Исследовательская работа обучающегося Физика в профессии автомеханика

ФИЗИКА В ПРОФЕССИИ АВТОМЕХАНИКА

Соколов Владислав , обучающийся 2 курса профессия «Автомеханик».

БОУ ОО СПО «Орловский реставрационно-строительный техникум»

Научный руководитель: Ковтун Л.А. преподаватель физики.

. Во второй половине ХХ века постоянный рост числа автомобилей и усложнение механизмов неизбежно привели к необходимости создания такой профессии, как автомеханик - квалифицированный специалист, выявляющий неисправности в автомобиле, умеющий устранять неполадки, который в совершенстве разбирается в техническом устройстве любого механизма автомобиля., а автомеханик для машины - как врач для человека: он и лечит и профилактику проводит. Да и в ДТП одна из причин - это всего неисправность машины. Профессия автомеханика тесно связана с предметом физики: начиная от физических принципов устройства автомобиля и заканчивая технологическими процессами и инструментами.

Профессия автомеханика является одной из востребованных в службах перемещения транспортных средств на сегодняшний день. Я с детства проявлял интерес к автомобилям и после окончания 9 классов пришел в техникум, чтобы в совершенстве овладеть этой профессией. Мне казалось, что зная устройство автомобиля, я смогу стать прекрасным специалистом. Все оказалось значительно серьезней, чем я предполагал.

Занятия по специальности, производственная практика в автосервисе поставило меня более серьезно заняться физикой, чтобы отвечать на возникающие у меня вопросы при обслуживании транспортных средств.

Профессиональный автомеханик высокой квалификации должен уметь:

1) Диагностировать состояние автомобиля и выявлять неисправности

2) Разбирать и собирать агрегаты, осуществлять их ремонт

3) Заменять детали, прочищать, и даже восстанавливать их.

4) Осуществлять профилактический осмотр, замену масла в двигателе, мостах, коробке передач во избежание разрушения деталей при трении, тормозной жидкости в тормозной системе, электролита в аккумуляторе.

5) Восстанавливать форму кузова после аварии, осуществлять антикоррозийную обработку и покраску.

Заменить неисправную деталь на новую - дело нехитрое при знании видов крепежей, последовательности сборки и умении пользоваться инструментами. Иногда же нужной запчасти может не оказаться в наличии или она дорогая (например, кузов).При незначительных повреждениях деталь можно восстановить.

Способы восстановления тоже пришли из физики:

1)Механическим воздействием: клепка, правка давлением, гибка, растяжение основаны на пластических свойствах металлов, нарезание резьбы, рубка возможны при воздействии большого давления режущим инструментом, шлифовка и рихтовка трением устраняет неровности и зазубрины.

2) Термические способы: пайка (ускорение процесса диффузии нагреванием и плавлением вещества-связки); сварка соединяет две отъединившиеся части детали; наплавка устраняет трещины, отколы, износ (например, зубья шестерней восстанавливают наплавкой хромом);

3)Электролитический способ устраняет износ посадочных отверстий для подшипников покрытием их в электролитической ванне с двумя электродами хромом или никелем.

4)Электроконтактное напекание порошков и напыление может увеличить диаметр вращающихся осей и валов.

5)Клеевой - используется при соединении тонких деталей и покрытий.

Для выполнения различных операций работники автосервиса применяют специальный инструмент, работа которого также основана на физических принципах:

А)Ручной инструмент:

1)Ключи, кусачки и пассатижи- это те же рычаги;

2)Отвертки- используют вращательный момент;

3) Молотки- оказывают давление своим весом;

4) Зубила, выколотки действуют по закону инерции;

5) Напильники для расточки работают на трении;

6) Металлорежущий: сверла, развертки, метчики, зенкеры должны быть заточены под определенным углом, чтобы уменьшить разрушение самого инструмента при взаимодействии с металлом.

Б) Электромеханический инструмент:

Дрель, гайковерт, дисковая электропила, шлифовальная машинка имеют мощный электродвигатель на 220 вольт, совершающий 600- 10000 оборотов в минуту.

В) Инструмент термического действия:

1) паяльник (его жало нагревается под действием переменного тока до температуры 300 градусов).

2)Сварочный аппарат (электродная сварка, создающая электродуговой разряд между электродами, используется для высокоуглеродистых и термически обработанных сталей, при сварке алюминия его предварительно подогревают до 200 , газовая - при небольшом избытке кислорода способствует соединению латунных деталей)

Г) Диагностический и контрольно - измерительный инструмент:

1) Стетоскоп для прослушивания двигателя (вообще по звуку можно определить неисправности в работе цилиндров: трение, недостаток масла, повреждение поршня; и в системе зажигания.)

2) Измерительные приборы: штангенциркули, микрометры определяют соответствие зазоров норме, манометр измеряет давление в камерах колес или выявляет плохую работу топливного насоса, ареометр - определяет плотность электролита.

3) Стенд компьютерной диагностики двигателя

4) Стенд регулировки «развал- схождение» колес

5) Электрические тестеры, зонды для обследования состояния электрического оборудования

6) Стробоскопы - оптические приборы для диагностики системы зажигания, которые дают вспышки согласованно с вращением, освещая определенные метки на шкиве коленчатого вала.

. Д) Автоматический и станковый вспомогательный

1) Шиномонтажные станки и стенды балансировки колес при их раскрутке выдают информацию об уклоне.

2) Сушильная камера обеспечивает термический климат для равномерного и быстрого высыхания краски

3) Подъемники гидро-, пневмо- и рычажные способствуют удобству при работе со стороны дна.

Из курса физики мы знаем три закона трения:

1)сила трения пропорциональна нормальной нагрузке;

2) сила трения не зависит от формы и размера номинальной площади контакта;

3) сила трения не зависит от скорости скольжения.

В результате трения происходит деформация и разрушение поверхностно слоя. При относительном перемещении трущихся поверхностей происходит смятие, сдвиг или изгиб микронеровностей. Одни детали испытывают упругие деформации, другие - пластические. Давление на микровыступах достигает больших значений. В результате происходит разрушение и деформация трущихся поверхностей. Для уменьшения механического изнашивания необходимо, например, для шатунных и коренных шеек коленчатого вала допускать шероховатость поверхности

0,16 - 0,32мкм, что обеспечивается шлифованием и полированием. Изнашивание деталей машин зависит от многих факторов: материала и качества трущихся поверхностей, скорости их взаимного перемещения, нагрузки, вида трения, смазочных материалов и т.д. Различают виды трения: покоя, движения, скольжения, качения, без смазочного материала и со смазочным материалом. Смазка бывает газовая, жидкостная и твердая. При этом полное разделение поверхностей трения осуществляется газовым, жидким или твердым смазочным материалом.

Процессы трения и изнашивания характеризуются при этом не материалом трущихся поверхностей, а вязкостью смазочного материала.

Маслянистость (вязкость) -масла характеризует способность масла образовывать пленку на поверхности металла.

Чем меньше частота вращения и чем больше удельная нагрузка на подшипник, тем больше должна быть вязкость масла для сохранения необходимой толщины масляного слоя. При недостаточной смазке работа по преодолению трения приводит к увеличению внутренней энергии. Это выражается в увеличении температуры, которая может достигнуть точки плавления вкладышей подшипников скольжения.

.Влияние трения скольжения и трения качения на износ деталей.

Ведущим поставщиком смазочных материалов в мире является концерн «Шелл». Масла и смазки создаются на основе тщательно подобранных базовых компонентов и присадок, которые проходят полный цикл испытаний, прежде чем допускаются к применению.

Основные виды топлива для автомобилей - продукт переработки нефти - бензин и дизельные топлива. Они представляют собой смеси углеводорода и присадок, предназначенных для улучшения их эксплуатационных свойств. От теплоты сгорания зависит топливная экономичность. Например: бензин 44000кДж/кг; дизельное топливо - 42700кДж/кг, спирт этиловый - 26000кДж/кг. В процессе смесеобразования важны следующие свойства:

1) плотность топлива - при 20 С должна составлять 690 - 750кг/м3, при низкой плотности поплавок карбюратора тонет и бензин свободно вытекает из распылителя, переобогащая смесь;

2) вязкость - с ее увеличением затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси, при изменении температуры от +40 С до -40С расход бензина меняется на 20 % - 30%.

3) испаряемость - способность переходить из жидкого состояния в газообразное, автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы обеспечивать легкий пуск двигателя (особенно зимой), его быстрый прогрев, полное сгорание. Способность к испарению является важным показателем качества топлива. Чем легче топливо, тем лучше оно смешивается с воздухом и быстрее сгорает.

Давление повышается за счет увеличения температуры при сгорании горючей смеси, вспышка происходит мгновенно, поэтому можно считать, что объем не изменяется;

Увеличение давления воздуха в баллонах колес при длительной езде; при сжатии объем уменьшается в 6-7 раз и более, а давление возрастает до 1 МПа и более; при сжатии воздуха в дизеле топливо воспламеняется самопроизвольно, алюминиевая головка имеет большую теплопроводность, чем чугунная, поэтому она предохраняет двигатель от перегрева и позволяет увеличивать его мощность.

Все машины, в которых двигатель охлаждается при помощи жидкости, в системе охлаждения имеет небольшой прибор под названием термостат. Он располагается между двигателем и радиатором.. Основная задача термостата - блокировать поток охлаждающей жидкости в радиатор, пока двигатель не разогрелся. Когда двигатель холодный, через него не проходит охлаждающая жидкость. Когда двигатель достигает температуры 95 градусов, термостат открывается. Термостат позволяет двигателю быстро разогреться, тем самым уменьшить износ двигателя и уменьшить вредные выхлопы.

Действие термостата системы охлаждения основано на свойстве

жидкостей интенсивно испаряться при повышении температуры.

В систему охлаждения заливают антифриз, это связано с тем, что он меньше расширяется по сравнению с водой. Антифриз это общее название охлаждающей жидкости для автомобильных двигателей. Тосол это торговая марка отечественного антифриза. В машинах, пришедщих из Японии, залит антифриз не рассчитанный на российские температуры, поэтому его желательно сменить.

. Генератор и система электрооборудования автомобиля - сложная электрическая цепь - питает лампы освещения, фары, поворотники, стоп - сигнал, электромагнитные реле включения, электродвигатели стеклоочистителей и насосов, вентиляторов, измерительные приборы, действующие также на явлении электромагнитной индукции (спидометр, тахометр), различные датчики (давления, температуры) для нормальной работы двигателя, обогреватели, звуковой сигнал, автомагнитолу. А в современных авто еще и автоматы управления работой систем, регулировки климата, кондиционеры, противоугонные системы сигнализации и т.д.

.Принцип действия системы зажигания основан на явлении электромагнитной индукции. От аккумуляторной батареи при включенном зажигании и замкнутых контактах прерывателя ток низкого напряжения проходит по первичной обмотки зажигания, образуя вокруг немагнитное поле. Размыкание контактов прерывателя приводит к изменению тока в первичной обмотке и магнитного поля вокруг нее. Исчезающее магнитное поле индуцирует во вторичной обмотке высокое напряжение ( 20- 25кВ ) Распределитель поочередно подводит ток высокого напряжения к высоковольтным проводам и свечам зажигания, между электродами которых проскакивает искровой заряд, Топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателей воспламеняется. Последовательно первичной обмотке катушке зажигания включается добавочное сопротивление. На низких оборотах контакты прерывателя оказывают большую часть времени в замкнутом состоянии и через обмотку протекает ток., более чем достаточный для насыщения магнитопровода. Избыточный ток нагревает катушку. Важнейшим параметром является момент зажигания, т.е. время, в которое система поджигает искровым разрядом сжатую рабочую смесь. Как «позднее зажигание» так и «раннее зажигание» приводит к падению мощности двигателя, а также к избыточному нагреву и нагрузкам на детали.

Прерыватель-распределитель зажигания позволяют в определенный момент размыкать первичную цепь обмотки катушки зажигания, что вызывает индуцирование тока в ее вторичной обмотке. Параллельно контактам подключен конденсатор для уменьшения искрения. При возрастании частоты вращения коленчатого вала увеличивается и частота вращения якоря генератора, при этом ЖДС генератора растет вследствие меняющегося тока, идущего по первичной обмотке, в ней возникает ЭДС самоиндукции в момент размыкания контактов прерывателя. Современные автомобили забиты электроникой. Электроснабжение электроустройств происходит от аккумуляторной батареи, которая имеет свойство разряжаться. При нормальных условиях эксплуатации аккумулятор подзаряжается от генератора, поэтому он способен без подзарядки длительное время обеспечивать автомобиль электроэнергией. Однако, возможна и быстрая разрядка батареи. Возникает она из-за утечки тока, которая, в свою очередь, появляется из-за протертой изоляции, непрофессионально установленной сигнализации, усилителей, музыки и т.д. В подобном случае автомобилю грозит возгорание, и как следствие, пожар. Поэтому грамотно принять меры по обнаружению «утечки напряжения», это может быть как утечка тока, так и некачественный или «умирающий» аккумулятор.

Процесс превращения одного вида энергии в другой можно рассмотреть на примере работы начиная с компрессоров и заканчивая использованием сжатого воздуха для работы исполнительного механизма.

При работе компрессора в режиме нагрузки или холостого хода возникают дополнительные потери электроэнергии и излишняя нагрузка на оборудование. Наличие избыточного давления увеличивает потери электроэнергии. Применение устройств плавного пуска для управления компрессорами позволяет существенно снизить пусковые токи и устранить возникающие при пуске посадки напряжения в питающей сети, исключить проскальзывание ремней в ременных передачах. Полное устранение токовых перегрузок двигателя и исключение проскальзывания ремней обеспечивает снижение потребляемой электроэнергии на 20% - 60% благодаря исключению сброса избыточного давления через предохранительный клапан ( каждый 1 бар избыточного давления увеличивает энергопотребление на 6% - 8% ).

.Колебания поршней, клапанов, толкателей, плунжеров, топливного насоса, стрелки спидометра. Чтобы не возникло биение коленчатого вала и маховика их балансируют. Глухой звук характерен для коренных и шатунных подшипников, звонкий - для поршневых пальцев и клапанов. Это находит применение при проверке качества коленчатых валов.

Цвет огней автомобиля стандартизирован Венской конвенцией о дорожных знаках и сигналах в 1949году,а позже указан в Конвенции ООН о дорожном движении в 1968году. Согласно этим правилам задние фонари должны иметь красный свет, передние фары белый или желтый, а все сигналы поворота должны излучать желтый или янтарный свет. Фары ближнего света применяют для освещения части обочины и дорожного полотна ограниченной площади. Дальний свет распространяется мощным пучком параллельно полотну дороги и рассчитан на освещение большей площади дороги. Противотуманные фары создают широкий горизонтальный пучок света, идущий параллельно дороге, как бы подстилаясь под туман. Цвет излучаемый фарами света может быть как белый, так и желтый. Фары используются для увеличения освещенности дорожного покрытия и обочины в темное время суток и в условиях недостаточной видимости из-за дождя, тумана, пыли или метели. Благодаря широкому пучку хорошо освещается обочина. Стеклянный рассеиватель фары преломляет и рассеивает прямые и отраженные лучи. Их работу можно объяснить законами геометрической оптики.

Автовладельцы на сегодняшний день предъявляют к осветительному оборудованию высокие требования. По законам физики, чтобы обеспечить увеличенный световой поток, не увеличивая мощность ламп, необходимо уменьшить нить накаливания. Поскольку толщина нити меньше, то вольфрам будет испаряться быстрее, и срок службы такой лампы будет ниже. При изготовлении современных ламп используют специальное кварцевое стекло, которое позволяет увеличить давление в колбе. Чем выше давление, тем медленнее испаряется нить накаливания, и тем дольше служит лампа. Кроме того для ламп с увеличенным световым потоком применяют специальную смесь газов с добавлением ксенона. Основным поставщиком таких ламп является компания Philips, которая обладает рядом технологических преимуществ, позволяющих выпускать продукцию с исключительными характеристиками.

Анализируя результаты наблюдений и экспериментов, проведенных на ряде машин отечественного и зарубежного производства, мне удалось найти ответы на волнующие вопросы.

Литература

1.Коробейник А.В. Ремонт легкового автомобиля. Изд. Феникс, 2002

2.Пехальский А.П., Пехальский А.И. Устройство автомобилей. Изд. Центр «Академия» 2012