К рабочим жидкостям автомобильных систем относят – моторные (картер ДВС), трансмиссионные (картер КП, главной передачи, раздаточной коробки, дифференциала), гидравлические масла (гидроусилитель рулевого управления, автоматическая КП, гидроагрегаты), охлаждающую жидкость (система охлаждения), тормозную жидкость (тормозная система и сцепление).

Операция по сливу масла с агрегатов транспортных средств встречается практически при любом виде ремонтно-обслуживающего воздействия. К ним, например, относится капитальный и текущий ремонт, все виды технического обслуживания (кроме ежесменного)  [1-3]. То есть эта операция проводиться очень часто и поэтому её эффективность в значительной мере сказывается на эффективности всего процесса ремонта или обслуживания парка машин любого предприятия. Для повышения производительности слива масла без потери качества и аварийных проливов, а также снижение трудоемкости работ и повышение комфортабельности использования можно достичь путем совершенствования конструкции устройств и приспособлений участвующих в процессе замены масла.

Ассортимент современного оборудования для слива или замены масла в агрегатах машин довольно широк, но то, что подходит для одного предприятия, принося прибыль, может оказаться убыточным и бесполезным для другого. Оборудование для замены масла в агрегатах машин, которое можно встретить на нашем рынке производят несколько фирм, но принцип работы всевозможных модификаций установок практически одинаков.

Как известно, процесс замены масла начинается со слива «отработки». Для этого можно использовать несколько установок, совершенно различных по цене и комплектации [1-5].

Моделей ручных установок несколько. Но принцип действия един – «отработка» с их помощью сливается самотеком.

Одна из самых простых конструкций состоит из тележки с площадкой и регулируемой по высоте штангой, с установленным на ней маслосборником, включающим съемную воронку, волнорезную решетку (фильтр), поворотный резервуар для увеличения радиуса действия, а также запорный кран на трубке и блокировочную гайку для закрепления установки на той емкости, куда и сливается масло (рис. 1) [1, 6]. Размер тележки подбирается в зависимости от объема бочки, которую вы собираетесь на ней установить.

Рисунок 1 – Схема «ручной» установки для слива масла

Данное оборудование наилучшим образом подходит малобюджетным небольшим предприятиям или автосервисам.

Более совершенные модели — тоже ручные, но с передвижным баком на практичной колесной основе (рис. 2).

В чем удобство бака:

Во-первых, на нем установлен выносной индикатор уровня слитого из машин масла со шкалой в литрах и галлонах, позволяющий следить за тем, насколько наполнена емкость.

Во-вторых, он оснащен спускным краном с двухметровым шлангом и загнутым носиком, группой с безопасным клапаном в 1 бар и универсальным краном для подключения к пневмолинии, благодаря чему можно быстро опустошать заполненный «отработкой» резервуар. В комплект входит и съемная коробка для инструментов — таким образом, все необходимое при проведении работ всегда находится под рукой. 

Рисунок 2 – Схема устройства для слива масла дополнительной емкостью

Маслосборник на подобных установках монтируется либо по центру, либо сбоку. Передвижной бак можно подобрать в зависимости от количества обслуживаемых предприятии транспортных средств — объемом в 65 или в 90 л.

Далее по шкале сложности идут установки не для слива, а для откачки отработанного масла, действующие по принципу Вентури (рис. 3) [1]. Удобны же они своей полной независимостью от любого источника тока, что немаловажно в вопросах техники безопасности.

Работает устройство следующим образом. Шланг, подсоединенный к пневмолинии или компрессору, крепится при помощи специального соединения к декомпрессионной группе, работающей по принципу Вентури, находящейся на установке для откачки масла, под высоким давлением (6,5–7 бар максимально) на несколько секунд. Воздушная струя при проходе через специальное «множительное сопло» во много раз увеличивает свою скорость, образовывая слоистые витки и создавая «кольцевой вихрь», который и откачивает весь находящийся в баке воздух, создавая вакуум, после чего можно спокойно приступать к работе.

Рисунок 3 – Схема пневмовакуумного устройства для слива масла

Недостатком является то, что скорость откачки масла зависит от диаметра гибкого щупа или металлической трубки, которыми вы проводите откачку: чем больше диаметр, тем, естественно, быстрее идет всасывание. Кроме того необходимо наличие пневмолинии или вакуумного компрессора. Если же вы хотите напрямую контролировать качество и количество отработанного масла, то для этих целей существуют установки с прозрачной мерной колбой (рис.4) [1, 7].

Рисунок 4 – Схема устройства для слива масла с мерной колбой

В комплектацию каждой из установок входит набор стандартных металлических и гибких щупов различных диаметров и штуцеры для моторов со встроенным щупом.

Если транспортное средство стоит на подъемнике, то масло можно просто слить с помощью корыта (рис 5).

Рисунок 5 – Схема  устройства для слива масла

В комплект входят: поворотная маслосборная чаша со съемной воронкой и фильтром, пистолет и шланг длиной 2 м, манометр, соединитель с декомпрессионной группой, собственно декомпрессионная группа и перепускной клапан, набор щупов и чехол для них (его при желании можно снять и закрепить на стене, если вы пользуетесь не всем набором, а лишь тем щупом, который нужен в данный момент), а также мерная трубка, показывающая уровень наполнения емкости маслом.

Есть еще один класс универсальных установок для откачки/слива масла: так называемый пантографный тип (рис. 6) [1].

Рисунок 6 – Схема устройства для слива масла «пантографного» типа

Таким оборудованием удобно пользоваться там, где нет подъемников, а машины обслуживаются на ямах. Принцип откачки через щуп — тот же самый. А вот слив «самотеком» происходит несколько иначе. Здесь вместо регулирующегося по высоте корыта — квадратная емкость, которая откидывается назад, ставится на пол на колесики и подкатывается под автомобиль или мотоцикл. Масло сливается, попадая из корыта в бак по полой внутри внешней штанге, для чего его просто надо поднять.

Тут работает принцип сообщающегося сосуда. А для того, чтобы полностью убрать «отработку» из штанги, необходимо перекрыть заглушку и включить модуль декомпрессии.

Все приведенные выше устройства имеют одни и те же общие недостатки – это необходимость транспортировки к месту слива масла (в яму или к подъемнику); необходимость контроля за процессом слива и непосредственное участие в нем; высокая стоимость.

При проведении патентного поиска существующих конструкций устройств для слива масла наиболее эффективным на наш взгляд является устройство, которое монтируется непосредственно в смотровой яме и состоит из сливной воронки, отводящего трубопровода, направляющих штанг и ключа для отворачивания пробки сливного отверстия (рис. 7) [1].

Рисунок 7 – Прототип устройства для слива масла

Это устройство позволяет осуществлять слив рабочих жидкостей агрегатов автомобиля непосредственно на смотровой яме, без применения подъемников, компрессоров, и так далее. То есть устройство стационарно расположено непосредственно в смотровой яме таким образом, что при необходимости его можно перемещать вдоль ямы, подводить сливную воронку в необходимое место под автомобилем, а также возможно сложить устройство в нишу смотровой ямы, для осуществления других операций без помех со стороны конструкции устройства.

Рабочая жидкость присутствует практически во всех системах  современного автомобиля, выполняя свои функции и обеспечивая долговечность этих систем. В качестве рабочей жидкости в системах мобильных машин используется различное масло (моторное, трансмиссионное, гидравлическое) на минеральной и синтетической основе, охлаждающие жидкости (от дистиллированной воды до антифризов), тормозные жидкости (минеральные, гликолевые и силиконовые),  жидкости, омывающие лобовое стекла и фары автомобиля (вода, незамерзающие жидкости) ну и электролит в аккумуляторной батарее [1-3].

Рабочая жидкость автоматической коробки передач представляет собой специальное гидравлическое масло, которое не только передает крутящий момент от двигателя на КП и далее, но и гасит колебания и вибрации, возникающие при работе АКП. Кроме того масло в АКП смазывает трущиеся поверхности, охлаждает все детали, защищает от коррозии, удаляет продукты изнашивания и выполняет управляющие функции.

Техническое состояние масла в АКП обуславливает полноценное функционирование этого сложного механизма, его надёжность и долговечность. Периодичность замены рабочей жидкости регламентируется производителем  АКП и может колебаться от нескольких тысяч километров пробега автомобиля (как правило, не менее 40 тыс. км.) до выработки АКП своего полного ресурса (может колебаться до 300 тыс. км.), то есть без замены масла. Но все производители настоятельно рекомендуют проверять состояние рабочей жидкости АКП и при необходимости «освежать» её или заменять полностью.

Периодичность замены жидкости в АКП зависит от многих факторов – от условий эксплуатации машины (степень загруженности, условия окружающей среды, осуществляемый вид работ и так далее), от вида применяемой рабочей жидкости (минеральная, синтетическая или полусинтетическая), от наличия (отсутствия) проливов (утечек) масла с АКП, от степени изношенности деталей АКП и так далее [1-2, 4-7]. Рачительный хозяин может сокращать рекомендуемый срок замены масла АКП «освежая» его, частично заменив свежим маслом.

Считается, что полностью заменить рабочую жидкость АКП невозможно без её демонтажа и разборки, так как часть жидкости остаётся в гидротрансформаторе  устроенному по принципу чернильницы «непроливайки» (если еще кто помнит что это такое). То есть, замена сводится к максимальному обновлению объема масла в АПК.

Замена рабочей жидкости АКП у различных машин имеет свои особенности. Некоторые производители АКП не предусматривают сливных отверстий в картере АКП и замена, в таком случае, осуществляется путем откачивания жидкости с последующим (или параллельным) закачиванием свежей. Для этого оборудование должно обладать компрессором и соответствующей контрольно-измерительной аппаратурой. Сложность такой замены заключается в обеспечении как можно большего объема откачки масла с АКП, удалении продуктов изнашивания, оседающих на дне картера коробки и подведении откачивающего трубопровода ко наиболее низко расположенной точке внутренней поверхности картера АКП.

Аналогичная ситуация и с моторными и трансмиссионными маслами. Эти жидкости выполняют, в основном, защитную функцию, смазывая, охлаждая, отводя продукты износа и предотвращая коррозию деталей машин.

Моторное масло подвержено наибольшему износу среди всех технических жидкостей, используемых в мобильных машинах. Это обусловлено тем, что в процессе эксплуатации ДВС, моторное масло насыщается продуктами горения топлива, попадающими в картер ДВС из камеры сгорания, частичным расходом масла «на угар», окислением масла под действием высоких температур и кислорода окружающей среды.

Периодичность замены моторного масла зависит от условий эксплуатации двигателя, его загруженности, типа масла и колеблется от 3 тыс. км. до 15 тыс. км. пробега автомобиля (или в моточасах, если работа двигателя по отношению к пробегу превалирует). В процессе эксплуатации контролируется уровень моторного масла, его состояние (визуально и тактильно), а также утечки масла через неплотности. Своевременная замена моторного масла способствует длительной и бесперебойной работе ДВС.

Трансмиссионные масла (механическая КП, редукторы мостов, главная передача, раздаточная коробка и т.д.) требуют замены значительно реже, чем моторные масла, так как при эксплуатации меньше изнашиваются, но, тем не менее, имеют свою периодичность, нарушение которой ведет к повышению изнашивания деталей трансмиссии и преждевременному выходу их из строя.

Сложность замены трансмиссионных масел заключается я в основном в доступе к сливным и контрольно-заливным отверстиям в корпусах агрегатов.

Охлаждающая жидкость в современных мобильных машинах представляет собой смесь дистиллированной воды с этиленгликолем в пропорциях, обеспечивающих не замерзание этой смеси при отрицательных температурах вплоть до -45С°.

Такие жидкости называют антифризами и благодаря пакетам присадок, добавляемым в них производителем, антифризы не только не замерзают и обладают хорошими охлаждающими свойствами, но и замедляют коррозию металлических частей системы охлаждения, снижают износ гидравлического насоса системы (помпы) и пенообразование в процессе работы. Кроме того, они защищают резинотехнические изделия, контактирующие с антифризом, от преждевременного старения и разрушения, снижают образование накипи и других отложений, продлевают срок службы антифриза и всей системы охлаждения в целом.

В современных автомобилях антифризы используются не только в зимний период, а круглогодично. Периодичность замены охлаждающей жидкости также как и других рабочих жидкостей мобильных машин зависит от условий эксплуатации, качества самой жидкости, степени изношенности и загрязненности системы охлаждения и так далее.

Производители рекомендуют менять охлаждающую жидкость от раза в три года до ежегодной замены [8]. Считается, что качественная охлаждающая жидкость, при нормальных условиях эксплуатации сохраняет свои свойства минимум два года. Тем не менее, состояние охлаждающей жидкости необходимо периодически контролировать и при необходимости менять её.

Контроль состояния охлаждающей жидкости осуществляется визуально (по цвету, прозрачности, консистенции), по запаху (изменение запаха или появление неприятного резкого запаха), по плотности, по косвенным признакам (перегрев ДВС, замерзание при недостаточно низкой температуре), определением кислотности (рН), по наличию посторонних примесей (эмульсий) и включений (мусор, частички металла и т.д.), ну и по уровню охлаждающей жидкости в расширительном бачке.

Замена охлаждающей жидкости сопряжена с такими нюансами как труднодоступность сливных отверстий на радиаторе и (или) блоке цилиндров у некоторых марок автомобилей. В результате этого, замена охлаждающей жидкости сопровождается её проливами на поверхность площадки обслуживания автомобиля. Большинство антифризов в своем составе содержат вещества, способные нанести вред жизни и здоровью человека и ущерб окружающей среде, в связи с этим наличие проливов во время замены охлаждающей жидкости, крайне нежелательно [1]. Это же касается и других рабочих жидкостей мобильных машин.

Тормозная система это основная система автомобиля, обуславливающая его активную безопасность. Рабочая жидкость  тормозной системы представляет собой основу (ее доля 93–98%) и различные добавок, присадок, иногда красителей (7–2%). В качестве основы минеральных тормозных жидкостей выступает смесь касторового масла со спиртом в пропорции 1/1. Гликолевые тормозные жидкости имеют в качестве основы полигликоли и их эфиры – группы химических соединений на основе многоатомных спиртов. Силиконовые тормозные жидкости изготавливаются на основе кремнийорганических полимерных продуктов.

Все тормозные жидкости обладают высокой гигроскопичностью («впитывают» влагу). За год они «впитывают» до 3% влаги, что резко отрицательно сказывается на их эксплуатационных свойствах. Поэтому, тормозные жидкости необходимо периодически менять, причем полностью, так как жидкость в тормозной системе практически не циркулирует и «освежить» её как в АКП затруднительно, а добавление жидкости в расширительный бачок не дает, практически ни какого, эффекта.

Периодичность замены тормозной жидкости колеблется от одного года до трех лет. При эксплуатации состояние тормозной жидкости контролируют по изменению её цвета, однородности, наличию осадка в расширительном бачке. Но поскольку жидкость не циркулирует по системе, то оценка её состояния в расширительном бачке весьма косвенна и не стоит ориентироваться только на нее.

Замена тормозной жидкости производиться путем прокачки системы, удаления старой жидкости и заполнением ее новой. Каких-то специализированных устройств замены тормозных жидкостей не предусмотрено, кроме вспомогательных приспособлений облегчающих данную операцию.

В качестве жидкости для отмывания остекления автомобиля и головного освещения в летний период времени используют воду или специализированые моющие жидкости, обладающие улучшенными моющими свойствами, а в зимнее время применяют незамерзающие омывающие жидкости на основе смешивания воды и спиртов. Специализированные и незамерзающие омывающие жидкости также содержат вещества малополезные для человека и окружающей среды.

Замену омывающих жидкостей практически не производят, за исключением случаев сезонного обслуживания техники. В основном омывающие жидкости только доливаю до нужного уровня. Какого-либо специализированного оборудования для этого не требуется (разве что воронка) и затруднений, как правило, не вызывает.

Аккумуляторные электролиты представляют собой водные растворы кислот или щелочей определенной концентрации и являются весьма агрессивными жидкостями. Современные аккумуляторные батареи, в основном, не требуют замены электролита при обслуживании. Чаще всего в аккумуляторную батарею добавляют дистиллированную воду до определенного уровня для поддержки требуемой концентрации и плотности электролита.

Как видим, рабочие жидкости, применяемые в агрегатах мобильных машин, содержат опасные для человека и окружающей среды вещества. Поэтому при замене этих жидкостей основной задачей становиться избежание проливов и потёков. Кроме того, для ряда марок машин необходимо предусмотреть возможность подведения рабочих органов устройств для замены жидкостей к сливным и заливным отверстиям (пробкам, кранам и так далее).

Существующие устройства для замены рабочих жидкостей мобильных машин, как правило, имеют узкую специализацию, то есть, спроектированы для замены конкретного вида жидкости либо под какие-то конкретные узлы и агрегаты. В идеале было проектирование универсального устройства или комплекса, способного осуществлять замену любых рабочих жидкостей мобильных машин, но это не возможно ввиду применения слишком разных по своим свойствам жидкостей, да и не рационально по причине большого разброса периодичности замены и объема заменяемых жидкостей.

Совершенствование устройств для замены рабочих жидкостей мобильных машин должно осуществляться по следующим направлениям:

1. Повышение степени универсальности оборудования.
2. Снижение материалоемкости и себестоимости.
3. Повышение удобства использования и обслуживания.
4. Упрощение конструкций.
5. Повышение ремонтопригодности.

Существующие конструкции устройств для замены рабочих жидкостей мобильной техники условно можно разделить на следующие группы:

1. Простые конструкции. Это устройства максимально простой конструкции, способные выполнять элементарные функции с использованием ручного труда. Эти приспособления позволяют осуществлять слив рабочей жидкости непосредственно в приемную емкость (корыто, бочка, ведро и т.д.), не имеют защиты от проливов, не могут отмерять объем жидкости для заправки.
2. Конструкции с мерными и дозирующими приспособлениями. Представляют собой в общем случае сливные ёмкости с мерной колбой или мерной линейкой, а также, опционально дополненные гибкими трубопроводами с запорной арматурой (кранами). В отличие от простых конструкций позволяют отмерять необходимый объем жидкости при замене и более комфортны в использовании.
3. Откачивающие конструкции. Значительно более сложные устройства, позволяющие откачивать за счет разряжения в трубопроводах рабочую жидкость с любого агрегата, не имеющего сливных отверстий. Как правило, имеют мерные устройства, контрольные индикаторы  давления и вакуума, позволяют проводить как слив жидкости, так и заполнение свежей жидкостью агрегаты машин.
4. Универсальные станции по замене жидкостей мобильных машин. Это наиболее сложные устройства, имеющие в своем составе две и более сливные емкости для различных рабочих жидкостей. Позволяют осуществлять замену, как самотеком, так и с помощью компрессора, откачивая и нагнетая рабочую жидкость.

Кроме того, все оборудование для замены рабочих жидкостей можно поделить на четыре подвида: мобильные, стационарные, универсальные и специальные.

В настоящее время не существует оборудования, позволяющего сочетать в себе все необходимые требования к ним, способного выполнять замену любых технических жидкостей в мобильных машинах, любым способом, в любом месте обслуживания. Поэтому работа по совершенствованию такого оборудования и по разработке новых конструктивных и технологических решений в этом плане является весьма актуальной.

Наиболее перспективными являются те устройства, которые позволяют осуществлять замену нескольких видов жидкостей (например, моторного, трансмиссионного и гидравлического масла) самотеком и путем откачивания (нагнетания), при этом достаточно мобильны для их транспортировки в место обслуживания.

Подобные конструкции существуют, но они энергозависимы (требуют наличия электроэнергии), имеют сложную конструкцию невысокой надежности, низкую мобильность и высокую стоимость.

Поэтому целью нашей работы является совершенствование производственно-технической базы автотранспортного предприятия путем переоснащения производственного корпуса хозяйства современным производительным оборудованием для проведения мероприятий технического обслуживания и ремонта машин силами самого хозяйства.

Автотранспортное предприятие специализируется на пассажирских перевозках, рейсового следования, а также перевозках грузов под заказ как в областном сообщении, так и за пределами области. Поэтому поддержание подвижного состава предприятия в высокой степени технической готовности – первостепенная задача для предприятия.

Эффективно реализовать поставленную задачу можно за счет введения принципиально новых инженерных решений, направленных на разработку и модернизацию техники и оборудования имеющихся на предприятии.

Производственно-техническая база типового автотранспортного предприятия представлена стоянками машин, КПП, складами, очистными сооружениями, производственным и административным корпусами.

Производственный корпус предназначен для проведения мероприятий по техническому обслуживанию и текущему ремонту автомобилей. В нем расположены: зона технического обслуживания и текущего ремонта, слесарно-механический, агрегатно-механический сварочно-жестяницкий, кузнечно-рессорный, медницкий участки, а также участок ремонта трансмиссии, электрооборудования, аккумуляторов, топливной аппаратуры, складские, вспомогательные и административно-бытовые помещения.

Для восстановления гидрооборудования транспортно-технологических машин мы предлагаем организовать в производственном корпусе участок по ремонту и испытанию гидронасосов.

Организуемый участок по ремонту и испытанию гидронасосов предлагается оснастить необходимым оборудованием, позволяющим реализовать на практике технологию ГОСНИТИ по восстановления изношенных корпусов насосов сменой мест качающего и всасывающего узлов. Для внедрения данного способа предлагается разработать технологическую оснастку, состоящую из устройства для установки корпуса насоса на станке и приспособления для сверления отверстий в масляном канале [2-4].

Устройство для установки корпуса насоса на станке состоит из винта регулировочного, каретки, консоли, направляющей, планки, плиты, плиты установочной, трех стержней, винтов, конуса Морзе, пружины и штифта.

Корпус насоса устанавливается на разработанное устройство следующим образом.

Корпус насоса помещается между установочной плитой и кареткой и фиксируется шестью болтами по местам прилегания крышки насоса. В плите установочной имеется овальное отверстие, расположенное напротив колодцев насоса, что позволяет подвести к внутренней поверхности корпуса режущий инструмент для растачивания колодцев под ремонтный размер. Крепление установочной плиты к каретке осуществляется через приваренные к ним три стержня, расположенных под 120^о друг к другу. Каретка имеет возможность перемещаться вдоль направляющей, которая закреплена винтами на плите, приваренной к конусу Морзе, служащем для установки устройства в отверстие вала шпинделя токарного станка. Перемещение каретка ограничивается регулировочным винтом, под действием которого выставляется соосность колодцев корпуса и вала шпинделя. В исходное положение каретка возвращается под действием пружины, насаженной на регулировочный винт, установленный в консоли, зафиксированной на плите с помощью винтов и штифтов.

Приспособление для сверления отверстий в масляном канале состоит из рычага, вилки нажимной, втулки, копира, обоймы, стакана, цапф, вилки, винтов, гайки, осей, подшипника, сверла, троса, шайбы, шарика. Работает приспособление следующим образом.

В обойму, помещенную во втулку приспособления устанавливается сверло и фиксируется шариком и винтом. Копир опускается в расточенные колодцы корпуса насоса до контакта сверла с днищем корпуса. Вилка вкручивается в имеющееся резьбовое отверстие корпуса под прилегающую крышку, в нее вкладывается свободный конец рычага и устанавливается ось. Рычаг также при помощи еще одной оси закреплен в нажимной вилке, которая будет передавать усилие на копир. Втулка свободно вращается в подшипнике, запрессованном в стакане. Осевое перемещение подшипника ограничено шайбой и гайкой, накрученной на резьбовую часть втулки. В имеющееся во втулке осевое отверстие помещают трос, на концы которого одеты две цапфы. Одна цапфа фиксируется во втулке, другая в патроне сверлильного станка. Крутящий момент от шпинделя станка через трос передается на сверло, расположенное под углом 15^о к оси колодца корпуса насоса. Глубина сверления обеспечивается за счет ограничения перемещения незакрепленного конца рычага привалочной плоскостью корпуса под крышку насоса [5].

Технологическую оснастку предполагается изготовить силами самого предприятия для чего были разработаны рабочие чертежи узлов и деталей, технологическая документация на изготовление и сборку устройств.

Для реализации предлагаемого проекта необходимы денежные вложения в размере 9,5 тыс. руб., при этом ожидается годовая экономия в размере 162,2 тыс. руб. при неизменной годовой программе предприятия.

Все без исключения исследователи подтверждают тот факт, что интенсивность изнашивания большинства элементов машин в условиях низких температур выше, чем в некотором диапазоне положительных температур [2].

Низкие температуры воздуха вызывают многократное увеличение вязкости смазочных материалов и технических жидкостей. Так, рабочая низкотемпературная жидкость ПГ-271 при температуре 50^оС имеет вязкость 4×10^-6 м²/с, а при температуре -50 ^оС – 3×10^-4 м²/с [3]. Такое увеличение вязкости смазочных материалов снижает их жидкотекучесть, в результате чего поступление смазочных материалов к узлам трения затрудняется или может полностью прекратиться. Под действием низких температур влага, содержащаяся в смазочных материалах, кристаллизуется, что вместе с изменением свойств самих материалов снижает их смазывающие свойства (например, снижается свойство прилипаемости масла к металлическим поверхностям) и, тем самым, провоцирует возникновение сухого или полусухого режима трения и, как результата, повышения интенсивности изнашивания.

У технических жидкостей, используемых в гидравлических и тормозных системах машин, с повышением температуры снижается вязкость, возрастают утечки жидкости из гидросистемы, что ухудшает смазываемость поверхностей трения и увеличивает износ деталей гидравлических двигателей, цилиндров и аппаратуры.

Однако, основной причиной повышения интенсивности изнашивания, следует считать ухудшение условий трения – проникновения абразивных частиц в зону контакта деталей гидрооборудования, ослабление защитных свойств смазки, изменение зазоров сопряжения, обусловленных изменением температуры рабочей жидкости гидросистемы.

Применительно к гидрофицированным машинам установлено, что по причине преждевременного изнашивания выходит из строя 90% деталей, а по причине потери прочности – 10% деталей [4].

Наличие механических примесей в рабочей жидкости приводит к абразивному изнашиванию, которое является практически единственным видом изнашивания металлических и полимерных деталей гидрооборудования. Интенсивность изнашивания пропорциональна количеству и размерам механических примесей. Исследованиями установлено, что увеличение загрязненности в четыре раза снижает долговечность гидрооборудования в два раза. Отсутствие или недостаточная эффективность фильтра сокращает срок службы насосов в 10…12 раз [5]. Все отечественные и зарубежные исследователи, занимавшиеся в разное время изучением процесса изнашивания и надежности машин, считают, что главным фактором, увеличивающим износ и снижающим надежность машин с гидравлическим приводом, является загрязненность рабочих жидкостей [6,7].

Температура (вязкость) рабочей жидкости оказывает существенное влияние на интенсивность абразивного изнашивания металлических деталей гидрооборудования. При низких температурах часть потока жидкостей проходит через переливной клапан фильтра, не фильтруясь. Кроме того, в более вязкой жидкости абразивные частицы легче удерживаются во взвешенном состоянии и транспортируются по гидросистеме.

Интенсивность изнашивания деталей существенно зависит от температуры, причем температуры ниже 0^оС оказывают на изнашивание наибольшее влияние. Например, при изменении температуры от +20 до –30^оС износ манжетных уплотнений увеличивается в 5,5 раза, а колец круглого поперечного сечения – в 5,2 раза. Изменение температуры от +20 до +80^оС вызывает значительно меньший износ: манжетное уплотнение – в 1,5 раза, кольца круглого поперечного сечения – в 1,4 раза [5].

На изнашивание металлических деталей температура жидкости также оказывает большое влияние. При изменении температуры от +20 до –30^оС износ увеличивается в 1,25 раза, при изменении температуры от +20 до +80^оС – в 1,2 раза [5]. Повышение износа металлических деталей при отрицательных и положительных температурах обусловлено ухудшением условий взаимодействия поверхностей трения, которые, не влияя на характер изнашивания, увеличивают его интенсивность.

При температурах от +10 до +50^оС наблюдается участок наименьшего износа деталей. В этом интервале температуры поверхности трения наиболее полно разделяются слоем рабочей жидкости.

Уменьшить интенсивность абразивного изнашивания, снизить силы трения в зоне контакта деталей гидрооборудования можно за счет применения более совершенных конструкций фильтроэлементов, строгого выполнения технико-эксплуатационных требований и оптимизацией температуры рабочей жидкости.

При проектировании гидравлического привода машин, эксплуатируемых на открытом воздухе, необходимо учитывать влияние климатических условий на тепловое состояние гидросистемы. Следует помнить, что на тепловой режим также оказывают влияние конструктивные особенности и режим работы гидропривода и машины в целом. Таким образом, существует качественная связь между климатическими условиями (внешней средой), конструкцией, режимом работы гидропривода, с одной стороны, и тепловым состоянием гидропривода с другой [3].

Тепловой режим влияет на состояние гидрооборудования и рабочей жидкости, которые характеризуются физико-механическими свойствами рабочей жидкости, металлов и полимеров, зазорами в парах трения и натягами в разъемных соединениях, условиями фильтрации и взаимодействия поверхностей деталей. Состояние гидрооборудования и рабочей жидкости в свою очередь оказывает влияние практически на все параметры и характеристики гидропривода, а последние, в конечном итоге, определяют технико-экономические показатели машины в целом [4].

В этой логической цепи (климатические условия – тепловой режим гидропривода – состояние гидрооборудования и рабочей жидкости – параметры и характеристики гидропривода – технико-экономические показатели машины) отчетливо видно место расположения устройства регулирования температуры. Известно несколько способов подогрева и поддержания температуры рабочей жидкости в гидросистемах (рис. 1) [4].

Каждый из них имеет как свои преимущества, так и недостатки, а, кроме того, большое количество конструктивных решений. На основе анализа существующих устройств и систем регулирования температуры рабочей жидкости была предложена система терморегулирования, в которой для разогрева рабочей жидкости используются внутренние резервы ДВС, а именно, тепловая энергия моторного масла из системы смазки двигателя [1,4,6].

Предлагаемая система регулирования температуры рабочей жидкости содержит гидронасос, сообщенный напорной гидролинией с агрегатами гидропривода и баком-теплообменником, в котором расположены два теплоэлемента – змеевик и радиатор для подогрева и охлаждения рабочей жидкости.

Очевидно, что для каждого типа машины система терморегулирования будет иметь различные геометрические размеры, зависящие от площади теплообмена, диаметра трубопровода, скорости течения жидкости в канале, массы и плотности теплоносителя.

а)	б)

Для проектирования и дальнейшего изготовления предлагаемого теплообменника  системы терморегулирования (рис. 2) были проведены теоретические исследования и получены эмпирические зависимости следующих параметров [7]: длины одного витка змеевикового теплообменника l, общей длины змеевика L, общей высоты змеевика H, поверхности нагрева теплообменника F, числа витков теплообменника n.

Длина одного витка змеевикового теплообменника l

,       (1)

где D_зм – диаметр витка змеевика, м; h – расстояние между осями витков змеевика, м.

в)	г)
Рисунок 1 – Схемы систем терморегулирования рабочей жидкости:
а – изменением площади теплообмена; б – дросселированием; в – отработавшими газами ДВС; г – электронагревательными элементами 1, 2 – малый и большой гидробаки; 3 – распределитель; 4 – термодатчик; 5 – насос; 6 – основной распределитель; 7 – гидродвигатель; 8 – золотник; 9 – сливная магистраль; 10 – канал; 11 – теплообменник; 12 – дроссель; 13 – плунжер; 14 – дополнительный дроссель; 15 – переключатель; 16 – труба выхлопная; 17 – ДВС; 18 – заслонка; 19 – отражатель; 20 – труба; 21 – ТЭНы

Общая длина змеевика L

,      (2)

где F – поверхность нагрева змеевика, м²; d – наружный диаметр трубы змеевика, м;
n – число витков теплообменника.

Число витков теплообменника n

,      (3)

где G – массовый расход теплоносителя, проходящего через змеевик, кг/с;
d_вн – внутренний диаметр трубы, м; w – скорость теплоносителя в трубе, м/с;
ρ – плотность теплоносителя, кг/м³.

Поверхность нагрева теплообменника F

,      (4)

Общая высота змеевика H

,      (5)

Рисунок 2 – Теплообменник системы терморегулирования

1 – кронштейн; 2 – реле; 3 – штуцер сливной; 4 – змеевик; 5 – скоба; 6 – штуцер;
7 – крышка задняя; 8 – корпус; 9 – штуцер сапуна; 10 – сапун; 11 – фильтрующие элементы; 12 – терморегулятор; 13 – сердечник; 14 – пружина; 15 – стопор; 16 – кран шаровой; 17 – рычаг; 18 – кольцо; 19 – прокладка; 20 – крышка передняя; 21 – болт;
22 – винт; 23 – крышка горловины; 24 – горловина; 25 – прокладка; 26 – термопара;
27 – болт; 28 – радиатор охлаждения

В виду особенности конструкции разработанной системы терморегулирования, при обосновании повышения работоспособности гидропривода, необходимо определить связи между свойствами устройств охлаждения системы смазки ДВС и внешних факторов с критерием температурно-динамической характеристики, определить расчетный режим масляного радиатора системы смазки ДВС транспортно-технологической машины, оценить влияние температуры окружающего воздуха на изменение теплового режима гидропривода и провести расчет теплообменного аппарата системы терморегулирования рабочей жидкости гидропривода.