Условия, при которых осуществляется эксплуатация автомобиля, обеспечивают влияние на режимы работы его агрегатов и систем, вызывая ускорение или замедление интенсивности изменения параметров технического состояния. К таким условиям относят природно-климатические условия, дорожные условия, режим работы подвижного состава. В различных условиях эксплуатации реализуемые показатели надежности автомобилей за одинаковую наработку будут различаться, что скажется и на показателях эффективности технической эксплуатации. Учет условий эксплуатации необходим при определении нормативов ТЭА, потребности в ресурсах (персонал, производственно-техническая база, запасные части и материалы).
По результатам научно-исследовательских работ установлено, что стоимость цикла движения автопоезда в зависимости от колебания его скорости изменяется в несколько раз (рисунок 2.5).
Рисунок 2.5 – Изменение относительной стоимости цикла движения автопоезда грузоподъемностью 16 т на дороге с усовершенствованным покрытием.
Где 1 – остановка; 2 – промежуточная скорость Vп = 8 км/ч; 3 – Vп = 16 км/ч; 4 – Vп = 24 км/ч; 5 – Vп = 32 км/ч; 6 – Vп = 40 км/ч; цикл Vн - Vп – Vн.
Так, режимы работы грузового автомобиля при интенсивном городском движении изменяются по сравнению с движением по загородной дороге с одинаковым типом покрытия следующим образом:
- скорость движения сокращается на 50-52 %;
- среднее число оборотов коленчатого вала на 1 км увеличивается до 130-136 %;
- число переключений передач возрастает в 3-3,5 раза;
- удельная работа трения тормозных механизмов возрастает в 8-8,5 раза;
- пробег при криволинейной траектории движения (при поворотах, перестроениях и т.д.) увеличивается в 3-3,6 раза.
Это объясняет тот факт, что за рубежом контролю скорости движения автомобилей уделяется большое внимание.
Таблица 2.7
Влияние транспортных условий на надежность и производительность автомобилей, %
Таблица 2.8
Влияние дорожных условий (покрытия) на объем ТР
Таблица 2.9
Сезонные изменения объема текущего ремонта грузового автомобиля
Таблица 2.10
Влияние климатических условий на объем ТР двигателей
Природно-климатические условия характеризуются температурой окружающего воздуха, влажностью, ветровой нагрузкой, уровнем солнечной радиации, количеством выпадающих осадков и т.п.
На рисунках 2.7, 2.8 и 2.9 представлены примеры влияния различных природно-климатических факторов на техническое состояние автомобилей и их составных частей.
Так, при увеличении скорости ветра до 10 м/с темп охлаждения смазочных и охлаждающих жидкостей основных агрегатов неподвижного автомобиля увеличивается в среднем 2,5 раза по сравнению с безветрием.
К дорожным условиям относят тип и качество дорожного покрытия, рельеф и изменение радиуса закруглений полотна дороги, а также наличие различных дорожных сооружений (мостов).
Автомобильной дорогой называют комплекс инженерных сооружений (земляное полотно, проезжая часть, мосты, предприятия придорожного сервиса и т.п.), предназначенных для обеспечения движения нерельсовых транспортных средств и пешеходов.
С 1 января 1987г. введены новые строительные нормы и правила (СНиП 2.05.02–85), распространяющиеся на все вновь строящиеся и реконструируемые автомобильные дороги общего пользования и подъездные дороги к промышленным предприятиям. В соответствии с этим документом, автомобильные дороги в зависимости от расчетной перспективной интенсивности движения и их народнохозяйственного и административного значения подразделяются на 5 основных категорий.
Рисунок 2.6 – Схема влияния условий эксплуатации на нормативы ТЭА
Рисунок 2.7 – Влияние температуры окружающего воздуха на изменение общего числа отказов и неисправностей (по данным НИИАТ) /3/
Рисунок 2.8 – Зависимость относительной скорости изнашивания (в процентах) цилиндров карбюраторного (1) и дизельного (2) двигателей от температуры охлаждающей жидкости (Т, оС) /3/
Рисунок 2.9 – Интенсивность изнашивания по высоте h цилиндров двигателя ЗИЛ-130 (мкм/1000км) при работе на бензине с различным содержанием кварцевой пыли 1 – 0 г/т; 2 – от 12 до 14 г/т и 3 – 40 г/т /3/
Таблица 2.11
Средние значения показателей надежности городских автобусов большого класса по сезонам в умеренном климатическом районе, %
Категория 1 имеет две подкатегории 1-а и 1-б. При этом к 1-а отнесены наиболее совершенные магистральные автомобильные дороги общегосударственного значения, в том числе предназначенные для международного сообщения. К остальным категориям относятся прочие дороги общегосударственного, республиканского, краевого и областного, а также местного значения.
Важным транспортно-эксплуатационным показателем дорог является расчетная скорость и допустимые осевые нагрузки, которые составляют для дорого 1- 4 категории – 10 тс, для 5 категории – 6 тс.
Проезжая часть дороги, предназначенная для движения автомобилей, имеет дорожную одежду, состоящую, как правило, из нескольких слоев: покрытия (верхний, наиболее прочный слой дорожной одежды), основания и дополнительного основания.
На основе положений СНиП 2.05.02 – 85 дорожная одежда должна отвечать определенным требованиям, предъявляемым к автомобильной дороге как транспортному сооружению.
Применяются следующие четыре основных типа дорожных покрытий:
– усовершенствованные капитальные (цементобетонные монолитные, железобетонные или армобетонные сборные, асфальтобетонные, мостовые из брусчатки и мозаики на бетонном основании) – для дорог 1-3 категорий;
– усовершенствованные облегченные (из щебня, гравия и песка, обработанных вяжущими, из холодного асфальтобетона) – для дорог 3-4 категорий;
– переходные (щебеночные и гравийные, из грунтов и местных малопрочных каменных материалов, обработанных вяжущими, мостовые из булыжника) – для дорог 4-5 категорий;
– низшие (из грунтов, укрепленных или улучшенных добавками) – для дорог 5 категории.
Нормальные условия сцепления шин с дорогой обеспечиваются на чистом сухом или увлажненном дорожном покрытии, имеющем коэффициент сцепления при скорости 60 км/ч для сухого покрытия 0,6, а для увлажненного – от 0,45 до 0,6 в зависимости от условий движения автомобиля, определяемых уклонами дороги, радиусами кривых в плане и расстоянием видимости.
Указанные значения коэффициентов сцепления обеспечиваются в эксплуатации специальной поверхностной обработкой дорожных покрытий.
Для обеспечения бесперебойного движения на автомобильных дорогах организуются службы ремонта и содержания всего комплекса инженерных сооружений дороги.
При оценке вариантов трассы и конструкции автомобильной дороги, следует учитывать ее воздействие на состояние окружающей среды, как в период строительства, так и во время эксплуатации, а также сочетания с ландшафтом, отдавая предпочтение решениям, оказывающим минимальное вредное воздействие на окружающую среду и здоровье населения. Автомобильные дороги 1-3 категорий должны прокладываться, как правило, в обход населенных пунктов.
Требования безопасности движения к дорогам и другим сооружениям, а также средствам регулирования движения определяются государственными стандартами и строительными нормами и правилами.
В соответствии со СНиП 2.05.02–85 проектные решения автомобильных дорог должны обеспечивать:
– организованное, безопасное, удобное и комфортабельное движение автотранспортных средств с расчетными скоростями;
– соблюдение принципа зрительного ориентирования водителей;
– удобное и безопасное расположение примыканий и пересечений;
необходимое сцепление шин автомобилей с поверхностью проезжей части.
Таблица 2.12
Основные технические характеристики автомобильных дорог по (СНиП 2.05.02–85) /8/
Для организации дорожного движения разрабатываются схемы расстановки дорожных знаков с обозначением мест и способов их установки и схемы дорожной разметки. Разметка должна сочетаться с установкой дорожных знаков. Размещение технических средств организации дорожного движения осуществляется в соответствии с ГОСТ 23457–86. Дорожные знаки должны соответствовать ГОСТ 10807–78.
Для выделения пешеходных переходов, остановок автобусов, переходно-скоростных полос, дополнительных полос на подъемах, полос для остановок автомобилей, проезжей части в тоннелях и под путепроводами, на железнодорожных переездах, малых мостах и других участках, где препятствия плохо видны на фоне дорожного покрытия, рекомендуется применять осветленные покрытия.
Стационарное электрическое освещение на автомобильных дорогах предусматривается на участках в пределах населенных пунктов, на больших мостах, автобусных остановках, пересечениях дорог 1 и 2 категорий между собой и с железными дорогами, на всех соединительных ответвлениях узлов пересечений и на подходах к ним. Осветительные установки пересечений автомобильных и железных дорог в одном уровне должны соответствовать нормам искусственного освещения, регламентируемым системой стандартов безопасности труда на железнодорожном транспорте.
Включение освещения участков автомобильных дорог производится при снижении уровня естественной освещенности до 15-20 лк.
На дорогах 1 категории должна быть установлена аварийно-вызывающая связь.
При смешанном составе транспортного потока на участках дорог 2 и 3 категорий предусматриваются дополнительные полосы проезжей части для грузового движения в сторону подъема.
На участках дорог 5 категории при необходимости предусматривается устройство разъездов. На кривых участках дорог в плане с радиусом менее 2000 м (для 1 категории – менее 3000 м) необходимо предусматривать устройство виражей, исходя из условий обеспечения безопасности движения автомобилей с наибольшими скоростями.
На трудных участках дорог в горной местности предусматриваются площадки для остановки автомобилей. Размеры площадок должны обеспечивать стоянку не менее 3-5 грузовых автомобилей. Независимо от наличия площадок на затяжных спусках следует предусматривать противоаварийные съезды.
Автобусные остановки на дорогах категории 1-а следует располагать вне пределов земляного полотна. Остановочные площадки на дорогах категории 1-б – 3 должны отделяться от проезжей части разделительной полосой.
К обустройству дорог относятся дорожные ограждения, остановочные площадки, технические средства организации дорожного движения, освещение, зеленые насаждения, малые архитектурные формы.
С целью контроля условий движения на маршрутах, учета их при организации перевозочного процесса и проведении профилактических мероприятий с водителями в автотранспортных предприятиях должны проводиться:
– обследования маршрутов перед их открытием в процессе эксплуатации (в том числе обследование железнодорожных переездов, через которые осуществляются перевозки);
– нормирование скоростей с учетом условий движений;
– подбор водителей для работы на различных маршрутах;
– составление паспортов маршрутов, их схем;
– проведение инструктажей водителей об особенностях движения на маршрутах;
– использование информации об условиях движения на маршрутах для формирования программ совершенствования профессионального мастерства водителей;
– проведение стажировки водителей на маршрутах;
– выбор подвижного состава для работы на маршрутах;
– оперативный контроль за условиями движения (в первую очередь на автобусных маршрутах), принятие в случае необходимости решений о закрытии маршрута или введении определенных ограничений на перевозочный процесс (ограничение скорости движения, отмена графика движения, изменение маршрута, ограничения на время осуществления перевозок и т.д.).
В соответствии с «Положением о ТО и Р ПС АТ» автомобильные дороги при классификации условий эксплуатации делятся по рельефу местности дороги и от типа дорожного покрытия, приведенные в таблицах 2.13 и 2.14.
Таблица 2.13
Классификация дорог по рельефу местности /2/
Таблица 2.14
Классификация дорог по типу дорожного покрытия /2/
Таблица 2.15
Влияние типа покрытия дороги на режим работы агрегатов грузового автомобиля большой грузоподъемности
Таблица 2.16
Категория условий эксплуатации /2/
С учетом условий движения, рельефа местности и типа дорожного покрытия Положением о ТО и Р ПС АТ установлено 5 категорий эксплуатации автотранспорта, представленные в таблице 2.16.
В соответствии с «Положением о ТО и Р ПС РФ» установлены следующие климатические районы: очень холодный, холодный, умеренно холодный, умеренно теплый (здесь же умеренно теплый влажный, теплый влажный), жаркий сухой, очень жаркий сухой, умеренный. В соответствии с климатическими районами установлено количество летних и зимних месяцев в году (таблица 2.17).
Таблица 2.17
Районирование территории России по природно-климатическим условиям
Кроме того, выделены районы с высокой агрессивностью среды: прибрежные районы Черного, Каспийского, Азовского, Балтийского, Белого, Баренцева, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского, Чукотского, Берингова, Охотского и Японского морей (с шириной полосы до 5 км).
Влияние режима работы автомобиля на его техническое состояние характеризуется числом дней работы в году (для автобусов городских маршрутов может быть 365, для грузовых автомобилей – 357; 305 или 253); числом смен работы в сутки (1; 1,5; 2 или круглосуточно); продолжительностью работы на линии (время в наряде); использованием грузоподъемности в течении рабочей смены; количеством ездок с грузом и т.п.
Режим работы автомобиля во время эксплуатации будет определять интенсивность изменения его технического состояния.
Конструктивно-технологические факторы оказывают также значимое влияние на техническое состояние автомобилей /10/.
Скорость изменения технического состояния автомобиля в значительной степени зависит от совершенства конструкции автомобиля и уровня технологии его производства. Например, установка воздушного инерционно-масляного фильтра на двигателе позволила увеличить срок его службы в 2 раза.
Применение бумажных щелевых масляных фильтров взамен центробежных способствует снижению скорости изнашивания цилиндров в 1,5 раза, шеек коленчатого вала – в 2,5 раза, а диаметра поршневых колец по радиальной цилиндропоршневой группы;
при наличии механических примесей в бензине возможно засорение приборов системы питания, нарушение процессов смесеобразования, ухудшение тяговых качеств автомобиля, интенсивное изнашивание деталей топливной системы и цилиндропоршневой группы двигателя;
при низком октановом числе бензина в двигателях с высокой степенью сжатия может возникать детонационное сгорание топлива, сопровождающееся резким повышением давления и температуры, вибрациями деталей при ударах детонационной волны о стенки цилиндров и днище поршня.
Вследствие этого значительно возрастает интенсивность изнашивания шеек коленчатого вала, деталей цилиндропоршневой группы, подгорают выпускные клапаны, прогорают прокладки головки цилиндров, днища поршней, могут иметь место заклинивание поршней, разрывы шатунов, повреждения блока цилиндров;
коррозионная агрессивность бензинов обусловливается в основном наличием в них сернистых соединений, органических и водорастворимых кислот и щелочей (присутствие серы в бензине способствует увеличению склонности его к нагарообразованию, снижению его антидетонационных качеств, усилению изнашивания деталей двигателя, особенно во время его пуска и прогрева);
применение дизельного топлива малой вязкости приводит к усиленному изнашиванию плунжерных пар топливной аппаратуры, механические примеси способствуют засорению топливных фильтров тонкой очистки, что вызывает перебои в подаче топлива, а также усиление изнашивания деталей топливных насосов высокого давления и форсунок, низкое цетановое число определяет больший период заде
ржки воспламенения топлива, увеличивает жесткость работы двигателя и, как следствие, повышает интенсивность изнашивания его деталей.
Следует отметить, что условия хранения автомобилей являются определяющим фактором для их технического состояния. Например, при открытом хранении автомобилей вследствие атмосферных влияний, колебаний температуры воздуха, повышенной влажности интенсифицируются различные коррозионные процессы, что приводит к возрастанию скорости изнашивания, уменьшению срока службы деталей, узлов, агрегатов.
В этом разделе рассмотрены основные факторы, влияющие на техническое состояние автомобилей и их составных частей в процессе эксплуатации. В настоящее время научными школами проводятся различные исследования в этом направлении, что свидетельствует об актуальности данной проблемы.