Глава 13. Эксплуатация пожарной техники

Термин «Эксплуатация машин», по определению, является сложным понятием. Он включает использование машины, ее обслуживание и ремонт, а также хранение и учет. Определяющей частью является использование. Именно при использовании происходят все изменения в механизмах и машинах, которые и являются основой для обслуживания, ремонта и хранения. Поэтому, в первую очередь, рассматриваются изменения в механизмах и обосновывается система воздействий, обеспечивающих работоспособность машин.

13.1. Изменение технического состояния систем и механизмов ПА

Все системы и механизмы ПА обладают определенным параметрами технических характеристик. Эти параметры (П) не остаются постоянными на протяжении срока службы машин. Отклонение их от номинальных (первоначально установленных значений) характеризует изменение технического состояния систем и механизмов.

Для систем и механизмов машин устанавливают начальное значение параметров П0, предельно- допустимые Ппд и допустимое Пд. При достижении значений Пд изделие становится неработоспособным поэтому устанавливают срок его обслуживания равным величине Ппд.

Процесс нормального функционирования систем и механизмов во времени неодинаков. Так, изменение П в большинстве систем регламентируется временем (или величиной пробега ПА в км), в течение которого система будет нормально функционировать. Первоначальные значения П при эксплуатации ПА могут восстанавливаться. К таким системам относятся системы подачи топлива, фильтрации масла, системы подачи пенообразователя и т.п.

В этом случае изменение П и его восстановление можно иллюстрировать, как показано на рис.13.1. Параметр П может изменяться от П0 до Пд, как показано на участке аб'. Однако его восстановление производят при достижении Ппд (кривая б в). При этом могут производиться регулировочные работы (например, регулирование форсунок дизеля) или работы по промывке систем (например, топливных фильтров или пеносмесителя). Таким образом, эти системы требуют периодического обслуживания. Оно производится либо по значению измеряемого параметра Ппд, либо по величине пробега ПА.

Аналогично описанному, изменяются параметры характеристик механизмов. Для них такими параметрами могут быть мощность двигателя N кВт, подача насоса Q л/с и величина напора, развиваемого им и др. Снижение П ниже допустимого Ппд приводит к функциональному отказу: невозможно забрать воду насосом из водоема, невозможно запустить двигатель и т.д.

Параметры характеристик механизмов изменяются значительно медленнее, чем у их систем. Как правило, при достижении Ппд требуется ремонт механизма (рис.13.2).

Изменение П в эксплуатации обусловлено изнашиванием рабочих поверхностей деталей и агрегатов. Основой изнашивания является трение.

Общие сведения о трении. Трение – это механическое взаимодействие между твердыми телами, которое возникает в местах соприкосновения и препятствует относительному перемещению тел в направлении, лежащем в полости их соприкосновения. В зависимости от вида движения одного тела по отношению к другому различают трение скольжения и качения.

Процесс трения характеризуется коэффициентом трения – отношением силы трения Ft (рис.13.3) к приложенной нормальной силе Fn. Для металлических поверхностей трения f  0,08…0,1.

Трение между телами, поверхности которых не смазаны, называется сухим трением, а при обильной смазке – жидкостным. В случае очень тонких слоев смазки оно называется граничным.

Сухое трение реализуется при работе тормозов, дисков трения сцепления, ременных передач. При трении поверхности деталей нагреваются. Коэффициенты трений могут достигать значений 0,15 и выше.

Граничное трение проявляется при толщине адсорбированного слоя масла на поверхностях трения около 0,1 мкм. Коэффициенты трения при этом достигают значений 0,01…0,1. Оно реализуется при работе зубчатых передач, при скольжении поршневых колец по поверхностям гильз цилиндров в двигателях и т.д.

Рабочие поверхности деталей шероховаты. Толщина слоя масла между ними неодинакова. В отдельных зонах поверхности разделены маслом в других (точки а,б,с на рис.13.4) слой масла может быть очень тонким.

Жидкостное трение наступает тогда, когда поверхности трения полностью разделены слоем масла. В этом случае коэффициенты трения достигают величин 0,001. Этот режим трения может иметь место в подшипниках скольжения, зубчатых передачах.

Трение рабочих поверхностей деталей основания – причина их изнашивания. В настоящее время имеется несколько классификаций изнашивания. В наиболее простом случае рассматривают: истирание рабочих поверхностей, их схватывание (молекулярно-механическое изнашивание) и питтинг (осповидное разрушение).

Истирание – наиболее распространенный вид изнашивания. Ему подвергаются рабочие поверхности всех сопряженных деталей. При этом с поверхностей трения удаляется металл, изменяются размеры деталей, увеличиваются величины зазоров между ними. Потери массы изнашивающего металла невелики (несколько десятков граммов). Это не сказывается на прочности деталей. Однако это является причиной замен деталей массой в несколько килограммов, т.к. образующиеся зазоры в сопряженных деталях не обеспечивают нормальное функционирование механизмов. Так, изнашивание поршневых колец и гильз цилиндров приводит к невозможности пуска двигателей (увеличение зазоров) и уменьшению развиваемой ими мощности. Изнашивание деталей уплотнения пожарных насосов приводит к невозможности создавать в них требуемую величину вакуума для забора воды и т.д.

Схватывание поверхностей трения происходит вследствие молекулярного сцепления отдельных зон контактов поверхностей трения. Нагрузки на поверхностях контакта воспринимаются отдельными частями поверхностей (зоны а,б,с) на рис.13.4). Они подвержены очень высоким давлениям, которые выдавливают смазочный слой. Наступает сухое трение, локальное повышение температуры и схватывание поверхностей. Образующиеся мостики схватывания разрушаются, при этом увеличивается шероховатость поверхностей трения и их изнашивание. Этот процесс может иметь место на рабочих поверхностях трения зубчатых колес, в подшипниках скольжения.

Питтинг – процесс выкрашивания металлических частиц в зонах высоких контактных нагрузок. Он имеет место в подшипниках качения, зубчатых передачах. Способствует его развитию перегрузка механизмов, чрезмерный нагрев.

Общая закономерность изнашивания. Изнашивание рабочих поверхностей деталей сопровождается увеличением зазора между ними. В течение срока службы механизма они изменяются по-разному (рис.13.5). В новых машинах детали соединены с некоторым начальным зазором Δ0.

В начальный период эксплуатации интенсивность их изнашивания велика (а б). Происходит приработка (притирание) нагруженных поверхностей трения. Это период S0 на практике ограничивается обкаткой новых и поступивших после ремонта машин. При обкатке ограничивают на 40…50% скорость движения пожарного автомобиля. Продолжительность обкатки устанавливается заводом-изготовителем.

Период б в – период нормальной эксплуатации. Период до достижения предельного состояния механизма Δпр. – называют долговечностью (SТ на рис.13.5).

Если условия обкатки сделать более жесткими, то ее продолжительность уменьшится (аб'). Но тогда изнашивание будет более интенсивным и долговечность уменьшится на величину вв', т.е. станет равной S'.

Установленная долговечность механизмов может уменьшиться при нарушении режимов их эксплуатации и своевременного обслуживания. Становится также важной задача своевременно определить Δпр. В этом случае изделие считается неисправным. Эксплуатация за пределами Δпр приводит к повышению интенсивности изнашивания и увеличению стоимости ремонта. Становится важным определять техническое состояние механизмов.

Особенности изменения технического состояния механизмов обусловлены рядом факторов. Первый из них определяется спецификой использования пожарных машин. Они содержатся в депо при температуре не ниже +12 0 С и следуют на пожары в режиме прогрева двигателя и других механизмов. Это сопровождается повышенным изнашиванием всех деталей. Вторым важным фактором является то, что двигатели ПА эксплуатируются как в транспортном, так и в стационарном режимах. В последнем случае они работают под нагрузкой и на холостом ходу. Работа двигателя фиксируется по величине пробега ПА, контролируемого по спидометру Sсп, км, а пожарного насоса в часах , час. Установлено, что общий пробег ПА можно определять как сумму

S = Sсп + 50 , (13.1)

где 50 – эквивалент износа двигателя по пробегу ПА, км/час.

Важным является также то, что ПА не имеют холостых пробегов, они всегда полностью нагружены. Учитывая совокупное влияние всех факторов, износы двигателей ПА в 1,5. 2,7 раза больше, чем у базовых грузовых автомобилей.

Двигатели. Наибольшее влияние на изменение технического состояния двигателей оказывает изнашивание рабочих поверхностей гильз цилиндров и поршневых колец.

Износы гильз цилиндров и поршневых колец зависят не только от скоростных нагрузочных режимов двигателя. На их величину большое влияние оказывает наличие в воздухе пыли (абразива), влаги и особенно температурный режим двигателя.

При высоких температурах охлаждающей жидкости износ гильз цилиндров увеличивается (рис.13.6) вследствие уменьшения вязкости масла. С понижением ее вязкость масла увеличивается, но одновременно с этим увеличиваются в 4…5 раз износы. Это обусловлено коррозионными процессами вследствие конденсации продуктов сгорания. В их состав входят окислы серы, образующиеся из сернистых соединений, содержащихся в топливе. Они с влагой образуют кислоты, особенно активные в дизелях.

Вдоль образующей гильзы цилиндров износы различны (рис.13.7). Наибольшие их значения имеют место в зоне верхней и нижней мертвых точках. Вследствие износа гильз цилиндров и особенно поршневых колец увеличиваются зазоры Δ в их стыках. Изнашиваются и канавки поршневых колец. Вследствие этого, в такте сжатия часть воздушного заряда утекает в картер. Поэтому уменьшается давление Рс в конце такта сжатия и температура tс сжимаемого заряда воздуха. Это затрудняет пуск двигателя.

После воспламенения топлива в такте рабочего хода часть газов проходит в картер двигателя, не совершая работу. Вследствие этого снижается, развиваемая двигателем, мощность.

Изнашивание других деталей (коленчатого вала, деталей гидрораспределителя и др.) сказываются на уменьшении мощности в меньшей степени.

Износ цилиндров, деталей топливоподающей аппаратуры дизелей являются одной из причин повышенного расхода топлива.

Пожарные насосы. Техническое состояние пожарных насосов ухудшается вследствие изнашивания щелевых уплотнений, подшипников качения, поверхностей вала в зоне контакта с резиновыми манжетами, деформации шпонок, соединяющих вал с рабочим колесом. Большое влияние на него оказывает перекрытие проточных каналов колес твердыми телами.

Первоначальный зазор в щелевых уплотнениях равен Δ1 = 0,2…0,3 мм (рис.13.8). Потоком циркулирующей жидкости поверхности щелевых колец изнашиваются, зазор между ними увеличивается до величины 1…1,5 мм. Особенно интенсивно кольца изнашиваются, если вода содержит абразив. Увеличение зазора усиливает циркуляцию воды, подача Q л/с и развиваемого насосом напора Н, м уменьшаются.

Поток циркулирующей жидкости направлен перпендикулярно потоку всасывания. Это уменьшает живое сечение всасываемого потока на 25…30%, что увеличивает внутренние потери и снижает КПД насоса. Уменьшается Q и Н также при перекрытии проточных каналов насоса твердыми телами (камни, щепки и т.д.).

Для частоты вращения n об/мин рабочего колеса насоса близкой к номинальной изменение Н и Q описываются уравнениями

Н = 25,28 + 2,88·10 -2 n – 12,12b – 1,36·10 -2 , м ;

Q = 5,15 + 1,31·10 -2 n – 2,56b – 0,318·10 -2 , л/с >. (13.2)

где: b – зазор в уплотнении;  - уменьшение площади проточных каналов, мм 2 .

О влиянии увеличения в перекрытиях каналов  на Q и Н приводится в табл.13.1.