Воздух как рабочая среда пневмоприводов автомобилей и гаражного оборудования

11.1. Атмосферный воздух планеты «Земля».

В аспекте функций атмосферного воздуха в пневматических приводах автотранспортного оборудования основными показателями являются его давление и температура. Именно эти два фактора характеризуют потенциальные энергетические возможности сжатого в дальнейшем воздуха.

Климатические эксплуатационные условия РФ обеспечивают вероятную температуру атмосферного воздуха от – 50^о С до плюс 30⁰ С.

Нормальное давление атмосферного воздуха меняется в среднем в интервале 0,099 – 0,103 МПа в зависимости от состояния земной атмосферы. В зависимости от рельефа местности атмосферное давление имеет значительные перепады, например, на высоте 3 – 4 км давление воздуха атмосферы составляет: высота 2 км – 0,08 МПа; высота 4 км – 0,06 МПа. Температура атмосферы падает примерно на 6⁰С при подъеме на 1 километр высоты над уровнем моря.

Атмосферный воздух планеты «Земля» представляет собой газовую смесь, состоящую из 21% кислорода, 78% азота и 1% инертных и прочих газов (аммиак, озон, углекислый газ и пр.). В атмосферном воздухе всегда имеются водяные пары и твердые минеральные и органические частицы.

27 11.2. Сжатый воздух пневмоприводов автомобилей и гаражного оборудования.

Как рабочее тело пневматических приводов воздух имеет ряд ценных достоинств: практически всегда имеется в распоряжении пользователя, нет критического влияния утечек рабочей среды, нет необходимости рециркуляции – отработавший воздух благополучно возвращается в земную атмосферу.

Вода представляет собой наиболее «вредное» загрязнение сжатого воздуха. Это проявляется в следующем: коррозия поверхностей трубопроводов, ресиверов и «обогащение» воздушной массы пневмопривода частицами твердой ржавчины.

Однако, самым опасным является замерзание влаги в пневмоприводе при отрицательных температурах. Это приводи к тому, что образовавшийся лед (иней) приводит к уменьшению проходных сечений пневмоприводов, образованию пробок изо льда и примерзанию подвижных элементов пневмоагрегатов. Кроме того, влага смывает консистентную смазку с трущихся поверхностей оборудования, в результате чего увеличивается коррозия.

11.3. Этапы изменения свойств качества сжатого воздуха в пневмоприводе.

Нормальная работа сжатого воздуха в автотранспортном пневмоприводе может быть сведена к следующим этапам:

всасывание и сжатие атмосферного воздуха в пневмоприводе компрессорной установкой;

подача сжатого воздуха от компрессора через аппараты подготовки в ресивер и хранение рабочей среды при постоянном давлении;

подача сжатого воздуха через органы управления в исполнительное устройство привода;

выпуск сжатого воздуха из исполнительного устройства в атмосферу планеты.

Краткий анализ изменения параметров воздуха на данных этапах (для тормозного пневмопривода грузового автомобиля).

При сжатии в цилиндре компрессора давление воздуха увеличивается до рабочего – примерно до 0,8 МПа, т.е. в 8 раз.

Объем атмосферного воздуха при этом уменьшается примерно в 8 раз.

Температура сжатого воздуха из автомобильного компрессора Т_К

связана с температурой атмосферного воздуха Т_А уравнением

T_К = T_А 8^{0, 2}, (45)

таким образом, при сжатии атмосферного воздуха его температура увеличивается в среднем в 1,5 раза, а по максимальным оценкам может достигать 220 – 250⁰С.

Подача сжатого воздуха в систему от компрессора (поршневого) происходит отдельными порциями. Для автомобильных компрессоров за один оборот коленчатого вала агрегата (0,02 – 0,1 с) подача составляет 4 – 75 см³. При этом давление в системе практически неизменно. В конечном итоге в ресиверах автомобиля сжатый воздух находится под давлением ситстемы и с атмосферной температурой.

В процессе действия автотранспортного пневмопривода скорость перемещения сжатого воздуха в трубопроводе достигает 300 м/с, т.е. практически превышает скорость звука в земной атмосфере. По мере увеличения давления до номинального (для данного пневмоагрегата), скорость наполнения исполнительного устройства уменьшается до 0.

При выпуске сжатого воздуха из исполнительного устройства в атмосферу его скорость в 1,5 – 2,5 раза меньше чем при наполнении. При этом воздух расширяется в 5 – 8 раз. Температура рабочей среды резко снижается до атмосферной.

28 11.4. Компоненты загрязнений сжатого воздуха автотранспортных приводов.

Прежде всего, это твердые частицы представляющие собой пыль – от 0,01 до 200 мкм в поперечнике. Их реальная концентрация 0,5 – 10 мг/м³. Основным источником данных загрязнений является компрессорная установка, а именно продукты ее механического износа и термического разложения смазочного масла.

Например, у компрессорных установок двигателя ЗИЛ – 130 (КамАЗ – 740, ЯМЗ – 236, 238, 240) количество масла в сжатом воздухе составляет в среднем 0,02 – 0,4 г/м³.

Та часть масла, которая не выбрасывается в атмосферу, смешивается с водой и образует водомасленную эмульсию – конденсат. Его необходимо периодически сливать наружу. По данным эксплуатационных испытаний для грузовиков ЗИЛ и КамАЗ на 100 км пробега (Европейские условия) с грузом в ресиверах тормозного пневмопривода добавляется примерно 10 – 20 г конденсата. Масло разрушает резинотехнические детали пневмоагрегатов.

Вода (Н₂О), находящаяся в атмосферном воздухе, является основным загрязнением.

Принимая во внимание то, что атмосферный воздух есть смесь собственно сухой воздушной газовой смеси и водяных паров, интересен процесс образования жидкой влаги в компонентах автотранспортного пневмопривода.

Основная специфика данного процесса в том, что водяной пар может переходить из газообразного состояния в жидкое, или твердое, т.е.имеет свойство конденсироваться.

Для состояния водяного пара в атмосферном воздухе планеты Земля характерны три следующие ситуации:

влажный ненасыщенный воздух – состояние, когда содержание влаги выражается в виде перегретого водяного пара, т.е. отсутствует конденсация паров воды;

насыщенный (влажный) воздух с жидким конденсатом (Т_ВОЗД ≈ 0⁰С) – конденсация пара с образованием воды в виде тумана или дискретных капель;

перенасыщенный (влажный) воздух с твердым конденсатом (Т_ВОЗД ≤ 0⁰С) содержащий, также и частицы льда (в виде частиц ледяного тумана).

В процессе сжатия воздуха в пневмоприводе его температура повышается. Пары воды остаются в перегретом состоянии. Относительная влажность воздуха при этом 1 – 7%. При дальнейшем прохождении воздуха через пневмопривод его температура понижается, пар становится насыщенным, его относительная влажность достигает 100%, происходит активная конденсация. Особенно бурное выделение влаги происходит при резком изменении скорости потока сжатого воздуха, например, в ресивере или каком – либо пневмоагрегате. Важную роль в этих процессах играет температура атмосферы (рис.39).

Данными факторами обусловлена необходимость очистки воздуха от воды в пневмоприводах автомобилей и сервисного оборудования.

Рис.39. Зависимости количества влаги и водяного пара (d) от температуры атмосферного воздуха t_а: 1 – водяной пар в атмосферном воздухе при относительной влажности 100%; 2 – конденсат, выделенный из сжатого воздуха при охлаждении; 3 – водяной пар (оставшийся в воздушной массе)

11.5. Основные потребители энергии сжатого воздуха на автомобиле.

В целом применяемость сжатого воздуха на автомобилях можно распределить по трем основным группам оборудования: агрегаты трансмиссии, элементы системы управления, вспомогательные устройства.

Намеченные варианты можно иллюстрировать следующим перечнем примеров. Тормозной привод и рулевое управление; приводы элементов управления трансмиссии – блокировки дифференциалов, пневмоусилоители сцепления; централизованная система подкачки шин и регулировки давления воздуха в них; приводы стеклоочистителей, звуковых сигналов и механизмов открывания дверей и люков; устройства внешней очистки автомобиля (от щепы, пыли), а также для их покраски.

Дата добавления: 2014-01-04