть по радиальным и торцовым зазорам перетекает в область всасывания, часть запирается во впадинах между зубьями (может поломать). Рабочий объем шестеренных насосов: 13 EMBED Equation.3 1415
h – высота зуба; в – ширина; m – модуль; в – ширина венца.
Применяют многошестеренные и многоступенчатые насосы. Пластинчатый – это роторный насос с рабочими камерами, образованными рабочими поверхностями ротора, статора, двух смежных пластин и боковых крышек. Бывают насосы однократного и двукратного действия. Рабочий объем пластинчатого насоса однократного действия определяется так:
13 EMBED Equation.3 1415,
где е – эксцентриситет; R – радиус статора; z – число пластин; S – толщина пластины; в – ширина пластины.

Двукратного:

13 EMBED Equation.3 1415
R – большая полуось статора; r – радиус ротора.

Радиально – поршневые насосы – у которых рабочие камеры образованы рабочими поверхностями поршней и цилиндров. Оси поршней расположены перпендикулярно к оси блока цилиндров или под углом 13 EMBED Equation.3 1415 450. рабочий объем радиально – поршневого насоса однократного действия:

13 EMBED Equation.3 1415;
многократного:
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415,

где Sп – площадь поршня; h – ход поршня; е – эксцентриситет; z – число поршней; к – число рядов поршней; m – число циклов.

Кулачковые радиально – поршневые насосы выполняют с распределением из гидроклапанов. Они не могут работать в режиме гидроматоров.
Аксильно – поршневые – насосы у которых рабочие камеры образованы цилиндрами и поршнями. Оси поршней параллельны оси блока цилиндров или 13 EMBED Equation.3 1415450. изготавливают насосы с наклонным диском и с наклонным блоком. Рабочий объем: 13 EMBED Equation.3 1415; dn – диаметр поршня, h – ход поршня, D – диаметр блока, 13 EMBED Equation.3 1415 - угол наклона диска, z – число поршней.

Диафрагменные (возвр. - поступательные) насосы – у которых рабочие камеры образованы корпусом, крышками, диафрагмой и крепежным диском. При возвратно – поступательном движении штока рабочая среда всасывается через впускной клапан и вытесняется через выпускной. Привод – кулачковый, эксцентриковый, кривошипно – шатунный. Рабочий объем – по формуле.
Просты в изготовлении. Не могут создавать высокого р13 EMBED Equation.3 1415 0,1 0,3 МПа – ограничение по прочности диафрагмы.

(лопастные)

(вихревые)

Центробежные насосы состоят из насосной камеры и рабочего колеса с лопатками. Жидкость подводится к средней части камеры через всасывающий трубопровод. Лопатки оказывают давление на жидкость, в результате чего на выходе из рабочего колеса получаются давление и V больше, чем перед входом в колесо. Центробежные насосы классифицируют:
По высоте подачи:
низкого давления – до 15м;
среднего – до 40м;
высокого - > 40м.
По числу последовательно устанавливаемых колес:
одно- ;
двух- ;
многоступенчатые.
По числу параллельно устанавливаемых колес:
одинарные;
сдвоенные;
строенные
По способу подвода воды из раб. колеса в напорную трубу:
с направляющим аппаратом;
без направляющего аппарата.
По расположению вала насоса:
горизонтальные;
вертикальные

13 EMBED Equation.3 1415 = 0,6 0,8

Вихревые насосы по рабочему процессу и св-ам близки к центробежным. При вращении рабочего колеса 1 в межлапаточных полостях и концентрическом канале 2 образуются вихри 3, что приводит к непрерывному дв. жидкости из межлапаточных полостей в канал 2 и обратно. Жидкость в канале увлекается образовавшимися вихрями и перемещается вместе с колесом от полости всасывания 4 к полости нагнетения 5. по сравнению с центробежными вихревые создают напоры в 3 10 большие при тех же размерах и п. но
13 EMBED Equation.3 1415= 0,3 0,45.
Коловратные насосы имеют одинаковые роторы, очерченные по циклоидам. Согласованность движения роторов достигается зубчатой передачей. Соприкосновение роторов между собой и стенками корпуса происходит по прямым образующим цилиндра, а не по кривым поверхностям, что уже при небольших неточностях изготовления и сборки приводит к износу рабочих поверхностей, значительным утечкам и снижению качества работы насоса.


Винтовые насосы состоят, как правило, из двух пар винтов. В каждой паре один винт левый, другой правый. Винты вращаются в противоположных направлениях в корпусах. Всасывающие отв-ия расположены по концам кожуха, нагнетательные – в середине, где сходятся встречные нарезки винтов и куда нагнетается жидкость. Симметричное расположение обеих пар винтов разгружает роторы от осевых сил. Трехроторные винтовые насосы устраняют радиальную нагрузку на средний ведущий винт и – в 1,5 раза увеличивает производительность. Qвинт= 3 300 м3/час, рвинт 13 EMBED Equation.3 1415 20 МПа, nвинт13 EMBED Equation.3 1415 10000 об/мин.

Самовсасывающие насосы (компрессоры) служат для перекачки газов. Ротор с лопатками, расположен эксцентрично и создает кольцо из воды, расположенной в статоре. При поступлении воздуха через торец корпуса за счет изменения объема камер между лопастями при вращении ротора будет происходить перемещение воздуха из всасывающего отв-ия в нагнетательное. 13 EMBED Equation.3 1415 0,4 (13 EMBED Equation.3 1415 = 0,7)

Струйные насосы состоят из подводящей трубы с соплом (2), насадки (3), диффузора (5), корпуса насоса (4). Принцип действия этих насосов основан на использовании для подачи жидкостей и газов кинетической энергии струи вспомогательной жидкости или газа. При подаче жидкости через трубу (1) с Q1, р1 и через сопло образуется большая скорость V1 и пониженное давление р2. жидкость из сопла проскакивает в насадку (3), плавно переходящую в расширяющийся диффузор (5) и трубу (6). Благодаря падению давления до р2 в корпус засасывается некоторое количество поднимаемой жидкости Q2, которая смешивается с жидкостью Q1 и вместе подается в трубу. 13 EMBED Equation.3 1415 = 0,15 0,3. струйные насосы применяют для отсасывания (эжекторы) и подъема (гидроэлеваторы), смешения (смесители) и нагревания (нагреватели) ж. и ч..


1.6. Гидро- и пневмоцилиндры.
ГОСТ 16514-79 ГОСТ 15608-70

Гидро- и пневмоцилиндры – это объемные гидро- и пневмодвигатели с ограниченным возвратно – поступательным движением выходного звена. В зависимости от конструкции рабочей камеры различают (а)) поршневые, (б)) плунжерные, (в)) телескопические, (г)) мембранные и (д)) сильфонные (гофр.). Основными элементами гидроцилиндра являются шток с поршнем и цилиндр (гильза). Наибольшее распространение получили поршневые г. И п. цилиндры благодаря простой конструкции и высокой надежности. Рабочие камеры в них образованы рабочими пов-ми корпуса и классифицируют след. образом:
По направлению действия рабочей жидкости:
одностороннего;
двустороннего действия.
По числу штоков:
один;
два.
По виду выходного звена:
с подвижным штоком;
с подвижным корпусом.
Принцип работы поршневых гидроцилиндров: при соединении одной из полостей с напорной линией поршень вместе со штоком под действием давления рабочей жидкости перемещается и производит работу. При этом одновременно происходит вытеснение жидкости из другой полости цилиндра. В цилиндрах одностороннего действия жидкость заполняет лишь одну полость. Возврат происходит под действием внешних сил (пружина, сила тяжести, нагрузка). В цилиндрах двустороннего действия возврат поршня осуществляется подачей жидкости в другую полость. Для цилиндров установлены следующие основные параметры и р-ры (ГОСТ):
номинальное давление, рном, МПа (6,3; 10; 16; 25; 63; 100; 160).
диаметр поршня; D, мм;
диаметр штока, d, мм;
ход штока, L, мм;
масса цилиндра, m кг.

Проектирование гидро- и пневмоцилиндров ведут в следующей последовательности:

по условиям колепоновки определяют максимально возможные габаритные размеры цилиндра;
определяется расчетная величина внешней нагрузки, приведенная к штоку цилиндра;
определяется сила, необходимая для преодоления внешней нагрузки в обе стороны дв. штока (с учетом 13 EMBED Equation.3 1415);
выбирается схема цилиндра и способ его крепления;
определяется ход штока и округляется по ГОСТ;
задается величина рабочего давления по ГОСТ;
определяется необх. площади по силе и давлению 13 EMBED Equation.3 1415;
определяются D и d (ГОСТ) d 13 EMBED Equation.3 1415 (0,3 0,7)D;
по заданной скорости определяют расход масла Q = VSп;
производится предварительная проработка конструкции цилиндра на прочность и устойчивость.

При наличии стандартных г. и п. цилиндров расчет заканчивают на п.6.


1.7. Расчет основных параметров г. и. п. цил.

Толщина стенки цилиндра опр. По формуле Лямэ:

13 EMBED Equation.3 1415,

где 13 EMBED Equation.3 1415 - предел текучести материала цилиндра, Па;
р = 1,2 рmax – расчетное давление, Па;
D – диаметр поршня, м.

Толщина плоского дна цилиндра одностороннего действия опр-ся:
13 EMBED Equation.3 1415.
Фактическое усиление на истоке цилиндра:

13 EMBED Equation.3 1415,

где 13 EMBED Equation.3 1415р = р1 – р2 – перепад давлений в рабочих полостях, МПа; S – площадь поршня; 13 EMBED Equation.3 1415мех – механический КПД (0, 85 0,95).

Плунжерным цилиндром называют цилиндр, образованный рабочими пов-ми корпуса и плунжера. Это цилиндры одностороннего действия. В исходное положение плунжер возвращается под действием внешних сил. Расчет ведется аналогично расчету цилиндров. Плунжерные цилиндры отличаются простотой конструкции. Недостатки: малый ход и неустойчивость плунжера из – за наличия только одной опоры.
Телескопический цилиндр – это цилиндр, образованный рабочими пов-ми корпуса и нескольких концентрично расположенных поршней, перемещающихся относительно друг друга. Сумма ходов поршней должна быть больше длины корпуса.
Общие тех. требования к гидроцилиндрам:
Поршни и плунжеры ц. должны плавно перемещаться по всей длине хода;
Не допускаются радиальные нагрузки на штоках ц.;
Наружные утечки через неподвижные уплотнения не допускаются;
На подвижных пов-ях допускается наличие масляной пленки без каплеобразования;
Внутренние перетечки из одной полости в другую должны быть минимальными 13 EMBED Equation.3 1415 ТУ;
Рабочие пов-ти деталей цилиндров должны быть износостойкими, коррозионно – стойкими или иметь защитные покрытия;
для предотвращения попадания грязи и пыли в полости цилиндров необходимо применять грязесъемники.


1.8. Гидро- и пневмоаппаратура.

(усл. обозн.: ГОСТ 2.781 - 68)

Гидро- или пневмоаппаратом называется устройство гидро- ил пневмопривода, которое выполняет хотя бы одну из следующих функций:
изменяет или ограничивает направление потока жидкости или воздуха;
открывает или перекрывает поток рабочей ж. или в.;
изменяет параметры потока (расход, давление) или поддерживает их заданное значение.
Гидро и пневмоаппарты классифицируются по следующим признаком:
По конструкции запорно – регулирующего эл – та:
золотники;
краны;
клапаны.
По принципу воздействия на запорно – рег. эл – т:
клапаны;
аппараты неклапанного действия. (заг., краны)
По возможности регулирования:
регулируемые;
нерегулируемые.
По характеру открытия проходного сечения:
регулирующие;
направляющие.
По назначению:
клапаны давления;
дроссели;
распределители;
обратные клапаны.
Для конструкции любого гидро- пневмоаппарата характерно наличие запорно – регулирующего элемента, которым является подвижная деталь (клапан (а), золотник (б), кран (в)). Эта деталь при перемещении частично или полностью перекрывает рабочее проходное сечение гидропневмоаппарата.
Основными параметрами гидроаппаратов являются (ГОСТ 16517 - 76):
условный проход Dу;
расход рабочей жидкости (воздуха) Q, м3/с;
номинальное давление раб. Жидкости, воздуха, рном, Па;
перепад давлений, 13 EMBED Equation.3 1415, Па;
площадь рабочего проходного сечения, S, м2;
масса гидропневмоаппарата, кг.
Под характеристикой гидроаппарата понимают функциональную зависимость между определенными параметрами: Q (13 EMBED Equation.3 1415), Q (S), 13 EMBED Equation.3 1415 (S) (13 EMBED Equation.3 1415(X)).


1.9. Клапаны

Клапан (давления) – гидропневмоаппарат, где величина открытия рабочего проходного сечения изменяется под действием потока рабочей жидкости, проходящей через него. Различают (1 по назначению предохранит., переливные) (а) напорные, (б) редукционные и (в) разности и соотношения давлений клапаны. (2) По воздействию потока на запорно – регулирующий эл – т: клапаны прямого и и непрямого (из осн. и вспом. клапанов) действия. (3 По конструкции запорно – рег. эл – та: а) шаровые; б) конус; в) золотник)
Предохранительные клапаны – для предохранения г. и п. приводов от давления рабочей среды, превышающего установленное. Эти клапаны относятся к клапанам эпизодического действия. Осн. технические требования к предохр. клапаном: высокая герметичность сопряжения седло – клапан, стабильность давления настройки клапана (13 EMBED Equation.3 1415 5%). По конструкции запорно – регулирующих эл – ов различают шариковые и конусные. Конструктивно данные клапаны состоят из корпуса 1, запирающего эл – та 2, цил. Пружины 3 и регулировочной шайбы 4. В корпусе обязательно наличие двух отв – Ий: подводящего (А) и отводящего (Б). принцип работы основан на управлении силой пружины Р0 силы давления Рд на запорно – регулирующий эл – т:
Рд13 EMBED Equation.3 1415
При давлении (открытия) р0, когда клапан начинает открываться: 13 EMBED Equation.3 1415. Полное открытие клапана осуществляется его подъемом от седла на высоту h:

13 EMBED Equation.3 1415,

где Q – расход жидкости через открытую щель клапана м3/с;
13 EMBED Equation.3 1415 - к-т расхода щели;
dср – средний диаметр щели клапана, м;
d – угол наклона щели клапана (конусность): шариковый L = 450; конический L = 30 600.
13 EMBED Equation.3 1415 - плотность жидкости, кг/м3;
ркл – потеря давления на щели клапана.

ркл = р0 +13 EMBED Equation.3 1415Q – изменение давления в гидролинии при пропускании через клапан расхода Q.
Изменение давления 13 EMBED Equation.3 1415 объясняется изменением усилия пружины при подъеме клапана:

р1 = р0 + zh, z – жесткость пружины, Н/м.

13 EMBED Equation.3 1415Q должно быть min. По заданному 13 EMBED Equation.3 1415Q можно определить требуемую жесткость пружины: z = 13 EMBED Equation.3 1415Q13 EMBED Equation.3 1415.
При закрытии клапана сила пружины превышает силу давления рабочей среды на запорно – регулирующий эл – т:

рзакр 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415,

где S – площадь затвора на которую действует давление рабочей среды: 13 EMBED Equation.3 1415
Давление открытия р0 и закрытия клапана рзакр отличаются по значению: разница между ними – гистерезис клапана ргист = р0 – рзакр. При создании гидросистем стремятся к 13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 за счет уменьшения площади опорного пояска и уменьшения сил трения между запорно – регулирующим эл – Ом и седлом клапана.
Одной из основных хар – к предохр. клапанов является герметичность. Она обеспечивается, если между запорно – регулирующим эл – ом и седлом клапана под действием пружины создается замкнутая линия (полоса), а контактное напряжение на опорной пов – ти значительно превышает давление жидкости:
- сила
13 EMBED Equation.3 1415> р0 - давление

Переливные клапаны предназначены для поддержания заданного давления в напорной линии путем непрерывного слива рабочей жидкости во время работы. Запорно – рег. эл – т: конус, шарик, золотник. К ним не предъявляют высоких требований и часто делают в виде золотников. Используют пружины с малой жесткостью.
Редукционный клапан – клапан давления, предназначенный для поддержания давления в отводимом от него потоке жидкости или газа более низкого, чем давление в подводимом потоке. Их применяют там, где от одного источника питаются несколько потребителей, работающих при разных давлениях. Принцип работы редукционного клапана прямого действия: рабочая жидкость под давлением р1 подводится в полость А, откуда через проходное сечение В дросселируется в полость Б. давление р2 < р1. при повышении редуцированного давления сверх расчетного золотник клапана перемещается вправо, сжимая пружину. При этом рабочее проходное сечение уменьшится, гидравлическое сопротивление увеличится и давление снизится. Если р2 понизится ниже расчетного, то золотник переместится влево под действием пружины дросселирующая щель увеличится, гидросопротивление уменьшится и давление поднимется до расчетного. Ур – ие равновесия клапана без учета сил трения и гидродинамического давления имеет вид

Р1 + zh = Sp2, где

Р1 – сила пружины при предварительной деформации, Н; z – жесткость пружины, Н/м; h – ход золотника, м; S – площадь торца золотника, м2; р2 – редуцированное давление, Па.
Для обеспечения стабильного редуцированного давления следует устанавливать пружину малой жесткости.
Клапан разности давлений – клапан давления, предназначенный для поддержания заданной разности давлений в подводимом и отводимом потоках.
Конструктивно клапан состоит из корпуса, запорно – регулирующего эл – та (клапана), пружины и рег. прокладки. Под действием р1 клапан перемещается вправо, и жидкость (из полости А) поступает в полость Г, откуда через отверстие Б (дроссель) переливается в полость В. Условие равновесия клапана имеет вид:

13 EMBED Equation.3 1415,

откуда разность давлений: 13 EMBED Equation.3 1415const.
Клапан разности давлений открывается при условии:
13 EMBED Equation.3 1415.
Такие клапаны применяют в качестве подпиточных.
Гидравлические клапаны соотношения расходов предназначены для поддержания заданного соотношения расходов рабочей жидкости в двух или нескольких параллельных потоках. Их подразделяют на делители и сумматоры. Основными параметрами гидроклапанов соотношения расходов явл –ся: условный проход, номинальное давление, расход жидкости, перепад давлений при рmax и погрешность деления. Применяют при наличии неск. Потребителей и одного источника и наоборот. Обратные клапаны предназначены для свободного пропускания ж. и г. в одном направлении и для перекрытия их движения в обратном направлении. Запорный эл – т - шарик или конус. По конструкции похож на предохранительный, но пружина малой жесткости, предназначенная лишь для преодоления сил трения при посадке. На корпусе этих клапанов наносят стрелку, указывающую направление дв. рабочей ж. и г. Обратные клапаны применяют в схемах, состоящих из нескольких насосов или насоса и гидропневмоаккумулятора для исключения их взаимного влияния при одновременной работе; в блоках фильтрации для обеспечения дв. ж. или газа в одном направлении; в г/п с замкнутой циркуляцией как подпиточные клапаны. Основными параметрами обратных клапанов являются условный проход; номинальное давление; номинальный расход; перепад давлений при номинальном расходе; утечки рабочей жидкости при рном.

Гидравлический замок – гидроаппарат, работающий как обратный клапан при отсутствии управляющего воздействия, а при наличии последнего пропускающий жидкость в обоих направлениях. Применяют для автоматического стопорения выходных звеньев гидродвигателей.


1.10. Дроссели

Дроссель – регулирующий г.-п. аппарат, предназначенный для поддержания заданного расхода воздуха или жидкости в линии в зависимости от перепада давлений на дросселе. По конструкции запорно – регулирующих эл – ов подразделяют на а) золотниковые и б) крановые, в) клапанные, г) сопло – заслонные, д) жиклёр.
(По возможности регулирования:)
У золотниковых рабочее проходное сечение создается кромками отв – ия корпуса и золотника. При перемещении золотника в осевом направлении изменяется площадь рабочего проходного сечения. В крановых дросселях рабочее проходное сечение создается между пазом в корпусе и узкой щель., выполненной в полном кране. Для изменения сечения дросселя необходимо повернуть кран в ту или иную сторону. Основной характеристикой дросселя явл – ся зависимость расхода жидкости от перепада давлений:

Qдр = 13 EMBED Equation.3 1415Sдр13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415- к-т расхода (0,6 0,7); Sдр – площадь рабочего проходного сечения, м2; 13 EMBED Equation.3 1415 - плотность рабочей жидкости, кг/м3; 13 EMBED Equation.3 1415- перепад давлений жидкости, Па.


Распределители

Гидравлические и пневматические распределители предназначены для изменения направления потока рабочей жидкости или воздуха в двух или более линиях в зависимости от внешнего управляющего воздействия. (1) По конструкции запорно – рег. эл – та различают: золотниковые (зол., плоские), крановые, клапанные (мар., конич). (2 По способу управления) Могут управляться вручную, механически, электро-, гидро- или пневмоприводом. (3 По воздействию на поток: направляющие, дросселирующие) Правила построения условных обозначений распределителей установлены ГОСТ 2.781 – 68. указывают в числителе число внешних линий, в знаменателе – число позиций.
В обозначении распределителя указывают след. элементы: позиции запорно – регулирующего эл – та; внешние линии связи, подводимые к распределителю; проходы (каналы) и элементы управления. Число позиций изображают соответствующим числом квадратов. Проходы изображают прямыми линиями со стрелками, показывающими направление потоков рабочей жидкости в каждой позиции, а места соединения проходов выделяют точками. Закрытый ход изображают тупиковой линией с поперечным отрезком.
Внешние линии связи всегда подводят к исходной позиции. Принцип работы распределителя: необходимо мысленно на схеме передвинуть соответствующий квадрат на место исходной позиции, оставляя линии связи в прежнем положении.
Направляющие распределители изменяют направление, пускают или останавливают поток рабочей жидкости в зав. От упр. Воздействия. Дросселирующие не только изменяют направление потока, но и регулируют расход и давление рабочей жидкости в соответствии с изменением внешнего воздействия.
Золотниковые распределители могут быть с цилиндрическим и плоским золотником. Расход рабочей жидкости:
Q = 13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415- к-т расхода (0,61 0,65); в – ширина окна золотника, м; n – число окон распределителя; х – смещение золотника, м; 13 EMBED Equation.3 1415р – перепад давлений в щели распределителя, Па; 13 EMBED Equation.3 1415 - плотность рабочейжидкости, кг/м3.
Скорость движения жидкости в каналах распределителя – 10 15 м/с.
Крановые распределители применяют при небольших расходах и давлениях рабочей жидкости. Запорно – регулирующим эл – Ом в них явл – ся пробка (цил., конич.) совершающая поворотное дв. вокруг своей оси. Клапанные распределители имеют более высокую герметичность. По конструкции запорно – регулирующего Эл – та подразделяют на шариковые и конические. Клапанные распределители состоят из корпуса, шарикового или конич. клапана , пружины и толкателя, действующего на клапан. При заданном расходе диаметр клапана находят по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415.
V 13 EMBED Equation.3 14155 м/с; d – диаметр толкателя, м.
Усилие, необходимое для открытия клапана без учета сил трения:
Р = Р1 + Рпр – Р2 = 13 EMBED Equation.3 1415,
где z – жесткость пружины; H – предварительная деформация пружины; d – диаметр толкателя.
1.12. Кондиционеры.

Кондиционеры рабочей жидкости или воздуха служат для получения необходимых качественных состояний жидкости и газа. К ним относятся фильтры, сепараторы, теплообменные аппараты и воздухоспускные устройства, а также влагоотделители, маслораспылители, маслоотделители, теплообменники и глушители.
Фильтр – это аппарат для разделения жидких неоднородных смесей и газов при пропускании через пористую среду или пов-ть с отверстиями или щелями. Осн. эл – ты конструкции: корпус и фильтрующий эл – т. Подразделяют 1: на а) щелевые, б) сетчатые и в) пористые; г) отстойные и прямоточные. 2 а) полнопоточные и б) неполнопоточные. 3 материал фильтроэлементов: а) картон, б) бумага, в) проволока из нержавеющей стали, г) ткани, д) керамика, е) металлокерамика. Основные параметры фильтров:- тонкость фильтрования, 13 EMBED Equation.3 1415, мкм; - номинальное давление и номинальный расход жидкости или воздуха; - допустимый перепад давлений; - ресурс работы фильтроэлемента:
13 EMBED Equation.3 1415, где
Q – расход жидкости, м3/с; g – удельный расход ж. через ед. площ., м/с; 13 EMBED Equation.3 1415- перепад давления в фильтре, Па; 13 EMBED Equation.3 1415- динамическая вязкость, Пас.

Сепараторы – устройства для разделения неоднородных жидких и газообразных смесей под воздействием различных внешних силовых полей: магнитные, центробежные, отстойники, электростатические (гравитационные). Магнитные малы и просты по конструкции. Постоянный магнит вмонтируют в пробки корпусов гидробаков, насосов и др. устройств, которые располагают в нижних точках.
Центробежные сепараторы представляют собой центрифуги, вращающиеся от внешнего привода, либо внутренним гидрореактивным приводом: загрязняющие частицы отбрасываются под действием центробежных сил к стенкам ротора и осаждаются на них.
Отстойники – предназначены для очистки жидкости от взвешенных частиц под действием сил гравитационного поля. В виде самостоятельных конструкций применяются редко. Как правило, в гидробаках предусматривают специальные отстойные зоны (отсеки, полости).
Электростатические – для тонкой очистки раб. Среды от электризованных твердых частиц. Частицы в жидкости заряжаются в результате трения с диэлектрической жидкостью. Сепаратор состоит из 2-х электродов 2, покрытых пористыми пластинами 3. Попадая в электрическое поле, созданное электродами 2, помещенными в корпусе 1, частицы 4 притягиваются к тому или иному электроду в зависимости от знака заряда. В момент соприкосновения с электродом заряд частицы может нейтрализоваться. Для исключения этого на электроде устанавливают диэлектрические пластины 3.
Теплообменные аппараты служат для обеспечения заданной температуры рабочей жидкости и газа гидропневмопривода. По назначению: охладители и нагреватели. В основном применяют охладители, т.к. жидкость и газ при нагреве ухудшают характеристики. Охлаждение может быть воздушным или водяным. Нагреватели иногда устанавливают для обеспечения запуска и работы двигателя в условиях низких температур окружающей среды.
Влагомаслоотделители осушают рабочий воздух. В качестве фильтрующего элемента, в основном применяют минералокерамику.


1.13. Гидропневмо – емкости.

Гидро-, пневмоемкостью называют устройство, предназначенное для содержания в нем рабочей жидкости или газа с целью дальнейшего использования их в процессе работы гидро-, пневмопривода. По назначению различают гидробаки (ресиверы) и гидро-, пневмоаккумуляторы.
Гидробак – гидроемкость для питания объемного гидропривода рабочей жидкостью.
Ресивер – пневмоемкость для поддержания рабочего давления в пневмосистеме. Гидробаки должны также обеспечивать охлаждение рабочей жидкости, удаление из нее пузырьков воздуха, осаждение загрязнений и температурную компенсацию изменения объема. Гидробаки могут находиться под атмосферным (пониженным) и избыточным давлением. Основным параметром баков является номинальная вместимость, дм3 (объем жидкости между макс. и мин. уровнем). Ориентировочный объем для (приводов, баков) с разомкнутой циркуляцией составляет V13 EMBED Equation.3 1415(2-3)Q (минутных) подачи насоса дм3/мин. В баках, работающих под давлением нет контакта рабочей жидкости с сжатым воздухом (мембрана). Давление в сливной и напорной линиях в данном случае одинаковое. Данные баки очень чувствительны к перепаду температур.
Типовая схема открытого бака: 1 корпус, 2 крышка, 3 сливной тр – д; 4 заливная пробка с дренажным отв – м, 5 всасывающий тр – д, 6 сливные пробки, 7 перегородка. Крышка 2 – для предотвращения попадания в корпус 1 загрязнений. Для слива – пробки 6, и дно бака сделано с уклоном 5 100 в обе стороны. Для удлинения пути от сливного до всасывающего трубопровода перегородка высотой Н = 0, 67 Н0 – уровень жидкости. С этой же целью сливной трубопровод имеет срез по 13 EMBED Equation.3 1415450 в сторону стенки. В гидробаке должен быть указатель уровня жидкости – смотровое окно, контрольное отв – ие, датчик с поплавком. Основные параметры г/баков: V13 EMBED Equation.3 1415(2-3)Q; высота перегородки Н = 0, 67 Н0; глубина погружения труб гидролиний h113 EMBED Equation.3 1415(2 3)d, где d – диаметр трубопровода; высота расположения среза всасывающей трубы ото дна бака h113 EMBED Equation.3 14152d. Баки – из листовой стали сварной конструкции. Если насос уст. на бак, высота его расположения 13 EMBED Equation.3 1415700 мм. Закрытые баки с избыточным давлением для лучшего заполнения рабочих насосов и исключения кавитации.
Пневмо - гидравлический аккумулятор – емкость для накопления и возврата энергии жидкости или газа, находящимся под давлением. В зависимости от способа накопления энергии различают пружинные, аккумуляторы с упругим корпусом (грузовые г/а) и пневмогидроаккумуляторы. Первые два вида применяют при небольших давлениях и расходах. Основные параметры: номинальная вместимость и давление.
Вместимость пружинных аккумуляторов:
V = Sh,
S – площадь поршня;
H – ход поршня.
Давление жидкости:
р = 13 EMBED Equation.3 1415,

где Р1 – сила упругости пружины при ее предв. деф – ии, Н; z – жесткость пружины, Н/м; h – ход пружины, м.
В аккумуляторных пневмо- гидроприводах аккумуляторы применяют как основные источники энергии; 2 в насосных – как дополнительные. Также их применяют 3 для уменьшения пульсации давления в напорных пневмо- гидролиниях, 4 защиты гидро-, пневмосистем от возможных гидравлических ударов, а также 5 компенсации изменения объема при изменении температуры рабочей жидкости.


1.14. Гидро-, пневмолинии.

Гидро- пневмолиния – устройство для прохождения рабочей жидкости или газа от одного эл – та г/п к другому в процессе работы. 1 По назначению подразделяют на гидропневмолинии всасывающие, напорные, управления, сливные (г), дренажные (г), выхлопные (п). дренажные – для отвода утечек жидкости.
2 Конструктивно линии представляют собой трубопроводы, рукава, каналы. Соединения.
Трубопроводы – сб. единицы, состоящие из металлических труб и присоединительной арматуры (ниппель, накидная гайка, фланцы, быстроразъемные соединения). Для приводов с давлением до 40 МПа и выше применяют бесшовные трубы из углеродистой (20), легированной (20х) и коррозионно – стойкой сталей (12х18 Н 10Т). При давлениях 10 16 МПа применяют медные трубы. Мин. Радиусы гибки труб по оси: для D 13 EMBED Equation.3 1415 20мм, R13 EMBED Equation.3 1415 2,5D; для D > 20мм, R >3,5D. В качестве наполнителя при гибке используют лед при – 700с, спец. Эластичные гибкие металличиские оправки, дробь. Не допускается применять песок, т.к. происходит процесс шаржирования. Трубопроводы должны быть испытаны под давлением
13 EMBED Equation.3 1415 1,5 рном на прочность и 13 EMBED Equation.3 1415 рном на герметичность.
Рукава применяют в гидро- и пневмоприводах для соединения устройств, элементы, которых имеют значительные перемещения. Рукава состоят из внутреннего резинового слоя, хлопчатобумажных и металлических оплеток, промежуточного и наружного резиновых слоев. Выпускают 3 типа рукавов: I Р – М – Х – Р; (Т = -50 +1000С) II Р – М – Р – М – Х – Р; III Р – М – Р – М – р – М – Х – Р. Минимальный радиус изгиба > (6 25) dвнутр. 13 EMBED Equation.3 1415= 30 500МПа.
Применяют также – фторопластовые 13 EMBED Equation.3 1415 = 15 300 МПа. Рукава с металлическими оплетками Рраб = 50 210 МПа Т = -60 +2000С, а также – резиновые капорные рукава с нитяными оплетками Рраб = 15 100 МПа Т = -50 +1000С; - резиновотканевые рукава с текстильным каркасом, Рраб = 2,5 20 МПа Т = -35 +1000С, - гибкие металлические рукава Рраб13 EMBED Equation.3 1415300 МПа, Т = -200 +4000С. Осн. элемент – тонкостенная гофрированная оболочка из 12х18 Н 10Т, которая упрочняется намоткой бронирующей проволоки, а снаружи покрывается силовой проволочной обмоткой.
При расчетах трубопроводов и рукавов определяют условные проходы и проверяют прочность. Условный проход – внутренний диаметр трубы, рукава:

13 EMBED Equation.3 1415

Q – расход м3/с; V – скорость жидкости, м/с.
Толщина стенки для тонкостенных труб (13 EMBED Equation.3 141516 или 13 EMBED Equation.3 1415<1,7) определяется так:

13 EMBED Equation.3 1415, где
Рmax – макс. давление жидкости, Па; D – наружный диаметр трубы, м; m – допустимое отклонение диаметра, м; 13 EMBED Equation.3 1415

Для гнутых труб 13 EMBED Equation.3 1415уменьшают на 25 %.
Для толстостенных труб – ф-ла Лямэ:

13 EMBED Equation.3 1415,
13 EMBED Equation.3 1415- напряжение в стенках трубы;
р - давление жидкости или газа.
2. Пневмо- и гидросистемы автомобилей

2.1. Газораспределительный механизм

Механизм газораспределения относится к пневмосистемам автомобиля. Он предназначен для своевременного впуска в цилиндры воздуха (дизели) или горючей смеси (карбюраторные и газовые двигатели) и выпуска из них отработавших газов. Газораспределительный механизм может иметь верхнее расположение клапанов (в головке блока цилиндров) или нижнее (в блоке ц.). современные автодвигатели имеют верхнее расположение клапанов, причем распределительный вал может располагаться как в блоке, так и в головке блока цилиндров или на ней (ВАЗ, Москвич, ГАЗ-3102). Нижнее расположение у двигателей ГАЗ-52-04 и ЗИЛ-157 КД.
Основными элементами системы газораспределения являются: распределительный вал, приводимый в движение либо непосредственно от коленчатого вала двигателя, либо через промежуточный вал (ГАЗ 3102), клапаны впускные и выпускные, толкатели, штанги (нижнее расположение), рычаги, коромысла.
Рабочий цикл (четырехтактного) двигателя совокупность периодически повторяющихся в цилиндре двигателя процессов, обуславливающих превращение тепловой энергии в механическую. Процессы, происходящие в цилиндре за 1 ход поршня – такт. Есть 2-х тактные (мотоциклы, пускачи) и 4-х тактные двигатели. Рабочий цикл 4-х тактного карбюраторного двигателя протекает следующим образом:
Такт впуска. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ. При этом распределительный вал открывает впускной клапан; выпускной клапан закрыт, и в цилиндр поступает горючая смесь из паров бензина и воздуха. В НМТ давление в цилиндре составляет р = 0,0150,095 НПа, температура Т = 45125 оС.
Такт сжатия. Впускной клапан закрывается. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Температура и давление горючей смеси повышаются. В зависимости от степени сжатия при конце такта их значение достигают р = 0,81,5 МПа, Т = 300525 оС.
Такт расширения (рабочий ход). В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от искры и происходит ее быстрое сгорание. При этом р = 3,56 МПа, Т = 20252500 оС. Под действием такого давления поршень совершает движение от ВМТ к НМТ и через шатунно-кривошипный механизм передает вращение коленчатому валу. В конце рабочего хода поршня давления в цилиндре и температура снижаются до р = 0,30,15 МПа, Т = 9001425 оС.
Такт выпуска. В конце рабочего хода распределительный вал открывает выпускной клапан и при движении от НМТ к ВМТ продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. К концу такта р = 0,1020,12 МПа, Т = 500800 оС. около ВМТ выпускной клапан закрывается под действием распределительного вала и открывается впускной. Цикл повторяется.
Рабочий цикл в четырехтактном дизеле реализуется следующим образом:
Такт впуска. При движении поршня от ВМТ к НМТ, открывается впускной клапан, в цилиндр поступает воздух Р = 0,080,09 МПа, Т = 3575 оС.
Такт сжатия. При движении поршня от НМТ к ВМТ впускной и выпускной клапан закрыты. Р = 36 МПа, Т = 425700 оС, что гораздо выше, чем у карбюраторных. t оС должна быть выше, чем температура возгорания топлива. В конце такта сжатия начинается впрыскивание топлива, которое перемешивается с воздухом и начинает гореть до прихода поршня в ВМТ.
Такт расширения (рабочий ход). В цилиндр продолжается впрыск топлива через форсунку из топливного насоса. Процесс возгорания интенсифицируется и достигает максимума после прохода поршнем ВМТ. Давление достигает р = 5,59 МПа, Т = 14252000 згорания топлива, чем у карбюраторных.выпускной клапан закрытыывпускной.чатому валу.ческую.ны впус оС. В конце рабочего хода начинает открываться выпускной клапан, около НМТ р = 0,30,5 МПа, Т = 7001225 оС.
Такт выпуска. При движении поршня от НМТ к ВМТ полностью открывается выпускной клапан и отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. К концу такта р = 0,1050,125 МПа, Т = 325700 оС.
При дальнейшем вращении выпускной клапан закрывается, открывается под воздействием распределительного вала и процесс (цикл) повторяется.
В обеих типах двигателей рабочим является только такт сгорания – расширения №3, а такты впуска, сжатия, выпуска – вспомогательные.
Дизели более экономичны, чем карбюраторные и газовые. Потребляют более дешевое топливо, более безопасны имеют большой ресурс до кап. Ремонта (400800*10 3 км). Но дороже в 1,52 раза и имеют большую массу.
В действительности открытие и закрытие клапанов не совпадают с положениями поршней в мертвых точках. Это связано с тем, сто при больших числах оборотов двигателей время впуска и выпуска составляет тысячные доли секунды. Если открытие и закрытие клапанов будет строго в МТ, то наполнение цилиндров горючей смесью и очистка от продуктов сгорания будут неполными. В связи с этим моменты открытия и закрытия клапанов относительно МТ (фазы газораспределения) происходят с определенным запаздыванием или определением.
Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов выпускной клапан должен открываться до достижения поршнем НМТ, а закрываться после ВМТ. С целью лучшего наполнения цилиндров смесью впускной клапан должен открываться до достижения поршнем ВМТ, а закрываться после НМТ. Период, в течение которого оба клапана открыты, называют перекрытием клапанов.
Фазы газораспределения подбираются опытным путем в зависимости от быстроходности двигателя и конструкции впускной и выпускной систем. Фазы выполняются либо в виде таблиц, либо в виде круговых диаграмм.
При уменьшении зазора между толкателем и коромыслом продолжительность открытия клапанов возрастает, при увеличении – уменьшается. ВАЗ 2108, 2106 – увеличение зазора.


2.2. Система охлаждения

2.2.1. Общие положения

Данная система предназначена для поддержания оптимального теплового режима двигателя регулируемым отводом теплоты от наиболее горячих деталей.
В современных автомобильных двигателях в полезную работу превращается лишь 2340 % теплоты, выделяющейся в цилиндрах. При перегреве двигателя теряется мощность и возрастает расход топлива. С другой стороны чрезмерное охлаждение приводит к ухудшению топливной экономичности и снижению срока службы. Поэтому следует поддерживать температуру двигателя независимо от нагрузки и температуры окружающей среды в пределах 85100 оС.
В современных двигателях применяют воздушное или жидкостное охлаждение.
При первом охлаждение осуществляется через оребренные поверхности блока и головки цилиндров потоком воздуха, создаваемым многолопастным вентилятором. Преимущества: простота конструкции, уменьшение массы, удобства обслуживания. Недостатки: необходимость дополнительной мощности для привода вентилятора, возможность перегрева, трудность запуска зимой.
Наиболее широкое применение получила жидкостная система охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Она лучше регулируется и равномернее охлаждает детали, бесшумна, потребляет немного мощности на привод насоса и вентилятора. Но эта система дороже и сложнее.
Охлаждающая жидкость циркулирует в пространстве между двойными стенками в блоке и головке блока цилиндров (рубашке). Циркуляцию обеспечивает насос который приводится в движение от коленчатого вала клиноременной передачи. В зависимости от теплового состояния двигателя циркуляция происходит по большому или малому кругу. При пуске и работе непрогретого двигателя, когда tо.ж. < 72 оС. Жидкость циркулирует по малому кругу: от насоса к двигателю и обратно через перепускной клапан. Регулирование осуществляется термостатом, изменяющим свои размеры в зависимости от температуры жидкости. При нормальном тепловом режиме циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется по большому кругу: от двигателя в радиатор от туда к насосу и вновь к нагретым деталям. При прохождении через радиатор теплота жидкости передается в окружающую среду.
Поток охлаждающей жидкости иногда специальным трубопроводом или продольным каналом направляется в первую очередь к наиболее нагретым деталям и узлам: выпускным каналам, стенкам камеры сгорания, свечам зажигания и т. д.
Система жидкостного охлаждения в современных двигателях выполняется закрытой, то есть сообщается с атмосферой не напрямую, а через клапаны давления в пробке (крошке) радиатора или расширительного бочка. При этом повышается температура кипения охлаждающей жидкости (вода, антифриз) до температуры 110112 оС при давлении < 0,12 МПа.
Система охлаждения так же применяется для охлаждения компрессоров пневматической системы тормозов, а так же для отопления кабины водителя или салона автомобиля или автобуса.

2.2.2. Узлы системы охлаждения

Для создания принудительной циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения служит жидкостный насос центробежного типа. Он приводится в движение от коленчатого вала клиноременной или зубчатоременной передачи (ВАЗ 2108, 2109, 2110).
По подающему патрубку жидкость подается к центру крыльчатки и под действием центробежной силы отбрасывается к периферии корпуса, где располагается отводной патрубок. У центра крыльчатки – повышенное давление, на периферии – пониженное. Под действием этого перепада и происходит циркуляция охлаждающей жидкости.
Для охлаждения жидкости отводимой от двигателя предназначается радиатор. Он состоит из верхнего и нижнего бачков, соединенных между собой 34 рядами латунных или алюминиевых трубок. Трубки выполняют овальными для увеличения поверхности охлаждения в сердцевину радиаторов вводят латунные или стальные охлаждающие ребра пластинчатой или ленточной конструкции.
В заливной горловине верхнего бачка устанавливается пробка, в которой установлены впускной и выпускной клапаны. В некоторых автомобилях (ВАЗ 2108) заливных горловин нет и охлаждающую жидкость заливают через расширительный бачок, служащий для поддержания объема циркулирующей жидкости. В некоторых есть и горловина и бачок (ЗИЛ, КАМАЗ 5320, ВАЗ 2105, Москвич 2140). При повышении давления в системе охлаждения более чем Р > 0,0450,12 МПа выпускной клапан открывается и пар или жидкость поступают в расширительный бачок. При уменьшении давления в системе Р < 0,01 МПа при охлаждении открывается впускной клапан для выравнивания давления и избежания деформации верхнего бачка. Для обогрева салона легковых автомобилей применяют специальный малый радиатор, управляемый краном.
Для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматического поддержания теплового режима служит термостат. Его устанавливают на выходе охлаждающей жидкости из рубашек охлаждения головок цилиндров или впускного трубопровода в двигателя. Они могут быть твердыми (ВАЗ, ЗИЛ, КАМАЗ, Москвич) или жидкостными (Волга, ГАЗ 5312, сифонного типа). В режиме прогрева двигателя охлаждающая жидкость не поступает от двигателя в радиатор. При достижении t = 7084 оС наполнитель увеличивается в объеме и начинает открывать клапан и охлаждающая жидкость поступает в радиатор. Полное открытие при t = 8194 оС.
Все двигатели с жидкостным охлаждением имеют один элемент пневмосистем – вентилятор, который служит для увеличения скорости потока воздуха проходящего через радиатор. На многих автомобилях он приводится в движение клиноременной передачей от коленчатого вала. Устанавливается на одном валу с жидкостным насосом. На двигателях ЯМЗ 236, 238 – от системы зубчатых колес. На некоторых двигателях ( ГАЗ, КАМАЗ) применяют отключаемые муфтами вентиляторы (включение t 7590 оС, отключение t 7080 оС от теплового реле)на автомобилях ВАЗ 2108 вентилятор приводится во вращение специальным электродвигателем, включается и выключается от термодатчиков.


2.3. Система смазки двигателей


2.3.1. Общие положения

Основное назначение данной системы – обеспечение смазки трущихся пар двигателя. Способы смазки: под давлением; окунанием; поливом; разбрызгиванием. Кроме этого при работе данной системы происходит частичное охлаждение смазываемых поверхностей и они защищаются от коррозии. Основными элементами любой смазочной системы автомобилей являются: масляный насос, фильтры масла, масляный радиатор, маслоприемник, поддон и различные клапаны. Принцип работы системы смазки автомобильных двигателей заключается в следующем: масло из поддона картера через маслоприемник нагнетается насосом в фильтр тонкой очистки, из которого оно подается в главную масляную магистраль, выполненную в виде продольных смазочных каналов в блоке цилиндров. Из главной магистрали по поперечным каналам в блоке и головке блока масло подается под давлением к коренным и шатунным подшипников коленчатого вала, подшипникам опорных шеек распределительного вала к осям коромысел и верхним наконечникам штанг. В отдельных конструкциях под давлением смазывают втулки верхней головки шатуна и поршневые пальцы, а также отдельные агрегаты (компрессоры, насосы топливные высокого давления, шестерни привода масляного насоса и распределителя зажимания). К остальным деталям двигателя (стенки цилиндров и поршней, поршневым пальцам, устройству натяжения цепи, стержням и направляющим втулкам клапанов) масло подается разбрызгиванием или самотекам, то есть в современных двигателях применяют комбинированную систему смазки. Радиатор для охлаждения масла устанавливают на грузовых автомобилях и ГАЗ – 24, 31.


2.3.2. Основные узлы системы смазки

Для нагнетания масла в магистральные каналы и подачи его под давлением к трущимся поверхностям узлов двигателя автомобиля служит масляный насос шестеренчатого типа. Зацепление зубчатых колес может быть внутренним (ВАЗ 2108, 2115, Таврия) и внешним. Насосы могут быть одно – легковые автомобили, и двухсекционными (ЗИЛ, КАМАЗ),причем одна секция направляет масло через фильтры в нагнетающие каналы, а вторая к радиатору. Одна из шестерен насоса устанавливается на валу, который приводится в движение от коленчатого вала или распределительного вала клиноременной, зубчатоременной или зубчатой передачей. В двигателях ВАЗ 2108, 2115, МеМЗ-245 шестерня устанавливается на коленчатом валу. Зубчатое колесо свободно вращается на оси насоса. В конструкции насосов предусматриваются редукционные клапаны для поддержания заданного давления в системе смазки (0,30,9 МПа). В двухсекционных насосах редукционные клапаны устанавливаются так же в радиаторной гидролинии (Р = 0,120,15 МПа). У КАМАЗов такой клапан еще и в полости нагнетания (Р = 0,80,85 МПа).
Важную роль в смазочной системе двигателей играют масляные фильтры, очищающие масло от продуктов изнашивания, нагара, смол и пыли. Предварительно масло фильтруется проходя через сетчатый маслоприемник.
В современных двигателях применяют фильтры тонкой очистки со сменным фильтроэлементом и сепараторы центробежной очистки масла – центрифуги (грузовые автомобили). Если через фильтр проходит только часть масла системы, то – неполнопоточный, если все – полнопоточный. Центрифуги приводятся в движение струей масла под давлением из жиклеров (n = 50006000 об/мин). Частицы износа, нагара под действием центробежной силы отбрасываются и оседают на внутренней поверхности колпака. Фильтры со сменным фильтроэлементом имеют перепускные клапаны на случай засорения и противодренажные клапаны для сохранения запаса масла в корпусе фильтра, что обеспечивает подачу масла в двигатель сразу после пуска.
Для поддержания нормальной температуры масла 6585 оС на грузовых автомобилях устанавливают масляные радиаторы водяного (автобус, ЛиАЗ – 677М) или воздушного охлаждения. В последнем случае его располагают перед радиатором системы охлаждения. Его отключают при t < 0 оС и при пуске холодного двигателя специальным краном. Для двигателей легковых автомобилей достаточно обдува поддона картера и вентиляции картера.



2.3.3. Вентиляция картера

Вентиляция – это удаление прорвавшихся в картер продуктов сгорания топлива и паров масла. Вентиляция способствует увеличению срока службы масла, предотвращает возникновение в картере повышенного давления и исключает их попадания в атмосферу или кузов автомобиля.
Вентиляция картера может быть естественной – открытой, когда картерные газы отводятся через маслоотделитель в атмосферу (КАМАЗ, МАЗ, ГАЗ 53, ГАЗ 24), либо закрытой – принудительной (ЗИЛ 130, ВАЗ, Москвич).
При закрытой вентиляции картера газы по вытяжному шлангу поступают в корпус маслоотделителя (винтовая сетка), откуда газы поступают во впускной трубопровод и после смешивания горючим – в полость цилиндра. Такая система более совершенна, чем открытая, так как в этом случае уменьшается выброс токсичных веществ в атмосферу. Интенсивность вентиляции регулируется специальным регулирующим клапаном, либо золотниковым механизмом, установленным на валу заслонки карбюратора.



2.4. Усилители рулевых приводов

Для уменьшения усилия, затрачиваемого при повороте рулевого колеса, смягчения ударов от неровностей дороги и повышения безопасности при разрыве шин передних колес в конструкцию рулевого управления некоторых автомобилей вводят усилители. Различают пневматические и гидравлические, электрические усилители. Предпоследние получили наибольшее распространение по причине компактности эффективности и надежности. Конструктивно их выполняют объединенными с рулевым механизмом в одном картере (ЗИЛ, КАМАЗ) или вынесенными отдельно (МАЗ, ГАЗ 66, ПАЗ).
Гидроусилитель, объединенный с рулевым механизмом состоит из следующих элементов: цилиндр (картер), поршень – рейка с жестко закрепленной в нем гайкой, которая посредством шариков и винтовых канавок зацеплена (соединяется) с винтом, приводимым во вращение рулевым валом; к картеру крепится корпус клапана, в котором размещен золотник, перемещающийся при вращении рулевого вала за счет соединения винт – гайка: поршень – рейка находится в зубчатом зацеплении с зубчатым сектором вала, на котором крепится сошка. Усилитель рулевого управления имеет гидропривод от лопастного насоса, приводимого в действие клиновым ремнем от шкива коленчатого вала. Масло или жидкость заливается в специальный бачок с фильтром. Принцип действия усилителя основан на использовании давления масла на торцы поршня – рейки, которое создает дополнительную силу, передвигающую поршень – рейку.
Когда автомобиль движется прямо, жидкость подаваемая насосом, через клапан управления, в обе полости цилиндра и возвращается в бачок. Поворот рулевого колеса вправо или влево вызывает перемещение золотника по отношению к корпусу клапана управления. При этом отключается подача в одну из полостей цилиндра, увеличивая подачу жидкости в другую полость. В результате происходит усиленное перемещение поршня – рейки и поворот зубчатого сектора.
В картере размещен аварийный шариковый клапан на случай отказа насоса или повреждения гидролинии. Он соединяет линию высокого давления с линией слива.
Насос гидроусилителя лопастного типа состоит из следующих основных элементов: корпус, вал шлицевой, ротор с лопастями, статор, закрепленный между корпусом и крышкой, внутри которой размещен распределительный диск, перепускной и предохранительный клапаны.
Насос начинает работать одновременно с двигателем. При этом лопасти прижимаются к статору под действием центробежных сил. Масло из корпуса попадает в пространство между лопастями и вытесняется ими при вращении ротора через распределительный диск в полость нагнетания и далее в магистраль высокого давления. Через перепускной клапан жидкость начинает поступать обратно в бачок при больших скоростях вращения насоса, когда в систему начинает поступать излишнее количество масла. За один оборот ротора происходит два цикла всасывания и нагнетения.
Гидроусилитель, выполненный отдельно от рулевого механизма (МАЗ, ГАЗ 66), состоит из следующих основных компонентов: распределитель, корпус с шаровыми шарнирными пальцами, к которым крепятся рулевая сошка и продольная тяга, силовой гидроцилиндр со штоком, шарнирно закрепленным к кронштейну рамы автомобиля, трубопроводы, шестеренчатый насос, установленный на двигатель автомобиля, соединительные шланги и трубопроводы. Полости гидроцилиндра, разделенные поршнем, соединены трубопроводами с каналами корпуса распределителя и полостью золотника.
При прямолинейном движении автомобиля масло от насоса поступает к распределителю и далее по средней кольцевой полости в сливную магистраль и бачок. Во время поворота рулевого колеса рулевая сошка через шаровый палец перемещает золотник в сторону от нейтрального положения. При этом нагнетательная и сливная полости в корпусе распределителя разобщаются средним буртиком золотника, и масло начинает поступать в соответствующую полость силового цилиндра, перемещая его относительно поршня, закрепленного на штоке. Жидкость из другой полости цилиндра выдавливается через средний паз распределителя в сливной трубопровод. Движение цилиндра через шаровый палец и связанную с ним рулевую тягу передается колесам.
Если прекратить вращение рулевого колеса, золотник останавливается, но корпус распределителя будет перемещаться до тех пор, пока золотник не займет среднее положение. При этом начинается слив масла в бачок, а поворот колес прекращается. Этот недостаток – инертность системы гидроусилителя.
В корпусе распределителя устанавливают обратный клапан для перепуска масла из одного отсека гидроцилиндра в другой при неработающем двигателе или при буксировке автомобиля.

2.5. Система питания
Карбюраторные двигатели

2.5.1. Смесеобразование и состав горючей смеси

Сущность процесса смесеобразования заключается в получении мельчайших частиц бензина, полного их испарения и перемешивания с воздухом. Процесс получения смеси воздуха с распыленным бензином – карбюрация. Полученная таким образом смесь – горючая.
В цилиндрах двигателя эта смесь перемешивается с оставшимися продуктами сгорания, в результате чего образуется рабочая смесь. Смесеобразование в карбюраторе двигателя происходит за тысячные доли секунды. Распыление топлива совершается в основном из-за разности скоростей поступления топлива (51 м/с) и воздуха (100150 м/с). Чем выше скорость воздуха, тем выше тонкость распыления бензина и его скорость испарения. Испарение интенсифицируется еще за счет подогрева горючей смеси от горячих стенок цилиндров, днищ поршней. Если этого мало, горючую смесь подогревают при прохождении через впускной трубопровод. Оптимальная toC смесеобразования = 4565 oC.
В зависимости от соотношения бензина и воздуха в смеси различают смеси богатые: < 1:12; обогащенные 1:121:15; нормальные 1:15; обедненные 1:151:17; бедные > 1:17. наиболее экономные - на обедненной смеси.


2.5.2. Устройство системы питания бензиновых
карбюраторных двигателей

Данная система автомобиля является пневмогидравлической. Она предназначена для хранения и очистки топлива, очистки воздуха, приготовления и подвода к цилиндрам горючей смеси, отвода отработавших газов и снижения шума при этом.
В состав системы питания карбюраторных двигателей входят: топливный бак, подводящий и сливной трубопроводы, фильтр тонкой очистки топлива, топливный насос, воздухоочиститель, карбюратор, впускной и выпускной трубопроводы, глушитель шума.
Бензин из бака через фильтры подается насосом к карбюратору. Одновременно в карбюратор засасывается и фильтруется воздух. В карбюраторе происходит смешение. Затем по выпускным трубопроводам горючая смесь поступает в цилиндры, где сгорает и совершает работу. Затем через выпускной трубопровод и приемные трубы отработавший газ поступает в глушитель и из него в выпускную трубу и атмосферу.
Топливный бак представляет собой гидроемкость из тонкой листовой стали или пластмассы для хранения запаса бензина в автомобиле на (400600 км). Внутри бака расположены перегородки для повышения жесткости и предотвращения гидравлических ударов. Форма топливного бака, особенности конструкции его наливной горловины и способ крепления зависят от места установки. Горловина плотно закрывается пробкой, в которую встраиваются два клапана, настроенные на разрежение (1,54 КПа) и избыточное давление (0,010,02 МПа). В баке монтируется топливозаборное устройство. В автомобиле ВАЗ – 08 вместо клапанов применяют сепаратор или трубку вентиляции (ВАЗ 0106).
Для очистки топлива от механических примесей служат топливные фильтры различной конструкции. В горловине бака устанавливается сетчатый фильтр. На грузовых автомобилях между баком и насосом устанавливается фильтр-отстойник грубой очистки, а между насосом и карбюратором – тонкой очистки. В легковых автомобилях устанавливается только фильтр тонкой очистки между баком и топливным насосом. Сетчатые фильтры устанавливают также в крышке топливного насоса и в штуцере поплавковой камеры карбюратора. Фильтр грубой очистки состоит из пластинок с выступами; тонкой – имеет керамический, картонный или мелкосетчатый фильтрующий элемент.
Воздух, поступающий в карбюратор должен быть очищен, для чего над карбюратором устанавливают воздухоочистители либо масляно-инерционные двухступенчатые (ЗИЛ, ГАЗ), либо сухие со сменным фильтрующим элементом (ВАЗ, Москвич). В двухступенчатых воздух очищается сначала при изменении направления движения и контакте с маслом, в котором оседают крупные частицы пыли. Затем он проходит через сухой фильтрующий элемент из капронового волокна или металлической сетки. В сухих фильтрах воздух очищается, проходя через фильтрующий элемент из специальной пористой бумаги или картона, обвернутого синтетической ватой.
Для принудительной подачи топлива в поплавковую камеру карбюратора служит топливный насос. В современных автомобилях применяют насосы мембранного (диафрагменного типа). Они приводятся в движение от эксцентрика, воздействующего через штангу на коромысло (ЗИЛ, Москвич), либо без штанги на коромысло, либо от эксцентрика, установленного на валу маслонасоса через толкатель на рычаг. При движении диафрагмы вниз открывается впускной клапан и закрывается выпускной, происходит накопление полости насоса. При движении вверх впускной клапан закрывается, выпускной открывается и бензин вытесняется в трубопровод и карбюратор. При наполнении поплавковой камеры диафрагма остается в нижнем положении, и насос работает вхолостую.
Впускной трубопровод служит для подвода горючей смеси к цилиндрам. Он подогревается О.V. или отработавшими газами для лучшего испарения бензина и крепится к головке блока цилиндров. Выпускной трубопровод для отвода отработавших газов к глушителю, состоящему из трубы с большим количеством отверстий и перегородок. Там газы расширяются, снимают скорость, что приводит к уменьшению шума.


2.5.3. Принцип работы карбюратора

Карбюратор – это пневмо-гидроприбор, предназначенный для приготовления горючей смеси. Он устанавливается на впускном трубопроводе двигателей. Принцип работы карбюраторов эмульсионного типа заключается в том, что из-за большой разницы в скоростях движения топлива и воздуха, проходящих через смесеобразующее устройство, струя топлива разбивается на мельчайшие частицы с образованием паровоздушной фазы горючей смеси.
Простейший карбюратор состоит из поплавковой камеры с поплавком и игольчатым клапаном распылителя с жиклером, входной камеры с воздушной заслонкой, смесительной камеры, где размещены диффузор, распылитель и дроссельная заслонка.
Из бака по топлевопроводу с помощью насоса бензин поступает в поплавковую камеру, в которой с помощью поплавка и игольчатого клапана поддерживается постоянный уровень топлива. Для поддержания атмосферного давления в поплавковой камере предусмотрено отверстие. Жиклер – это трубка или пробка с калиброванным отверстием, пропускающим определенное количество топлива. Распылитель – имеет вид тонкой трубки или канала в корпусе карбюратора. При такте выпуска, когда поршень движется вниз, а впускной клапан открыт, в цилиндре, впускном трубопроводе и смесительной камере карбюратора создается разрежение и поток воздуха устремляется через воздушный фильтр в смесительную камеру. Одновременно из распылителя вытекает топливо под воздействием того де разрежения. Так как диффузор имеет сужение, воздух движется со значительной скоростью (50150 м/с), чем увеличивает разрежение около выхода распылителя. Бензин, попадая в струю воздуха размельчается, испаряется и смешивается с воздухом (пульверизация). По мере расхода бензина из поплавковой камеры, поплавок опускается, игольчатый клапан открывается. Таким образом поддерживается постоянный уровень в распылителе. При неработающем двигателе уровень топлива в поплавковой камере должен быть ниже верхнего конца распылителя на 14 мм.
Количество горючей смеси, поступающей в цилиндры, регулируется дроссельной заслонкой, управляемой педалью из кабины. Воздушной заслонкой можно изменять проходное сечение для воздуха, чем увеличивается разрежение в смесительной камере и подача топлива. Ей пользуются при пуске холодного двигателя. При открытии дроссельной заслонки увеличивается разрежение в смесительной камере. Вследствие этого увеличивается скорость воздуха и истечения топлива. Но количество топлива возрастает быстрее, чем количество воздуха, необходимого для образования нормальной смеси. Из-за этого смесь становится все более обогащенной, то есть простейший карбюратор с одним жиклером не обеспечивает необходимого состава рабочей смеси при различных частоте и нагружении коленвала и двигателя. С целью гибкого регулирования состава горючей смеси в соответствии с условиями эксплуатации в конструкцию карбюратора вводят дополнительные устройства и системы:
- главная дозирующая система;
- система холостого хода;
- экономайзер;
- ускорительный насос;
- система запуска.
Главная дозирующая система препятствует чрезмерному обогащению горючей смеси и способствует получению постоянного состава обедненной экономичной г. с. при работе двигателя на средних нагрузках. В отечественных карбюраторах применяют способ пневматического торможения топлива.
Суть его в том, что в гидролинию распылителя включают воздушный жиклер, обеспечивающий поступление воздуха в распылитель. Во время открытия дроссельной заслонки воздушный жиклер так же уменьшает разрежение, действующее на главный жиклер. Вследствие этого топливо из главного жиклера подается под действием разряжения, возникающего в колодце воздушного жиклера, а не в диффузоре. В результате из распылителя поступает смесь бензина с некоторым количеством воздуха (эмульсия), что обеспечивает получение экономичной обедненной горючей смеси постоянного состава.
Система холостого хода предназначена для приготовления рабочей смеси двигателя с небольшими нагрузками с практически закрытой дроссельной заслонкой. На таких режимах разрежение в смесительной камере незначительное и главная дозирующая система не работает. В этом случае используется большое разрежение ниже дроссельной заслонки. Данная система состоит из топливного и воздушного жиклеров, каналов для поступления топлива и воздуха, двух отверстий для выхода в смесительную камеру и регулировочного винта.
Под действием значительного разрежения под дроссельной заслонкой топлива истекает из топливного жиклера холостого хода, смешивается с воздухом, поступающим через воздушный жиклер, а затем и через отверстие, расположенное выше дроссельной заслонки. Полученная эмульсия распыляется воздухом, проходящим через щель между дроссельной заслонкой и стенкой смесительной камеры. При этом получается обогащенная смесь. Когда дроссельная заслонка начинает открываться, эмульсия поступает через оба отверстия чем обеспечивает плавный переход к малым и средним нагрузкам.
Регулировка холостого хода осуществляется изменением сечения нижнего отверстия регулировочным винтом, а так же изменением положения дроссельной заслонки при отпущенной педали «газа».
Экономайзер предназначен для обогащения горючей (рабочей) смеси при полных нагрузках. Начинает действовать при открытии дроссельной заслонки более, чем на ѕ (15%). Система экономайзера состоит из клапана, жиклера, канала, соединенного с распылителем и системы (устройства) открытия клапана (механическая, пневматическая ВАЗ 2108,09).
При открытии дроссельной заслонки более, чем на ѕ через систему рычагов или за счет снижения разряжения за дроссельной заслонкой открывается клапан экономайзера, и топливо через жиклер экономайзера поступает в распылитель главной дозирующей системы, а оттуда в смесительную камеру. Причем канал экономайзера подводится (у некоторых авто) после воздушного жиклера главной дозирующей системы. В результате образуется обогащенная горючая смесь, необходимая для получения наибольшей мощности двигателя.
Ускорительный насос служит для временного обогащения горючей смеси при резком нажатии на педаль акселератора. Это улучшает динамические качества автомобиля. Ускорительный насос состоит из следующих основных элементов:
- колодца с поршнем или полости с диафрагмой;
- клапанов обратного и нагнетательного;
- распылителя;
- привода.
Привод может быть совмещен с приводом экономайзера.
При резком открытии дроссельной заслонки под действием рычага и тяги, либо кулачка и рычага привода поршень или диафрагма быстро перемещаются, вызывая резкое возрастание давления топлива. При этом обратный (впускной) клапан закрывается, а нагнетательный (выпускной) открывается, и порция топлива через распылитель впрыскивается в смесительную камеру, обогащая горючую смесь. При обратном ходе нагнетательный клапан закрыт, а через обратный заполняет колодец (полость) ускорительного насоса. Если дроссельная заслонка открывается плавно, обратный клапан остается открытым, нагнетательный – закрытым и топливо (перетекает) вытесняется в поплавковую камеру через обратный клапан.
Система пуска предназначена для обогащения горючей смеси при спуске и прогреве холодного двигателя. Данная система состоит из воздушной заслонки с клапанами и привода, позволяющего одновременно с закрытием воздушной заслонки несколько приоткрывать дроссельную заслонку. Воздушную заслонку закрывают для получения богатой горючей смеси. При значительном разрежении в смесительной камере открывается клапан на заслонке и предотвращает чрезмерное обогащение горючей смеси.
Ось заслонки устанавливается эксцентрично, чтобы под действием разности давлений на обе части заслонки она стремилась открыться. Давления приоткрывания заслонки регулируется возвратной пружиной.


2.6. Система питания бензиновых двигателей
с впрыском топлива

2.6.1. Общие положения

Особенностью данных систем питания является отсутствие карбюратора и осуществление подачи топлива через управляемые форсунки. Основные преимущества систем впрыска по сравнению с карбюраторами заключается в следующем:
а) раздельное дозирование топлива и воздуха, при этом одной и той же подаче воздуха может соответствовать разная подача бензина;
б) возможность коррекции основной программы дозирования по многим факторам:
- нагрузка;
- скорость;
- t оС воздуха;
- t оС охлаждающей жидкости;
- атмосферное давление;
- количество вредных веществ;
в) возможность точного дозирования смеси, требуемого для нейтрализации отработавших газов в системах с кислородными датчиками ;
г) улучшение мощности и экономичности двигателя на 515 %, за счет точного распределения дозирования топлива (57 % по ср. с карбюр. – 1125 %);
д) встроенная диагностика.
Недостатки:
- большая стоимость (в 25 раз);
- сложность устройства;
- сложность эксплуатации.
Наибольшее распространение получили системы с электронным управлением, в которых подача бензина регулируется изменением длительности впрыска. По количеству форсунок данные системы можно разделить так:
- с индивидуальной форсункой для каждого цилиндра (распределенное впрыскивание);
- с индивидуальными форсунками для каждого цилиндра и одной пусковой, общей для всех цилиндров;
- с одной форсункой для всех цилиндров (центральных впрыск).
Впрыск топлива может осуществляться кА непосредственно в цилиндр, так и во впускной трубопровод. Первый способ не применяется широко из-за неблагоприятных условий работы форсунки, трудности размещения ее в камере сгорания и необходимости довольно высокого давления впрыска 3,510 МПа.
Наиболее часто применяют системы с впрыском бензина во впускной трубопровод форсунками под давлением 0,150,4 МПа. Топливо подается по следующим методам:
Синхронному – при определенном положении коленчатого вала;
Асинхронному – независимо от вращения коленчатого вала (режим пуска двигателя).
Система непосредственного впрыска топлива состоит из следующих элементов: ЭБУ, топливный бак, топливопровод высокого и низкого давления, электробензонасоса, топливных фильтров, регулятора давления топлива, электромагнитных форсунок, системы подачи воздуха и различных датчиков: t оС О.V.; детонации; концентрации кислорода; массового расхода воздуха; скорости; положения дроссельной заслонки; положения коленчатого вала. Управление системой впрыска осуществляется электронным блоком управления (ЭБУ).
Система работает следующим образом:
Топливо из бака засасывается электробензонасосом, а затем через фильтры нагнетается в топливную магистраль, давление в которой поддерживается редукционным клапаном. Избыток топлива возвращается в бак.
Из топливной магистрали бензин подается к форсункам, которые подают его в зону впускных клапанов. Количество подаваемого топлива регулируется электрическим импульсным сигналам от ЭБУ.
Воздух поступает через измеритель расхода воздуха и впускной трубопровод. Количество подаваемого воздуха регулируется заслонкой дроссельной.
ЭБУ анализирует данные о состоянии двигателей, приходящие к нему от различных датчиков, и рассчитывает потребность в топливе, и определяет необходимую длительность подачи топлива форсунками (длительность цикла).


2.6.2. Режимы работы. Основные элементы.

ЭБУ обеспечивает следующие режимы работы топливной системы впрыска:
- режим впуска двигателя;
- первоначальный впрыск топлива;
- режим продувки двигателя;
- рабочий режим управления топливоподачей;
- режим обогащения при ускорении;
- режим мощностного обогащения;
- режим обеднения при торможении;
- режим отключения подачи топлива при торможении двигателем;
- компенсация падения напряжения;
- отключение подачи топлива.
Точность и равномерность дозирования во многом зависят от качества форсунок. В корпусе форсунки размещается клапан с распылительным наконечником. Клапан прикреплен к якорю электромагнита и поджат в обесточенном состоянии пружиной к седлу. Когда на контакты электромагнита подается электрический импульс, клапан открывается на 0,1 мм.
Электробензонасосы, в основном, применяют пластинчатого типа, только вместо пластинок устанавливаются ролики. Подача топлива осуществляется за счет выдавливания его из заборной полости в нагнетательную парой роликов. В состав насоса включают редукционный клапан для предохранения от чрезмерного повышения давления и обратный – для предотвращения стекания топлива в бак после остановки насоса.
Топливный насос имеет электропривод и включается до начала поворачивания коленчатого вала, чем обеспечивает необходимое для впрыска давление.


2.7. Система питания дизелей

2.7.1. Особенности смесеобразования в двигателях
с самовоспламенением от сжатия

Основным отличием данного типа двигателей от бензиновых является самовоспламенение от сжатия топлива в цилиндрах. Вторым отличительным признаком является приготовление горючей смеси топлива с воздухом внутри цилиндров, а не в карбюраторах или топлипроводах.
В дизелях топливо поступает от насоса высокого давления и через форсунку впрыскивается в цилиндры под давлением в несколько раз превышающим давление газов в конце такта сжатия. Смесеобразование начинается с момента поступления топлива в цилиндр. В результате трения с воздухом струя топлива распыляется на мельчайшие частицы, образующие топливный факел конусообразной формы. Исправление и воспламенение топлива происходит за счет высокой температуры (550100 оС) и давления сжатого воздуха 36МПа)
Существенное влияние на улучшение смесеобразования оказывают способ приготовления рабочей смеси и принятая форма камеры сгорания.
Различают следующие способы приготовления смеси:
объемный;
пленочный;
объемно-пленочный
В первом случае топливо впрыскивается непосредственно в толщу горячего воздуха в камере сгорания. Во втором – основная часть топлива подается на горячие стенки шарообразной камеры сгорания, на которых оно образует пленку, а затем испаряется, отнимая часть тепла у стенок. В третьем – струю топлива разделяют на две части, одна из которых направлена на стенки камеры сгорания ил вдоль них, а другая пересекает внутренний объем камеры ближе к ее центру, т.е. смешивается с воздухом непосредственно.
По форме камеры сгорания делятся на:
- неразделенные (однополостные);
- разделенные (двуполостные): - вихревые; - предкамеры.
Камеры первого типа представляют собой объем, заключенный между днищем поршня в ВМТ и плоскостью головки. Второго – состоят из двух объемов, соединенных каналами: основного над днищем поршня и дополнительного в головке блока.
V доп = 0,50,7.
V общ

Недостатки вторых камер – большой расход топлива и затрудненный пуск.


2.7.2. Общее устройство системы питания двигателя
с самовоспламенением от сжатия


К системе питания дизелей относятся:
1. воздухоподводящая аппаратура: заборник, фильтр, трубопроводы;
2. выпускной трубопровод и глушитель шума отработавших газов;
3. топливоподводящая аппаратура: топливный бак, топливный насос высокого давления, топливоподкачивающий насос низкого давления, форсунки, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, топливопроводы низкого и высокого давления, сливные трубопроводы, муфта опережения впрыска топлива.
Работа системы питания дизельных двигателей топливом ведется в следующей последовательности: топливоподкачивающий насос низкого давления засасывает топливо из бака через фильтр грубой очистки. Нагнетает его под избыточным давлением по топливопроводу в фильтр тонкой очистки, откуда топливо поступает к насосу высокого давления. Из него под высоким (1820 МПа) давлением по топливопроводам высокого давления в соответствии с порядком работы цилиндров дизеля топливо подается к форсункам. Форсунки, расположенные в головках цилиндров, впрыскивают и распыляют топливо в камерах сгорания. Насос низкого давления подает к насосу высокого давления топлива несколько больше, чем необходимо для работы двигателей. Поэтому избыточное топливо и воздух, попавший в систему через перепускной клапан и дренажные (сливные) топливопроводы отводится обратно в топливный бак. Топливо, просочившееся между корпусом распылителя и иглой форсунки, так же сливается в бак.
Топливные баки авт. с дизельными двигателями изготавливают из листовой стали. Бак имеет выдвижную заливную горловину с сетчатым фильтром и герметичной пробкой. Пробка имеет два клапана: впускной и выпускной. В нижней части для слива отстоя устанавливают кран или пробку. В баке устанавливают датчик уровня топлива.
Фильтры грубой очистки топлива выполняют либо с сетчатым фильтрующим элементом (ЗИЛ, КамАЗ) либо с хлопчатобумажным, обвитым вокруг мет. каркаса с отверстиями (МАЗ). Устанавливается в гидроцепи между баком и насосом низкого давления. Внизу корпуса – стакана имеется сливная пробка.
Фильтры тонкой очистки устанавливаются между насосами низкого и высокого давления. Фильтрующий элемент изготовлен из спец. бумаги или стакана, обмотанного слоем ткани, поверх которой располагается слой фильтрующей массы, пропитанной специальным связывающим веществом. Наружная поверхность фильтрующего элемента обмотана марлевой лентой (МАЗ). В некоторых фильтрах есть жиклер, через который часть топлива отводится по сливному клапану в бак, что предотвращает излишнее загрязнение фильтра высокого давления. В других конструкциях жиклер выполняется с клапаном, открывающимся при р = 0,150,17 МПа. Отстой из фильтра удаляется через нижнее отверстие с пробкой. Воздух, попавший при заполнении и прокачке системы, выпускается через специальное отверстие с пробкой.
Топливоподкачивающие насосы низкого давления выполняют в основном поршневого типа. Они приводятся в действие от эксцентрика кулачкового вала насоса высокого давления. Насос имеет впускной и выпускной клапаны и две рабочие полости. При движении поршня вниз в верхней полости создается разряжение. Впускной клапан открывается и пропускает топливо в эту полость. Одновременно из нижней полости топливо вытесняется в нагнетательную магистраль. Выпускной клапан при этом закрыт. При движении поршня вверх топливо из верхней полости через нагнетательный клапан поступает в полость нижнюю, впускной клапан при этом закрыт.
Для заполнения системы питания и удаления из нее воздуха на корпусе ТННД устанавливается насос ручной подкачки (ТНРП).
Наиболее сложным узлом системы питания дизельных двигателей является топливный насос высокого давления, предназначенный для подачи к форсункам в определенные моменты времени необходимые порции топлива. ТНВД могут быть рядными и V – образными. Каждая секция насоса обеспечивает работу одного из цилиндров двигателя.
В нижней части корпуса ТНВД установлен кулачковый вал, приводимый в движение от распределительного вала посредством зубчатой передачи. Каждая секция включает в себя корпус, втулку плунжера, плунжер, поворотную втулку, нагнетательный и впускной клапан. Возвратно-поступательное движение плунжера осуществляется от роликового толкателя, движимого вверх кулачком вала, а вниз – пружиной. При движении кулачкового вала, когда выступ кулачка набегает на толкатель и поднимает плунжер вверх. В надплунжерном пространстве резко повышается давление при перекрытом впускном клапане. В это время открывается нагнетательный клапан, и топливо подается в топливопровод высокого давления к форсунке. При движении плунжера вниз под действием пружины в полости втулки возникает разрежение выпускной клапан закрывается, впускной открывается, происходит заполнение надплунжерного пространства топливом.
Плунжер имеет осевое и радиальное отверстия, соединенные между собой. Радиальное отверстие выходит в винтовую кромку (паз) на цил. поверхности плунжера. И когда плунжер двигается вверх, подача топлива в топливопровод продолжается до тех пор, пока винтовой паз плунжера не перекроет выпускное отверстие в гильзе. При этом давление в надплунжерном пространстве резко падает, нагнетательный клапан закрывается и подача топлива в цилиндр прекращается.
Изменение количества топлива, подаваемого каждой секцией ТНВД за один цикл, происходит в результате поворота плунжера зубчатой рейкой. При различных углах поворота плунжера, благодаря винтовой кромке, смещаются моменты открытия выпускного отверстия. Чем позднее оно открывается, тем больше топлива подается к форсункам. Зубчатая рейка управляется из кабины педалью акселератора или от регулятора частоты вращения коленвала. Рейка вращает все плунжеры сразу. При остановке плунжер устанавливают радиальным отверстием или вертикальным (продольным) пазом к окну. Все топливо при этом уходит в сливной канал, а затем в топливный бак.
Для впрыска и распыления топлива в цилиндрах служат форсунки. Основным конструктивным элементом является распылитель, имеющий одно или несколько сопл. форсунки можно классифицировать следующим образом:
По числу выходных отверстий:
а) односопловые;
б) многосопловые;
2. По типу:
а) закрытого типа:
- бесштифтовые;
- штифтовые;
б) открытого типа.
В основном применяют форсунки закрытого типа, так как в открытых топливо подтекает в камеру сгорания, что приводит к нагару и падению мощности. Этого можно избежать применением насосов-форсунок.
Форсунки закрытого типа состоят из следующих основных элементов: корпус, фильтр, распылитель, игла, прижатая пружиной к седлу распылителя, винт регулировки сжатия пружины. Работа форсунки идет следующим образом: топливо от ТНВД по топливопроводу высокого давления подается через фильтр в каналы в корпусе и распылителе в кольцевую полость в распылителе. Игла в этом месте имеет перепад диаметров, чем образуется поршень. Когда давление в кольцевой полости достигнет 1518,5 МПа, игла преодолевает усилие пружины и поднимается с седла – происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания. Подъем иглы составляет 0,250,38 мм.
Некоторое количество топлива, просачивающееся между иглой и распылителем поступает в дренажный топливопровод.


2.7.3. Система питания дизельных двигателей воздухом

Атмосферный воздух поступает через заборный колпак, затем через трубу воздухозаборника поступает в воздушный фильтр, а от туда во впускной трубопровод дизеля.
Очищение воздуха начинается в заборном колпаке, где установлена сетка. Затем в фильтре, проходя инерционную решетку и резко изменяя направление своего движения, воздух освобождается сначала от крупных частиц пыли, которые под действием инерции и разрежения выбрасываются в атмосферу через эжектор. Более мелкие частицы задерживаются в картонном фильтрующем элементе.
Для увеличения мощности дизелей на некоторых из них применяют подачу воздуха в цилиндры при такте впуска под давлением (трубонаддув). При этом количество воздуха увеличивается, что позволяет сжигать большее количество топлива.
Чаще всего применяют газотурбинный наддув. Турбокомпрессор при этом использует энергию отработавших газов. Турбокомпрессор состоит из газовой турбины, приводимой в движение отработавшими газами, и центробежного насоса, имеющих общий вал. Центробежный насос лопастного типа засасывает воздух через воздушный фильтр. Сжимает его и под давлением подает во впускной трубопровод двигателя.
Чтобы давление наддува не превышало установленного значения, используют перепускной клапан, который перепускает часть отработавших газов мимо турбины. Иногда после компрессора воздух охлаждают с помощью холодильника.
Турбонаддув увеличивает мощность дизельных двигателей на 2040 %. Но при этом увеличивается тепловая и механическая нагрузка на детали и узлы кривашипно-шатунного и газораспределительного механизмов.
По степени повышения давления наддув подразделяют на:
- низкий < 0,15 МПа;
- средний 0,15 < p < 0,2 МПа;
- высокий > 0,2 МПа.


2.8. Система питания газобаллонных автомобилей

2.8.1. Общие положения

В качестве топлива для автомобильных двигателей могут применяться сжатые природные (метан, 20МПа) и сжиженные нефтяные (этан, пропан, бутан, р = 1,6 МПа) газы, которые хранят в толстостенных баллонах.
Преимущества газовых топливных систем:
Более совершенное смесеобразование, чем на бензине.
Более высокие антидетонационные свойства, что позволяет повысить а) степень сжатия и б) экономичность двигателя.
Уменьшенное нагарообразование.
Исключение возможности конденсации паров топлива на стенках цилиндров.
Отсутствие смывания масляной пленки.
Отсутствие разжижения масла.
Увеличение срока службы и периодичности смены масла в 1,52 раза.
Низкая токсичность отработавших газов
Недостатки:
а) снижение скорости горения газовоздушной смеси;
б) меньшее выделение тепла при сгорании;
в) снижение мощности двигателя на 720 % по сравнению с карбюраторными при одной степени сжатия;
г) сложность устройства системы питания;
д) повышенные требования к взрыво- и пожаробезопасности;
е) потеря авто части грузоподъемности из-за большой массы газобаллонной установки.
Основные элементы установок для работы на сжатом газе: баллоны, подогреватель, редуктор высокого давления (РВД), фильтры, редуктор низкого давления (РНД), карбюратор-сместитель, трубопроводы, манометры, вентили, электромагнитный клапан.
Порядок работы данных установок: из баллонов через расходный вентиль (магистральный вентиль) газ под р = 20 МПа поступает в подогреватель, обогреваемый теплотой отработавших газов и предохраняющий систему от замерзания из-за понижения t оС газа при расширении в РВД. Оттуда газ поступает в РВД понижающий р = 1,2 МПа, а затем в э/м клапан с фильтром или фильтр, а потом в РНД, где давление газа падает почти до атмосферного. После этого газ поступает в карбюратор-сместитель, который дозирует газ для приготовления горючей смеси необходимого состава, а затем эта смесь поступает через впускной трубопровод в цилиндры.
Манометр высокого давления показывает р в баллонах, манометр низкого давления показывает р в редукторе низкого давления. Снижение р < 1,2 МПа в баллонах свидетельствует о том, что запас газа остался на пробег < 10 км.
Основные элементы установок для работы на сжиженном газе: баллон, испаритель, РНД, сместитель-карбюратор, фильтр, манометры, вентили.
Порядок работы данных установок: из баллона через расходные вентили для пара и жидкости газ поступает к магистральному вентилю, а от него по рукаву высокого давления в испаритель. Там сжиженный газ подогревается горячей охлаждающей жидкостью из системы охлаждения, испаряется и по рукаву в парообразном состоянии поступает в фильтр, оттуда по рукаву в газовый редуктор, где происходит двухступенчатое понижение давления почти до атмосферного. Далее газ из полости второй ступени редуктора происходит через дозирующее экономащерное устройство, откуда по трубопроводу в сместитель-карбюратор, а оттуда во впускной трубопровод и цилиндры.
Пуск и подогрев двигателя производят на паровой фазе газа, для чего открывают только паровый вентиль. После подогрева работа идет на жидкостной фазе, для чего открывают жидкостный вентиль. При кратковременных остановках отключают зажигание, при остановках t > 12 ч обязательно перекрывают магистральный вентиль.
Давление газа контролируют в первой полости редуктора, иногда еще и на магистральном вентиле.
Каждый двигатель, работающий на газе, имеет дополнительно обычную бензиновую систему питания в качестве резервной. Она служит для кратковременной работы двигателя при полном расходовании газа или неисправности в топливной аппаратуре.
Состав резервной системы питания: топливный бак с краном, топливный насос, фильтр-отстойник, однокамерный карбюратор, поставка на которую устанавливают карбюратор со сместителем-карбюратором, размещаемая на впускном трубопроводе. Порядок работы резервной системы питания такой же, как карбюраторных двигателей.
При работе на бензине двигатель газобаллонного автомобиля развивает 3040% номинальной мощности.
Существуют двигатели, работающие на сжатом природном газе по газодизельному циклу. Данная система может работать как на смеси дизельного топлива и сжатого газа, так и на одном дизельном топливе. Порядок работы газодизельной установки: после открытия расходного вентиля газ по трубопроводу проходит в подогреватель ГРВД (20/~1 МПа), затем к э/м клапану, оттуда в ГРНД (1/~0,08 МПа) и по трубопроводу – в газовый дозатор, который подает необходимое количество газа в диффузор смесителя газа, где происходит смешивание с воздухом.
Газовоздушная смесь поступает в цилиндры через впускной клапан, сжимается при движении поршня вверх, а в конце такта сжатия в нее через форсунку впрыскивается небольшое количество дизельного топлива («запальная доза»), которое воспламеняется раньше, чем газ, и поджигает всю массу газовоздушной смеси. Работа газовой системы контролируется манометром низкого давления, установленном в кабине водителя.


2.8.2. Элементы газобаллонных
установок: вентили, болоны, клапаны, фильтры

Газовое оборудование, приборы и линии, применяемые для сжатых и сжиженных газов не имеют существенных отличий по принципу действия и конструкции за исключение баллонов и ГРВД для сжатых газов.
Баллоны для сжатых газов изготавливают из цельнотянутых стальных труб. К горловине баллона крепят переходник для присоединения трубопроводов, вентилей и манометров высокого р. Баллон рассчитан на хранение 50 л газа при р = 20 МПа. Масса одного баллона от 62,5 кг до 93 кг.
Для сжиженных газов применяют сварные стальные баллоны из тонкостенной трубы или листа. Баллоны оборудуют комплектом наполнительно-расходной и контрольно-предохранительной аппаратуры. Их рассчитывают на р = 1,6 МПа. Масса баллонов от 45 до 102 кг, а вместимость от 117 до 225 л. Аппаратура располагается на одном или обоих днищах или на цилиндрической части: паровой вентиль, предохранительный клапан, контрольный вентиль, указатель уровня сжиженного газа, сливная пробка, жидкостный вентиль. Расходный вентиль паровой фазы имеет трубку, выведенную в верхнюю зону баллона, где всегда находится газовая фаза, как и трубка предохранительного клапана (1,68 МПа). Трубка расходного вентиля жидкостной фазы располагается в самой нижней части баллона.
Количество сжиженного газа в баллоне ограниченно 8590 % по объему, для чего трубка вентиля контрольного выведена на соответствующий уровень. Перед началом заправки этот вентиль открывают.
Газовые трубопроводы представляют собой стальные трубки с dнар = 10 мм и толщиной стенки для высокого давления– 2 мм до 20 МПа, для низкого – 1 мм до 1,6 МПа и рукава, тонкостенные трубки р до 0,08 МПа. Они имеют на своих концах соединения беспрокладочные ниппельные типа «врезающееся кольцо» с накладной гайкой.
Вентили по назначению разделяют на: наполнительные, контрольные и расходные. Наполнительные, в основном, диафрагменного типа служат для заполнения баллонов сжиженным газом и размещаются на днище баллона. В состав вентиля входят резьбовой патрубок с обратным клапаном. В патрубок ввертывают наконечник заправочного рукава, а после заправки – пробку. При заправке вентиль открывают, после закрывают вращением маховика. Обратный клапан служит для предотвращения выхода газа из баллона в случае обрыва рукава или неисправности вентиля. Клапан вентиля и обратный клапан плоские с уплотнителем. Расходный вентиль по конструкции такой же, как наполнительный, но не имеет в составе обратного клапана.
Контрольный вентиль – для контроля за максимальным наполнением бака и состоит из корпуса, (вентиля), уплотнителя, маховика и контрольных отверстий или штуцера с пробкой в который ввертывают специальный рукав со специальным смотровым окном для контроля для отвода лишнего газа в безопасное место.
Предохранительный клапан – для предотвращения повышения р газа в баллоне <1,6 МПа. Основные элементы: корпус, клапан, пружина, крышка, регулировочные шайбы, шток принудительного открытия клапана. При р – 1,68 МПа клапан с уплотнителем открывается и газ выходит через дренажные отверстия в корпусе. Полное открытие при 1,8 МПа.
Скоростной клапан – для перекрытия газовой магистрали в аварийных случаях. Устанавливают на выходных штуцерах парового и жидкостного вентилей газового баллона. При нормальном расходе клапан открыт, а при увеличенном расходе скоростной поток закрывает клапан.
ГРВД – для уменьшения давления сжатого газа с 20 МПа до 0,91,15 МПа. Снижение р в редукторе происходит вследствие расширения газа при прохождении между клапаном и седлом. Принцип работы, как у редукционного клапана. Регулирование зазора между клапаном (плоский) и седлом – за счет мембраны, поджатой пружиной и штока, давящего на клапан. Если давление в полости низкого р выше заданного, клапан закрывается, если меньше – открывается. При Рвых > 1,7 МПа срабатывает предохранительный клапан в отводящем канале. Регулируют выходное р винтом и контролируют р манометром на входе и аварийными датчиками на выходе.
Подогреватель газа – для предварительного подогрева сжатых газов, имеющих повышенное содержание влаги и углекислоты. Для подогрева можно использовать тепло отработанных газов или охлаждающей жидкости. В первом случае через корпус теплообменника происходит змеевик с двумя штуцерами. Подогреватель устанавливается между выпускным трубопроводом и глушителем. Выхлопные газы, пройдя подогреватель, уходят в атмосферу.
Испаритель газа – для превращения сжиженного газа в газообразное состояние перед поступлением его в редуктор. Он состоит из двух полукорпусов, в которых циркулирует охлаждающая жидкость, и расположен змеевик, через который поступает газ. Охлаждающая жидкость омывает змеевик и подогревает газ, который при нагреве испаряется. Испаритель обеспечивает нормальную работу двигателя при То.ж. > 80 оС.
Фильтры газа – для очистки его от механических примесей. В качестве фильтрующего элемента применяют войлок (сжиженный и сжатый газ), а так же сетку (сжиженный газ). В установках на сжиженном газе войлочный и сеточный фильтры устанавливаются после испарителя. Сетчатый – на корпусе редиктора. В установках на сжатом газе войлочные фильтры устанавливаются: один на входе в ГРВД, другой – в линии низкого давления перед входом в ГРНД. Конструктивно их объединяют с электромеханическим клапаном. Фильтр состоит из корпуса, стакана, фильтрующего элемента, стяжного винта.
Электромеханические запорные клапаны – для включения подачи газа при включенном зажигании и отключения при выключенном. Состав: корпус, электромагнит, клапан, пружина. В выключенном состоянии клапан закрыт (прижат пружиной). При включении зажигания клапан закрыт и газ из фильтра поступает в ГРНД. Выполняют вместе с фильтром, как для газа, так и для бензина. Выполняют роль магистральных клапанов в газовой и бензиновой системах подачи топлива. Управляются они переключателем вида топлива, которое имеет 3 положения: газ, бензин, нейтральные положения.
Магистральный вентиль – для прекращения подачи газа из баллона к неработающему двигателю и предотвращения утечки газа. Он расположен в кабине водителя. Состоит из корпуса, штока с уплотнителями, плоского клапана, маховика. При работе вентиль открывают полностью.

2.8.3. Газовые редукторы низкого давления

ГРДН – для снижения давления газа, поступающего в смеситель, до давления = Ратм = (0,080,1 МПа). Дополнительно они обеспечивают автоматическую регулировку подачи газа в соответствии с режимами работы двигателя, автоматическое перекрытие газа при остановке двигателя, надежную герметичность при неработающем двигателе, возможность регулировки второй ступени редуктора на избыточное давление.
Редукторы могут иметь 1,2 и 3 ступени снижения давления. Чем больше ступеней, тем лучше стабильность регулируемого р, но конструкция усложняется. Для установок на сжиженном газе чаще всего применяют двухступенчатые редукторы, а на сжатом – трехступенчатую схему, состоящую из одно- и двухступенчатого редукторов.
Двухступенчатые редукторы состоят из полостей высокого и низкого давлений с регулирующими клапанами плоскими мембранами, пружинами и рычагами, соединяющими мембраны с клапанами, разгрузочного устройства (корпус, диафрагма, пружина), дозирующее – экономайзерного устройства (клапан, диафрагма, пружина, шток, корпус, крышка), дозирующего устройства (обратный клапан, пружина, корпус).
При неработающем двигателе и закрытом магистральном вентиле газ в редуктор не поступает, давление в полости первой ступени равно атмосферному, и клапан первой ступени открыт под действием пружины, действующей через диафрагму и рычаг. Клапан второй ступени закрыт под действием пружины через шток, диафрагму и рычаг. Давление во всех ступенях – атмосферное.
При открытии магистрального крана и включении электромеханического клапана (двигатель не работает) газ поступает в полость первой ступени, давление в ней повышается, диафрагма прогибается, преодолевая усилие пружины, и через рычаг при достижении р = 0,250,3 МПа закрывает клапан 1 ступени. Если давление будет большим, откроется предохранительный кран.
Усилия пружины полости низкого давления недостаточно, чтобы клапан второй ступени абсолютно плотно закрывается, что ведет к попаданию газа во вторую ступень, карбюратор – смеситель и наружу – скапливается в углублениях. Для обеспечения гарантированного закрытия этого клапана служит загрузочное устройство. При неработающем двигателе пружина устройства поднимает диафрагму устройства, которая своими упорами заставляет дополнительно подниматься диафрагму низкого давления, обеспечивая более плотное закрытие клапана и давление из 1 ступени не может преодолеть усилия двух пружин – газ не поступает во 2 ступень.
При пуске двигателя разрежение из смесительной камеры карбюратора через вакуумную полость экономайзера передается в полость разгрузочного устройства. Разгрузочная мембрана сжимает пружину, разгружая клапан второй ступени. Разрежение через дозатор и патрубок передается так же в полость низкого р редуктора и действует на диафрагму 2 ступени, под которой всегда Ратм. От перепада р мембрана прогибается и открывает клапан 2 ступени через коленчатый рычаг. Газ из 1 ступени поступает во 2 ступень. Давление во 2 ступени возрастает и, когда достигает Ратм, мембрана поднимается и клапан 2 ступени закрывается, прекращая поступление газа во 2 ступень. Как только р понизится, клапан вновь открывается
В режиме холостого хода разрежение в диффузоре над дроссельной заслонкой мало, обратный клапан закрыт, и газ из второй ступени поступает во впускной трубопровод только по трубопроводу и каналам холостого хода. Расход газа при этом незначителен и во 2 ступени создается избыточное р.
При малых и средних нагрузках обратный клапан открыт, разрежение в полости 1 ступени увеличивается, что обеспечивает большее открытие клапана 2 ступени и большее поступление газа. Но при этом большое разрежение будет и в полости под диафрагмой экономайзера, что вызывает закрытие клапана экономайзера. Газ при этом поступает в смеситель только через дозатор, что позволяет получить обедненную смесь.
При работе двигателя на больших нагрузках (заслонки открыты > 75 %) разрежение в полости под диафрагмой экономайзера уменьшается, и пружина открывает клапан экономайзера через шток. При этом дополнительная порция газа начинает поступать в смеситель или выходной трубопровод, обеспечивая обогащение горючей смеси и получение полной мощности.

2.8.4. Газовые смесители и карбюраторы-смесители

Приготовление горючей смеси и регулирования ее подачи в цилиндры двигателя происходит в газовых смесителях. Требования к смесителям: минимальное сопротивление к потоку газовоздушной смеси; надежный пуск двигателя; устойчивая работа на холостом ходу; плавный переход от холостого хода к нагрузочным режимам; приемистость; быстрый переход с одного топлива на другое.
Основное отличие работы газовых смесителей от карбюраторов в том, что в них топливо не испаряется, так как газ подается уже в виде пара. Подача топлива в смеситель в одинаковом с воздухом агрегатном состоянии позволяет вынеси дозирующие элементы в отдельный блок или объединить их с ГРНД, упрощая конструкцию смесителя. Смесители газа не требуют ускорительных устройств, так как при резком открытии дроссельных заслонок расход газа растет пропорционально расходу воздуха.
Конструктивно смесители могут быть объединены с карбюратором (карбюратор-смеситель) или выполнены отдельно. Подвод газа может происходить через газовые форсунки или через отверстия в узком сечении диффузора, или между диффузором и дроссельной заслонкой.
Двигатели, работающие на сжатом газе, работают с карбюраторами-смесителями, на сжиженном – как с карбюраторами-смесителями, так и со смесителями.
Карбюраторы-смесители изготовлены на базе стандартных карбюраторов с изменениями в конструкции, необходимыми для установки газовой форсунки и присоединения трубки холостого хода. При этом обеспечивается полноценная работа и на бензине и на газе. Изменение конструкции могут быть в виде переходника-смесителя (К-91) или проставки (К-22К).
В первом случае переходник установлен на горловине воздушной заслонки карбюратора К-88АТ.вместе с ними установлен приемный патрубок газового смесителя и обратный клапан. Патрубок-смеситель рукавом соединяются с трубкой холостого хода. В корпусе переходника есть фланец, между которым у корпуса устроена кольцевая щель для прохода газа в смесительную камеру карбюратора. Газ поступает через обратный клапан (иногда в составе ГРНД), выполняющий роль огневого затвора при возможных обратных вспышках в карбюраторе.
При работе двигателя в смесительной камере смесителя возникает разрежение, и газ из полости низкого давления ГРНД через патрубок и обратный клапан поступает в смесительную камеру карбюратора и далее через впускной трубопровод в цилиндры двигателя. При обратной вспышке в карбюраторе возрастает давление, и обратный клапан закрывается, не давая пройти пламени в ГРНД.
Во втором случае карбюратор-смеситель выполнен на базе карбюратора К-22. газовая проставка устанавливается между средним корпусом и смесительной камерой. Газовая проставка имеет патрубок с форсункой для подачи газа, штуцер для подачи газа в систему холостого хода и приспособления для раздвигания упругих пластин диффузора при работе двигателя на газе. Раздвижение исключает возможность переобогощения газовоздушной смеси при больших нагрузках.
Данный карбюратор-смеситель работает при подаче газа после воздушных диффузоров перед дроссельной заслонкой. Он обеспечивает полноценную работу на газе и бензине, как К-91.
Смеситель служат для приготовления газовоздушной смеси. Если они работают с двухступенчатым ГРНД с экономайзерным устройством, то не имеют дозирующих элементов, кроме винтов регулировки холостого хода. Если газовый смеситель имеет экономайзерное устройство, то он может работать с любым редуктором. Например, двухкамерный, вертикальный смеситель СГ-250 состоит из корпуса, двух дроссельных заслонок, съемных диффузоров, горизонтальных форсунок, воздушных заслонок, входного патрубка с обратным клапаном, штуцера холостого хода, двух винтов регулировки холостого хода, центробежного вакуумного ограничителя частоты вращения коленчатого вала двигателя. Смеситель работает с двухступенчатым ГРНД.
Основная подача газа осуществляется дозирующе-экономайзерным устройством ГРНД через входной патрубок, обратный клапан и газовые форсунки, расположенные в узком сечении диффузоров.
Для устойчивой работы на холостом ходу предусмотрено по два отверстия на камеру, как в К-88, одно регулируемое круглое под заслонкой, другое нерегулируемое прямоугольное под заслонкой. При работе двигателя на минимальной частоте вращения коленчатого вала обратный клапан закрыт, прямоугольное отверстие – над заслонкой в зоне низкого разрежения и газ поступает только в задросельную полость смесительных камер (зона высокого разрежения) через отверстие под заслонкой. Воздух поступает через щели между заслонками и стенками смесительных камер.
При открытии дроссельных заслонок прямоугольные отверстия переходят в зону высокого разрежения, и через них начинает поступать газ, увеличивая частоту вращения коленчатого вала двигателя. В результате этого увеличивается разрежение в диффузорах, открывается обратный клапан, и начинается основная подача газа.
Если подводить газ в систему холостого хода прямо из второй ступени редуктора, то будет плавный переход от холостого хода к нагрузочным режимам, но смесь будет переобогащенной. Если подводить газ из полости за дозирующим устройством, ухудшается работа двигателя на переходных режимах, а смесь получается близкой к нормальной. Поэтому газ в систему холостого хода подается из полости до и после дозирующего устройства по отдельным каналам.
Дозатор-смеситель для газодизельных автомобилей изготавливают в одном корпусе с механизмом ограничения подачи газа диафрагменного типа. Управление им осуществляется педально из кабины водителя. Крепят его к корпусу смесителя. Основное назначение – регулирование количества газа, подаваемого в смеситель из ГРНД. В корпусе смесителя есть диффузор внутри которого имеется кольцевой коллектор подвода газа через радиальные отверстия. Основные функции смесителя:
- создание необходимого разрежения на малых оборотах коленчатого вала для открытия отпирающей диафрагмы ГРНД и работы его в рабочем режиме;
- обеспечение равномерного перемешивания газа с воздухом;
- формирование совместно с ГРНД внешней скоростной характеристики двигателя.
При нажатии на педаль акселератора рычаг привода через валик ведущий открывает дроссельную заслонку. За счет разрежения в диффузоре смесителя газ из ГРНД поступает в смеситель. Ограничитель числа оборота (2600 об/мин) – как у К-88.
Для уменьшения цикловой подачи топлива в цилиндры двигателя при переходе работы двигателя с дизельного на газодизельный режим служит механизм запальной дозы топлива. Он закреплен на ТНВД с помощью кронштейна. При включении электромагнита подвижной упор встает в положение, в котором он препятствует перемещению рычага управления топливного насоса. При этом рычаг может перемещаться от положения холостого хода до положения, в котором цикловая подача дизельного топлива соответствует «запальной дозе». На кронштейне также закреплен выключатель, запрещающий одновременную подачу газа и «неограниченной» дозы дизельного топлива.
Резервная бензиновая система питания на газовых двигателях имеет оригинальный карбюратор однокамерный диафрагменного типа с горизонтальным расположением диффузора. Двигатели газобаллонных автомобилей при работе на резервной бензиновой системе питания развивают N < 0,4 Nном.
Состав: корпус (горловина, диффузор, смесительная камера), воздушная заслонка с пневмоклапаном, дроссельная заслонка, входной штуцер, фильтр, впускной клапан, диафрагма с пружиной, обратный клапан, главный топливный жиклер, топливный жиклер холостого хода, винт регулировки холостого хода.
Порядок работы: бензин подается насосом через штуцер, фильтр и впускной клапан в полость над диафрагмой. Под действием разрежения в диффузоре обратный клапан над диафрагмой открывается, и топливо через главный топливный жиклер поступает в смесительную камеру, смешивается с воздухом и далее – во впускной трубопровод.
Работа системы холостого хода такая же, как у всех карбюраторов.

2.9. Привод тормозных систем автомобилей
Гидравлический привод тормозов

2.9.1. Общие положения

Назначение тормозной системы – замедление скорости движения автомобиля с требуемой эффективностью. Тормозная система состоит из рабочей гидравлической или пневматической.
Приводом тормозов называется совокупность устройств, предназначенных для передачи усилия, создаваемого водителем на педали или рычаге, к тормозным механизмам колес (барабаном или диском). По типу привода тормозов различают гидропривод, механический привод, пневмопривод и комбинированный привод.
Тормозную систему с гидроприводом применяют на легковых и некоторых грузовых автомобилях. Рабочий тормоз с гидроприводом состоит из следующих основных элементов: главный тормозной цилиндр, резервуар для тормозной жидкости, колесные тормозные цилиндры, соединительные трубопроводы и рукава, а так же усилитель, регулятор давления, разделитель (ГАЗ-24).
Рабочая тормозная система действует так: при нажатии на тормозную педаль усилие передается через шток на поршень главного тормозного цилиндра. Давление при этом может достигать 89 МПа. Жидкость, вытесняемая из главного тормозного цилиндра, по трубопроводам поступает к колесным тормозным цилиндрам двустороннего или одностороннего действия и действует на находящиеся в них поршни. Поршни через опорные стержни передают усилия колодкам (или накладкам), которые фрикционными накладками прижимаются к барабану или диску, вызывая торможение колес.
При отпускании педали тормоза колодки под действием стяжных пружин отходят от барабанов или дисков и возвращают поршни в исходное положение. Жидкость из колесных тормозных цилиндров по трубопроводам переливается обратно в главный тормозной цилиндр. При этом давление в трубопроводе остается избыточным 50100 кПа, благодаря чему воздух в систему не проникает.


2.9.2. Основные узлы гидросистемы торможения

Главный тормозной цилиндр служит для преобразования механического усилия, приложенного к тормозной педали, в давление жидкости. Данный цилиндр либо отливается совместно с резервуаром для тормозной жидкости (ГАЗ-3302), либо по отдельности и соединяются резиновотканевыми рукавами с нитяными оплетками или соединительными втулками. Главный тормозной цилиндр изготовляют с одним и двумя поршнями, так как во всех современных автомобилях применяется двухконтурный привод тормозов, то в первом случае применяется разделитель тормозов.
В однопоршневом цилиндре поршень с одной стороны контактирует с толкателем, а с другой через шайбу и уплотнительную манжету с пружиной, которая выставляет его в исходное положение. Резервуар сообщается с цилиндром двумя отверстиями: перепускным и компенсационным. Причем первое всегда сообщает резервуар с внутренней полостью поршня и служит для устранения подсоса воздуха при резком отпускании педали «тормоза». При этом жидкость из внутренней полости поршня через отверстия в днище поршня поступает в разреженную нагнетательную полость.
Компенсационное отверстие служит для заполнения нагнетательной полости цилиндра в момент исходного положения поршня. Кроме поршня и пружины в цилиндре находятся впускной и выпускной клапаны.
Начальный момент движения поршня манжета, установленная на нем перекрывает компенсационное отверстие. Вследствие этого давление жидкости в цилиндре увеличивается, открывается выпускной нагнетательный клапан и жидкость по магистралям поступает к тормозным цилиндрам через разделитель тормозов. При отпускании педали давление жидкости снижается и она поступает обратно в главный тормозной цилиндр, через впускной клапан, который поддерживает в магистрали и колесных цилиндрах избыточное давление. Избыток тормозной жидкости при этом попадает в резервуар.
Сдвоенный главный тормозной цилиндр (ГАЗ-24, Москвич-2140, ВАЗ) тандемного типа имеет чугунный корпус, в котором размещены два поршня, образующие две камеры, соединяемые трубопроводами с передними и задними колесами или по диагонали (ВАЗ-2108, 2109). Эти камеры сообщаются так же с резервуарами тормозной жидкости. Поршни поджимаются пружинами к ограничителям.
При нажатии педали перекрывается зазор, сообщающий резервуар с первой нагнетательной камерой и в ней начинается (сжатие) увеличение давления, которое воздействует на второй поршень, после чего он тоже начинает двигаться и нагнетать жидкость во второй полости. Так как жидкость в первом приближении практически несжимаема, то оба поршня начинают двигаться почти одновременно. Жидкость вытесняется по магистралям в рабочие цилиндры, начинается торможение. Если какой либо контур выйдет из строя, второй обеспечит торможение парой колес.
В тормозных гидросистемах с однопоршневым главным цилиндром для разделения приводов передних и задних колес, а так же для автоматического отключения неисправной линии предусматривается разделитель тормозов. Он состоит из корпуса, двух поршней и двух пружин, упорного кольца. При поступлении жидкости от главного тормозного цилиндра в полость между поршнями они расходятся, сжимая пружины. Жидкость из нагнетательных каналов поступает по магистралям к передним и задним колесам по отдельности. При повреждении какой либо из линий соответствующий поршень перекрывает свое компенсационное отверстие и жидкость в соответствующую линию не поступает. Работает только исправная линия.
Колесные тормозные цилиндры служат для преобразования давления жидкости в механическое усилие на колодках. Колесные цилиндры по конструкции бывают одно и двухпоршневые. Первый вид применяется для передних тормозов (ВАЗ-2108, 2115, Москвич 2141, Ока, ИЖ-2126), второй – для передних и задних (ВАЗ-2105, 2107, Москвич 2141, ГАЗ 3102).
Колесный тормозной цилиндр привода тормозов задних колес состоит из следующих элементов: корпус, поршни с уплотнителями, пружина, стальные толкатели на торцах поршней, защитные колпачки, штуцер для подсоединения магистрали. Для выпуска воздуха из полости цилиндра служит перепускной клапан прокачки. Во время торможения в полость цилиндра через штуцер поступает жидкость, под действием которой перемещаются поршни и прижимают тормозные колодки к барабанам.
Привод тормозов передних колес может быть как с двумя поршнями – с фиксированной скобой, так и с одним поршнем – с плавающей скобой. В первом типе гидроцилиндры расположены с обеих сторон диска и действуют одновременно. Во втором гидроцилиндр расположен в скобе с одной стороны диска. При воздействии поршня на колодку реактивная сила сдвигает скобу в противоположную сторону. В результате вторая колодка прижимается к диску.
Для автоматической корректировки давления тормозной жидкости в задних тормозах в зависимости от нагрузки на заднюю ось и состояния дорожного покрытия применяют регулятор давления (ВАЗ, Москвич). При увеличении нагрузки на заднюю ось эффективность задних тормозов увеличивается, при уменьшении – наоборот. Регулирование происходит при воздействии системы рычагов и пружин, соединенных задней балкой автомобиля, и (воздействующих) контактирующих с поршнем регулятора. Регулятор имеет либо золотниковую конструкцию (ВАЗ), либо клапанную шариковую с воздействием конуса (АЗЛК).


2.9.3. Усилители тормозного привода

Усилители тормозного привода служат для уменьшения усилия прикладываемого к тормозной педали, в автомобилях с гидроприводом. Усилители бывают следующих принципов действия:
- вакуумные;
- гидровакуумные;
- пневматические;
- пневмогидравлические;
- электрические.
Наибольшее распространение получили гидровакуумные усилители, использующие разрежение во впускном трубопроводе двигателя (ВАЗ, АЗЛК, ГАЗ-53, ГАЗ-66). Усилитель устанавливается либо между механизмом педали и главным тормозным цилиндром (ВАЗ), либо после главного тормозного цилиндра (ГАЗ).
Гидровакуумный усилитель (ГАЗ) второго типа состоит из вакуумной камеры, вспомогательного гидроцилиндра, распределительного клапанного механизма, гидро- и пневмомагистралей. Камера состоит из штампованных корпуса и крышки, между которыми зажата диафрагма, соединенная со штоком поршня вспомогательного гидроцилиндра. Поршень распределительного механизма жестко соединен с вакуумным и атмосферным клапаном. Одна полость камеры соединена с впускным трубопроводом через запорный клапан; другая – через распределительный механизм с впускным трубопроводом и атмосферой соответственно через вакуумный и атмосферный клапан.
При отпущенной педали и работающем двигателе в обеих полостях вакуумной камеры существует разрежение (вакуумный клапан распределительного механизма открыт, атмосферный закрыт). При этом поршень вспомогательного цилиндра находится в крайнем положении за счет воздействия конической пружины на диафрагму.
Когда водитель нажимает на педаль тормоза, жидкость из главного тормозного цилиндра поступает во вспомогательный и через шариковый клапан в поршне поступает в тормозную магистраль. По мере увеличения давления в системе поршень распределительного механизм начинает перемещается и сначала закрывает вакуумный клапан а затем открывает атмосферный. При этом воздух через фильтр устремляется в нагнетательную камеру. Разрежение в ней уменьшается, и за счет перепада давлений в камерах диафрагма перемещается, воздействуя на поршень вспомогательного цилиндра через шток. При этом давление магистрали колесных цилиндров возрастает, усиливая эффект торможения.
После отпускания педали давление в жидкости на поршень распределительного механизма уменьшается. Он перемещаясь под действием пружины, сначала закрывает атмосферный клапан, а затем открывает вакуумный. Нагнетательная камера вновь сообщается с впускным трубопроводом, и все детали и узлы камеры и вспомогательного гидроцилиндра перемещаются в исходное положение под воздействием конической пружины. Происходит растормаживание.
Обратный клапан, соединяющий впускной трубопровод и вакуумную полость камеры, необходим для автоматического отключения впускного трубопровода от распределительного крана в момент остановки двигателя, а также для исключения попадания бензиновой смеси в усилитель. Разрежения в усилителе после остановки достаточно для 23 торможений с усилением.
При отказе гидровакуумного усилителя давление в тормозной гидромагистрали будет определяться. Только давлением в главном тормозном гидроцилиндре.
Конструкция гидровакуумного усилителя устанавливаемого между тормозной педалью и главным тормозным цилиндром (ВАЗ 2104, 2105, 2106, 2107, 2108, 2109, 2110, 2111, 2115), более проста и компактна. Здесь толкатель от педали тормоза непосредственно воздействует на поршень клапана управления, который через буфер воздействует на шток привода главного тормозного цилиндра.
При нажатии на педаль тормоза толкатель перемещает поршень клапана управления. При этом закрывается клапан, сообщающий обе полости между собой и впускным трубопроводом двигателя. При дальнейшем движении поршня между ним и клапаном образуется зазор, в который устремляется атмосферный воздух в нажимную полость усилителя. В остальном, усилитель работает так же, как вышеописанный (ГАЗ).


2.10. Пневматический привод тормозов автомобилей

2.10.1. Общие положения

Тормозную систему с пневмоприводом применяют на большегрузных автомобилях, автобусах большой вместимости и колесных тягачах, работающих с прицепами и полуприцепами. По сравнению с гидроприводом пневмопривод тормозных систем позволяет прикладывать меньше усилий педали тормоза и имеет менее жесткие требования к герметичности всей системы (постоянно работающий компрессор). Но конструкция приборов довольно сложна, а размеры и масса их значительно выше, чем у гидропривода, особенно в многоконтурных схемах (МАЗ, ЛАЗ, КамАЗ, ЗИЛ).
В состав пневматического привода тормозной системы автомобиля входят следующие основные узлы: компрессор, регулятор давления, баллоны, предохранительный клапан, тормозной кран, колесные тормозные камеры, манометр, магистрали. В автомобилях, предназначенных для работы с прицепами, еще предусматривается, разобщительный кран и соединительная головка.
Пневматическая одноконтурная система привода тормозов работает в следующем порядке: компрессор нагнетает воздух в баллоны и обеспечивает всю систему сжатым воздухом. Давление контролируется манометром. При нажатии на педаль тормоза тормозной экран открывает доступ сжатого воздуха из баллонов в магистрали к тормозным камерам, механизмы которых раздвигают тормозные колодки и осуществляют торможение.
При отпускании педали тормозной кран открывает выход сжатого воздуха из тормозных камер в атмосферу. Стяжные пружины отжимают колодки от барабанов, разжимной кулак поворачивается в исходное положение, происходит растормаживание.
Современные автомобили, в основном оборудуют многоконтурными пневматическими тормозными приводами. Они состоят из следующих независимых контуров:
привода тормозных механизмов передних колес;
привода тормозных механизмов задних колес;
привода стояночной и запасной тормозных систем, действующих на задние колеса;
привода тормозных механизмов колес прицепа;
привода аварийного растормаживания стояночной тормозной системы;
привода других пневматических приборов на автомобили.
Во всех контурах установлены контрольные пневмоэлектрические датчики давления сжатого воздуха. В данной системе применяется двухсекционный тормозной экран для управления первыми двумя контурами и четвертым. При отказе одного из контуров другие действуют независимо. В остальном многоконтурная система рабочего торможения действует аналогично одноконтурной.
Стояночный тормоз приводится в действие краном стояночной системы в заднее фиксированное положение. При этом воздух из энергоаккумуляторов тормозных камер выпускается в атмосферу, разжимаются пружины энергоаккумуляторов, приводя в действие тормозные механизмы задних колес автомобиля. Одновременно срабатывают тормозные механизмы колес прицепа.
Для растормаживания колес в случае аварийного снижения давления и срабатывания энергоаккумуляторов предусмотрен кран аварийного растормаживания. При его включении сжатый воздух направляется через двухмагистральные клапаны в цилиндры пружинных энергоаккумуляторов. Пружины при этом сжимаются, кулаки поворачиваются в исходное положение. В случае отсутствия сжатого воздуха в пневмосистеме тормозов растормаживание производят вручную винтовыми устройствами механического сжатия пружин энергоаккумуляторов.


2.10.2. Устройство основных узлов
пневматического привода тормозных систем

Компрессор поршневого типа, двухцилиндровый, одноступенчатого сжатия. Приводится в действие клиноременной передачей от шкива вентилятора. Компрессор состоит из следующих основных узлов и деталей: блок цилиндров, головка блока цилиндров, картер, впускной и выпускной клапаны, коленчатый вал, шатуны, поршни. Впускной клапан устанавливают как в блоке цилиндров компрессора (МАЗ), так и в головке блока (ЗИЛ, КамАЗ). Нагнетательный – всегда в головке блока цилиндров компрессора.
При движении поршня вниз в цилиндре создается разрежение, и воздух через открывающийся впускной клапан заполняет полость цилиндра. При движении поршня вверх под давлением сжимаемого воздуха открывается выпускной клапан и воздух через регулятор давления поступает в воздушные баллоны.
Компрессор имеет жидкостную систему охлаждения. Охлаждается блок цилиндров. Охлаждающая жидкость подводится из системы охлаждения автомобиля.
Система смазки компрессора принудительная для шатунных подшипников и поршневых пальцев. Для остальных деталей – разбрызгиванием. Масло подается из главной масляной магистрали двигателя через отверстие в картере компрессора. Отработавшее масло по сливному трубопроводу возвращается в картер двигателя.
Регулятор давления автоматически поддерживает давление сжатого воздуха в системе в нужных пределах, защищает приборы пневмопривода от загрязнения, выполняет роль разгрузочного устройства компрессора при достижении максимального рабочего давления (0,70,75 МПа), и может выполнять роль предохранительного клапана. Регуляторы выполняются шарикового типа (ЗИЛ, КрАЗ), диафрагменного типа (МАЗ) и поршневого типа.
Принцип работы регулятора давления пневматической тормозной системы заключается в следующем: пока давление в пневмосистеме не превышает 0,70,75 МПа воздух от компрессора проходит в магистраль к баллонам через фильтр напрямую. Когда давление достигнет максимального значения, нагнетательный клапан регулятора закрывается за счет того, что открывается либо перепускной клапан, либо атмосферный направляющий сжатый воздух либо во впускной трубопровод компрессора, либо в атмосферу.
Ресиверы (воздушные баллоны) служат для хранения запаса сжатого воздуха. В них имеются краны для слива конденсата воды и масла, кран отбора воздуха для накачки шин, а так же предохранительный клапан. Последний выполняется регулируемым на давление воздуха в системе 0,90,95 МПа, то есть на случай отказа автоматического регулятора давления.
Тормозной кран предназначен для управления приводами тормозных механизмов передних, задних и прицепных колес за счет регулировки подачи сжатого воздуха из баллонов к тормозным камерам.
Тормозные краны бывают прямого и обратного действия. В первых при нажатии на педаль происходит подача сжатого воздуха из баллона через магистраль в тормозные камеры. Во вторых – при нажатии на педаль воздух из магистрали выпускается в атмосферу, а тормозные камеры колес заполняются воздухом из баллонов через специальный распределитель. Краны первого типа применяют для управления тормозами автомобиля, второго – прицепов.
По конструкции различают диафрагменные и поршневые тормозные краны, а так же одинарные и двойные (комбинированные). Последние применяют для многоконтурных пневмоприводов тормозов, а так же для автомобилей с прицепами.
Двухсекционный поршневой тормозной кран состоит из следующих основных элементов: корпуса, поршня, управляющего потоком воздуха в верхней секции, двух поршней большого и малого, управляющего потоком воздуха в нижней секции корпуса, выпускных клапанов, пружин, удерживающих поршни в исходном положении, полого толкателя.
При торможении рычаг тормозного крана воздействует на верхний поршень, который перемещаясь вниз закрывает выпускное отверстие клапана, разобщая магистраль задних тормозов с атмосферой. Затем открывается канал, соединяющий баллоны с магистралью, ведущий к камерам тормозных колес.
Вместе с повышением давления в этом магистрали сжатый воздух по каналам в корпусе крана проходит в полость над ускорительным поршнем и перемещает его вниз уже при небольшом давлении. Он воздействует на маляй поршень, который сначала закрывает выпускной клапан, а затем открывает поступление сжатого воздуха от ресивера в магистраль привода передних тормозов.
При повреждении контура задних тормозов усилие на малый нижний поршень передается через шпильку в верхнем поршне и толкатель механическим способом. После снятия усилия с рычага управления тормозным краном все поршни возвращаются в исходное положение пружинами. При этом сначала разъединяются магистрали с ресиверами, а затем магистрали передних и задних колес сообщаются через выпускные окна в полом толкателе с атмосферным выводом. При этом сжатый воздух из тормозных камер выходит в атмосферу.
Комбинированный тормозной кран диафрагменного типа вначале открывает выпускной клапан в контуре тормозов прицепа, чем приводятся в действие тормоза прицепа (верхняя секция). Затем в нижней секции закрывается выпускной и открывается впускной клапан – сжатый воздух от ресиверов поступает к тормозным камерам.
Тормозные камеры приводят в действие тормозные механизмы колес, передавая давление сжатого воздуха на валы разжимных кулаков, которые раздвигают колодки.
Тормозная камера состоит из корпуса и крышки, между которыми зажата диафрагма из прорезиненной ткани. В центре диафрагмы установлена стальная тарелка на которую опирается шток и пружина. При поступлении сжатого воздуха в пространство между крышкой и диафрагмой последнее прогибается, перемещая шток. Шток поворачивает рычаг разжимного кулака.
Тормозные камеры задних колес имеют больший диаметр чем передних. На тяжелых грузовых автомобилях применяют поршневые колесные тормозные камеры, отличающиеся большой надежностью и долговечностью.
На некоторых автомобилях тормозные камеры задних колес обеспечивают функционирование рабочей, стояночной и запасной тормозных систем. Если камера работает в рабочем режиме тормозной механизм приводится в действие диафрагменным устройством, аналогичным вышеописанному. В режиме стояночного и запасного тормоза – механизм приводится в действие пружинным энергоаккумулятором. Пружина в рабочем режиме зажата сжатым воздухом системы. При включении крана стояночного тормоза или резком падении давления в системе пружина за счет малого давления разжимается и через толкатель воздействует на диафрагму и шток.






Список литературы по дисциплине «Пневмо- и гидропривод двигателей».

Основная литература

Никитин О.Ф., Холин К.М. Объемные гидравлические и пневматические приводы. Учеб. Пособие для техникумов. Машиностроение, 1981 – 269с. Ил.
Элементы гидропривода. (Справочник). Изд. 2-е, перераб. И доп. Абрамов Е.И., Колесниченко К.А., Маслов В.Т. Киев «Техника», 1977, 320с.
Объемные гидравлические приводы. Башта Т.М. и др. Под ред. Т.М. Башты. М., «Машиностроение», 1968, 628 стр.
Роговцев В.Л.и др. Устройство и эксплуатация автотранспортных стредств: Учебник водителя. /Роговцев В.Л., Пузанков А.Г., Олдфильд В.Д. – 3-е изд. Стер. – М.: Транспорт, 1997 – 430с.
Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей: Учеб./Ю.И. Боровских, Ю.В. Буралев, К.А. Морозов, В.М. Никифоров, А.И. Фещенко. – М.: Высшая школа: Издательский центр «Академия», 1997 – 528с.: ил.
Круглов С.М. Всё о легковом автомобиле (устройство, обслуживание, ремонт и вождение): Справочник. – М.: Высшая школа; Издательский центр «Академия», 1998 с.: ил.
Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Спр. Пособие. М.: ГНТИМЛ. 1963. 696с.
Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М., «Машиностроение». 1972. 329с.
Пневматические устройства и системы в м/с: Справочник под общ. Ред. Е.В. Герц. – М.: Машиностроение. 1981. – 408с., ил.
Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Уч. пособие. М. 1963г.
11. Лепёшкин А.В., Михайлин А.А. Гидравлические и пневматические системы



Дополнительная литература
Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов: Учебник для студентов вузов по специальности «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика». – М.: «Машиностроение». 1991. – 384с.: ил.
Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М., «Машиностроение, 1972. 320с.
Б.Я. Емельянов, А.П. Игнатов, С.Н. Косарев, К.В. Новокшенов, К.Б. Пятков. ВАЗ 2108, 21081, 21083, 21083 - 20, 2109, 21091, 21093, 21093 – 20, 21099, 21099 – 20. Устройство ремонт, эксплуатация, техническое обслуживание. – М.: Издательство «Колесо», 1998. – 240 с.: ил.










1. Гидро-,
2. Пневмо-
линии


1. Гидро-,
2. Пневмо-
емкости


Кондиционеры
1. рабочей жидкости
2. сжатого воздуха

1. Гидро-,
2. Пневмо-
аппаратура


Нагрузка

1. Гидродвигатель

2. Пневмодвигатель

1. Насос

2. Компрессор

Дви-
га-
тель

поршневые

- при нагр.
- при холл. ходе

- предел прочности, Па
- к – т запаса прочности (3 6)



Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native2Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native(Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 329002
    Размер файла: 589 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий