Базовые транспортные средства и двигатели пожарных автомобилей

Пожарные машины создаются на шасси грузовых автомобилей. К ним предъявляют два основных требования: они должны обладать высокими удельными мощностями и проходимостью.

Для АЦ и специальных ПА используются шасси ЗИЛ, ГАЗ, КамАЗ, Урал, МАЗ. Они могут быть полноприводными (колесная формула 8'8.1; 6'6.1; 4'4.1) и неполноприводными (6'4.1; 4'2.2 и др.). Это дает возможность выбирать рациональные шасси для заданных регионов дислокации подразделений ГПС.

На шасси этих автомобилей установлены четырехтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания или дизели. Двухтактные двигатели имеют ограниченное применение – только на некоторых мотопомпах.

В отличие от грузовых автомобилей двигатели на пожарных машинах эксплуатируются в транспортном и стационарном режимах. Потребителями энергии на ПМ являются пожарные насосы, генераторы электрического тока, приводы пожарных автомобильных лестниц и коленчатых подъемников и т.д.

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

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

Работу двигателя внутреннего сгорания (ДВС) характеризует ряд показателей. Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc называют степенью сжатия (рис. 5.8):

e = . (5.4)

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

Индикаторная диаграмма – диаграмма изменения давления газа в цилиндре двигателя в зависимости от изменения положения поршня, записанная с помощью прибора индикатора. Пример такой диаграммы для карбюраторного двигателя показан на рис. 5.8.

Важными параметрами индикаторной диаграммы являются давление в конце такта сжатия Рс , МПа, и давление в конце сгорания Рz , МПа.

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

Зная среднее индикаторное давление Рi, МПа, рабочий объем цилиндра Vp, л, число цилиндров i, частоту вращения коленчатого вала n, об/мин, определяют индикаторную мощность двигателя, кВт:

, (5.5)

где t– тактность двигателя.

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

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

Nе = Ni - Nм. (5.6)

Совершенство конструкции двигателя оценивают величиной механического коэффициента полезного действия:

hм = (5.7)

Мощность Ne и Nм определяют на специальных стендах. С помощью тормозных устройств определяют также крутящие моменты Me, Нм, при заданных частотах вращения коленчатого вала n, об/мин. Эффективную мощность, кВт, определяют по формуле

Ne = Me w = Me (5.8)

где Mе – эффективный крутящий момент, Нм; ω – скорость вращения коленчатого вала двигателя, с-1.

Важной характеристикой является удельный эффективный расход топлива ge, кг/(кВт·ч):

ge = , (5.9)

где Gт – часовой расход топлива, кг/ч.

Параметры основных показателей, характеризующих двигатели, приводятся в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Показатели Размерность Карбюраторные двигатели Дизели
Степень сжатия, e
Давление Рс
Давление Рz
Механический коэффициент полезного действия hм
Удельный эффективный расход топлива gе
-
МПа
МПа
-

г/(кВт-ч)

4 – 10
0,8 – 2,0
3 – 6
0,75 – 0,85

290 – 350

14 – 17
3 – 7
6 – 9
0,7 – 0,83

234 – 265

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

Различаются двигатели и по значениям величин, характеризующих токсичность отработавших газов (табл. 5.3).

Таблица 5.3

Тип двигателя СН, млн-1 СО, % NOx, млн-1 Сажа, г/м3
Карбюраторный
Дизельный
1000 – 3500
50 – 1000
0,2 – 6
0,05 – 0,3
400 – 4500
200 – 2000
0,05
0,1 – 0,3
загрузка...

Концентрацию CO выражают в объемных процентах. Концентрацию СН и NOxзаписывают в миллионных долях, например:

rCH= (5.10)

где rCH – концентрация СН в отработавших газах, млн-1; V – парциальный объем СН, м3; Vсм – объем выпускных газов, м3.

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

Характеристики двигателей – это зависимости основных показателей двигателей (Ne, Me и ge ) от частоты вращения его коленчатого вала n, об/мин.

Характеристику Ne = f(n) называют скоростной (кривая 1 на рис.5.9). Скоростную характеристику, полученную при полной подаче топлива, называют внешней. Характеристики, получаемые при неполной подаче топлива, называют частичными (кривая 2 на рис 5.9).

В характеристиках указывают минимальные обороты двигателя nmin; обороты nN, соответствующие максимальной мощности Ne max, и обороты максимального крутящего момента nMe max.

Рис. 5.9. Скоростная характеристика двигателя:
1 – внешняя характеристика; 2 – частичная характеристика; 3 – крутящий момент; 4 – удельный расход топлива; 5 – регуляторные характеристики

В случае установки на двигателе ограничителей скорости Ne и Me изменяются, как показано прямыми 5(см. рис 5.9) Максимальная скорость nmaxотличается от nN на величину около 10 %.

Из рис. 5.9 следует, что область, ограниченная внешней скоростной характеристикой (кривая 1) и диапазоном скоростей от до nN, является областью, в которой эксплуатируются двигатели. Для примера приводится внешняя скоростная характеристика дизеля КамАЗ-740.11 мощностью 176 кВт (рис. 5.10).

В документации на двигатели наиболее часто указывают Ne max и nN. По параметрам этих величин можно построить внешнюю скоростную характеристику двигателя, используя формулу

Ne = Ne max (5.11)

где n – текущие значения частот вращения вала двигателя, об/мин.

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

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

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

K =или K =. (5.12)

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

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

На пожарных автомобилях используются двигатели различных типов и серий. Параметры основных характеристик некоторых двигателей приводятся в табл. 5.4.

Таблица 5.4


п/п
Марка Тип Ne max, кВт nN, об/мин
ЗИЛ-130
ЗИЛ-508.10
ЗМЗ-66
ЯМЗ-236
ЯМЗ-138
ЗИЛ-645
КамАЗ-740
КамАЗ-740.11
К
К
К
Д
Д
Д
Д
Д
84,4

Примечание. К – карбюраторный двигатель; Д – дизель.

Режимы эксплуатации двигателей ПА характеризуются рядом особенностей.

В гаражах пожарных частей они содержатся при температурах окружающей среды, а зимой при температуре не ниже 12 оС. Естественно, что это и температура охлаждающей жидкости двигателя. При вызове и следовании на пожар в течение 5 – 10 мин двигатели работают в режиме прогрева. Если пути следования относительно небольшие, то в транспортном режиме ПА двигатели эксплуатируются в режиме прогрева. В среднем в течение года пробеги ПА по спидометру достигают значений 3500 – 4000 км.

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

Требованиями НПБ обусловлено, что двигатель должен обеспечить непрерывную работу насоса в течение шести часов при номинальных значениях напора и величины подачи воды. Это очень жесткие условия еще и потому, что в стационарном режиме эксплуатации отсутствует стационарный натекающий поток воздуха на радиатор, имеющий место в транспортном режиме эксплуатации. Поэтому не исключено, что в некоторых случаях произойдет перегрев двигателя. Во избежание этого неприятного явления экспериментально была установлена необходимость ограничить величину мощности, потребляемой в стационарном режиме nст = 0,7 Nmax. Во избежание большой интенсивности износа двигателей было установлено ограничение частоты вращения вала двигателя n = 0,75 nN.

Отобразим эти ограничения на внешней скоростной характеристике двигателя (рис. 5.11) и из точки к построим частичную скоростную характеристику ак.

Ее можно построить по приведенной выше формуле (5.11), приняв координаты точки к за исходные. Рекомендуется также, чтобы в точке к был запас мощности не менее 15 %, как показано на рисунке.

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

В случае, если потребляемая мощность будет превосходить мощность, соответствующую точке к, то необходимо устройство дополнительного охлаждения двигателя. Для этого на некоторых автоцистернах установлены теплообменники (рис. 5.12). Вода из системы охлаждения двигателя поступает в корпус 1 теплообменника и охлаждается водой, поступающей из пожарного насоса.

В двигателях автоцистерн изменена система выпуска отработавших газов. Перед глушителем 5 (рис. 5.13) установлен газоструйный вакуумный аппарат 6. Отработавшие газы двигателя поступают к патрубкам 1. Газоструйный насос в аппарате 6 отсасывает воздух из пожарного насоса по трубке 2. В пожарном насосе создается необходимый вакуум для заполнения его водой из постороннего источника.

Из аппарата 6 отработавшие газы поступают в резонатор, соединяющий звуковые сигналы. Из глушителя отработавшие газы выходят в атмосферу по трубопроводу 4. В зимнее время они по трубопроводу 3 направляются в систему обогрева цистерны или насосного отсека с пожарным насосом.




Ответить

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Вы можете использовать HTML- теги и атрибуты:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

14 + = 20