Теплофизика работы поликлиновых ремней
Представьте, что вы быстро сгибаете и разгибаете толстый резиновый жгут. Уже через несколько секунд вы заметите, что место сгиба стало теплым.
А ведь именно то же самое происходит с ремнем под капотом: он постоянно изгибается, огибая шкивы, и внутреннее трение слоев резины друг о друга выделяет тепло.
Это внутреннее трение называют гистерезисом. Оно вносит гораздо больший вклад в нагрев, чем от трения при проскальзывании по шкивам.
На паразитные потери в приводе агрегатов, куда входят помпа, генератор, ГУР, кондиционер и ремень, может приходиться до 10-15% получаемой от двигателя мощности. И примерно половину этой «комиссии» забирает сам ремень, превращая ее в тепло.
В некоторых режимах ремень разогревается сам собой на 30–60°C выше температуры окружающего воздуха. Если автомобиль стоит в пробке и включен кондиционер, то под капотом и так +90°C. А сам ремень раскаляется до +150°C и выше.
Гистерезис в поликлиновых ремнях из EPDM является ключевым конструктивным недостатком этого материала. Гистерезисные потери в типичном EPDM ремне в 3-8 раз выше, чем, к примеру, в современном ремне ГРМ из HNBR.
Хлоропреновый каучук (CR), который был промышленным стандартом для производства ремней на протяжении десятилетий (до широкого распространения EPDM), при таких температурах уже давно бы рассыпался.
Тепловой баланс и критические температуры
Хотя EPDM — лидер по термостойкости среди недорогих каучуков, но у него есть пределы. Критическая зона для EPDM лежит в диапазоне 150°C — 175°C. При дальнейшем нагреве ускоряется деструкция полимерных цепей, выделяются летучие продукты.
При дальнейшем повышении температуры следует необратимое разрушение. Резина размягчается, "плывет", теряет форму. Происходит обугливание, появляется характерный запах гари и дым. Ремень может порваться в любой момент.
Нагрев ремня растет пропорционально оборотам. Резкое увеличение нагрузки (включение компрессора кондиционера, генератора под высокой нагрузкой) резко увеличивает нагрев.
Чрезмерное натяжение ремня — одна из самых частых причин перегрева. Перекос шкивов, износ дополнительно ведут к локальным перегревам.
Попадание масла для EPDM фатально, т.к. он разбухает и начинает "гореть" из-за повышенного трения.
🔬
Подробнее о EPDM и составе резиновой смеси для производства поликлиновых ремней можно узнать по этой ссылке.
В качестве резюме:
Гистерезисный нагрев является неотъемлемым следствием работы поликлинового ремня из EPDM. Несмотря на более высокие потери по сравнению с альтернативными материалами (например, HNBR), EPDM остается доминирующим решением благодаря уникальному сочетанию термостойкости и низкой стоимости. Дальнейшее развитие полимеров, вероятно, приведет к появлению материалов, сочетающих низкий гистерезис с высокой стойкостью к внешним воздействиям, однако на сегодняшний день инженерный компромисс в пользу EPDM является экономически и технологически оправданным.
