Поликлиновые агрегатные ремни, появились в автоиндустрии только в 1970-х годах, и вскоре они полностью вытеснили клиновые ремни из агрегатного привода. Начиная с 2000-х годов практически все новые двигатели разрабатывались с приводом агрегатов поликлиновым ремнем.
📷 на фото: сравнение ремней: слева – поликлиновой (много узких ребер), справа – классический клиновой (широкий трапециевидный профиль).
Преимущество поликлиновых ремней заключается в сочетании высокой гибкости свойственной для плоского ремня и эффективности передачи мощности характерной для клинового ремня. Поликлиновые ремни применимы в приводах любой геометрической сложности благодаря возможности обратного изгиба (недопустимой для клиновых ремней).
С их помощью конструкторы смогли добиться компактности привода и его многофункциональности. Один поликлиновой ремень способен осуществлять привод практически всех навесных агрегатов, таких как:
- компрессор кондиционера,
- насос ГУР,
- водяная помпа,
- генератор переменного тока.
В результате двигатель становится компактнее, а конструкция надёжнее, так как вместо нескольких ремней используется всего один.
📷 на фото: первый серийный поликлиновой ремень устанавливался на некоторые V6 двигатели автомобилей FORD MUSTANG c 1979 года. Первая поставка поликлинового ремня на OEM - результат работы технического центра компании Dayco (США).
Несколько слов о проблемах ременного привода
Основная задача ременного привода - передача мощности к навесным агрегатам с максимально высокой эффективностью.
КПД ременной передачи находится в диапазоне 0,92–0,95. То есть, передавая энергию от двигателя, например, на генератор, ремень забирает себе «комиссию» в размере 5-8%. Для среднестатистического двигателя, оснащенного кондиционером, потери достигают 200-400 Ватт. Это как одновременно включить все фары, печку на полную и подогрев всех зеркал с сиденьями. Или же такой энергии достаточно для работы современного фонаря освещения на обочине автомагистрали. Куда же девается эта мощность?
В первую очередь, передаваемая механическая энергия рассеивается вследствие упругого гистерезиса – явления, при котором часть энергии тратится на внутреннее трение в материале ремня, превращаясь в тепло. Проще говоря, ремень греет сам себя.
📎 подробнее о проблеме упругого гистерезиса можно узнать по ссылке.
На потери энергии в результате упругого гистерезиса влияют три главных фактора:
- Скорость движения ремня (к слову, линейная скорость агрегатного ремня ДВС лежит где-то в диапазоне от 40 до 120 км/ч в зависимости от оборотов двигателя).
- Геометрия привода (как часто и насколько сильно ремень изгибается, огибая шкивы).
- Свойства материала, из которого сделан ремень.
Чем выше скорость и сложнее траектория, тем сильнее ремень нагревается изнутри – это и есть потери на трение.
Вторая причина потерь - в результате проскальзывания ремня по шкивам под нагрузкой.
В обоих случаях инженерам есть с чем разбираться. Требования автомобилестроителей к эффективности передачи мощности только растут год от года. Борьба за экологичность транспорта идет нешуточная. Улучшение КПД ремня на полпроцента может стать причиной смены поставщика крупным автомобильным концерном.
Другая важная задача, стоящая перед конструкторами ремённого привода это требования автоиндустрии в отношении износостойкости и шума.
Для решения этого вопроса производители приводных ремней и лидеры отрасли экспериментируют с формами профиля ремней, с материалами и технологиями производства.
О причинах шума поликлинового ремня
Скрип возникает чаще в сырую или холодную погоду в месте трения между поверхностью ремня и приводным шкивом из-за колебаний или вибрациях при движении ремня по шкиву.
Для снижения шума, создаваемого фрикционными приводными ремнями, в зависимости от технологии их изготовления были предложены различные способы. Например, активно применяются синтетические волокна на рабочей поверхности ремня.
В технологических процессах производства поликлиновых ремней преобладают, по сути, два подхода к формированию рабочей поверхности - шлифовка и формовка.
При шлифовке вынужденно прибегают к насыщению синтетическими волокнами всей резиновой смеси. Это наиболее распространенная и простая, но низкоэффективная технология, имеющая и негативные последствия. Отдельная статья рассказывает об этом подробнее.
При технологии горячего формования возможно создание покрытий рабочей поверхности синтетическими тканями или фолком (ворсом), которые сконцентрированы именно в месте контакта со шкивом. Этот подход дает возможность уникальных технологических решений.
Являясь одним из мировых технологических лидеров в производстве поликлиновых ремней, компания Contitech Antriebssysteme GmbH уже на протяжении более 20 лет развивает технологии композитных покрытий рабочей поверхности ремней.
Сегодня Contitech предлагает рынку поликлиновые ремни Continental с композитным покрытием рабочей поверхности CONTI® UP Tough Grip или с насыщением рабочей поверхности мельчайшими текстильными моно-нитями CONTI® UP Silent Grip.
С ассортиментом ремней Continental наша компания работает несколько лет. По нашим наблюдениям, все 100% агрегатных ремней этой фирмы, получаемые нами с европейского рынка, выполнены с покрытием рабочей поверхности. Причем композитное покрытие рабочей поверхности CONTI® UP Tough Grip явно преобладает.
📷 на эскизе: изображены два вида рабочей поверхности от Contitech: (A) – Silent Grip с ворсом в рабочем слое и (B) – Tough Grip с покрытием полиамидным тканым материалом.
Геометрия поликлинового агрегатного ремня
Скажем несколько слов о геометрических характеристиках поликлиновых ремней. Геометрия профиля поликлинового ремня, как правило, соответствует требованиям международных стандартов (например, ISO 9981:2020). Шкивы тоже стандартизированы.
📷 на рисунке: классические PK-и DPK-профили поликлинового ремня.
Однако, классическая геометрия клинового ремня имеет свои недостатки. Например, нагрузка неравномерно распределяется по высоте ребра, а концентрируется у его основания. Это приводит к быстрому износу, перегреву и даже растрескиванию рабочей поверхности в этом месте.
Плотный контакт по всей боковой поверхности препятствует циркуляции воздуха и отводу тепла из зоны трения. А жёсткое соударение рёбер о канавки шкива при входе и выходе из взаимодействия создаёт характерный свист и вибрации.
Основные направления оптимизации геометрии рабочей поверхности поликлиновых ремней часто связаны с изменением профиля боковой грани от прямой к криволинейной.
Стандартный угол (40°) также может быть не оптимален для разных нагрузок и материалов. Конструкторы подбирают меньший угол наклона (например, 34°-38°), который бы усиливал эффект клина, позволяя передавать ту же мощность при меньшем натяжении ремня. Это снижает нагрузку на подшипники и уменьшает продольную усталость корда.
Острые кромки у вершины и в корне — точки концентрации напряжений. Замена острого угла на радиус облегчает вход и выход ребра из канавки, снижая ударные нагрузки и шум.
Увеличение радиуса впадины между рёбрами снижает концентрацию напряжений при изгибе ремня на шкивах малого диаметра и предотвращает образование трещин.
В одной из своих рассылок компания Contitech Antriebssysteme GmbH уведомляла своих потребителей о том, что профили агрегатных ремней, действительно, могут существенно отличаться от других производителей как по геометрии, так и по материалу.
📷 на рисунке: три варианта геометрии профиля поликлиновых ремней Continental. Они, как правило, оптически и тактильно отличаются (из-за покрытия) от ремней других производителей, представленных на вторичном рынке запчастей.
О конструкции поликлинового ремня
📷 на рисунке: поликлиновой ремень Continental. ① - структурированная тыльная поверхность. ②- промежуточный слой (опционально). ③- шнуры корда. ④ - промежуточный слой (опционально). ⑤ - тело ремня из резиновой смеси на основе синтетического каучука EPDM. ⑥ – покрытие рабочей поверхности.
① Тыльная поверхность ремня
Вместо того чтобы делать тыльную сторону гладкой, как поступает большинство производителей, Contitech наносит на неё рисунок из постоянных формованных в резине выступов и канавок. Это давно является визитной карточкой ремней под маркой Continental.
📎 подробнее о тыльной рабочей поверхности ремней Continental можно узнать по этой ссылке.
② и ④ Промежуточные слои
Это дополнительные слои из эластичного полимерного материала, которые располагаются между основными функциональными слоями ремня. Но их может и не быть - все зависит от назначения ремня.
Одно из основных предназначений промежуточного слоя – демпфирование и перераспределение напряжений. Эластичный слой поглощает и равномерно распределяет нагрузки между жёстким кордом и другими частями ремня, снижая усталостные напряжения в точках контакта. Этот слой может быть усилен короткими волокнами из хлопка, арамида или полиэстера.
③ Кордовые шнуры
Кордовые шнуры, сплетенные из синтетических нитей, являются основным несущим элементом ремня для передачи мощности. Для их производства могут быть применены разные виды синтетических волокон.
Корд поликлинового ремня может быть изготовлен из полиэстера (PES), полиамида (PA) или арамида (AR, материала, широко известного под торговыми марками Kevlar или Twaron) - все в зависимости от предназначения ремня.
Полиэстер (PES) – стандартный материал для кордов агрегатных ремней. Материал обладает двумя нежелательными свойствами. Во-первых, температурной усадкой в процессе эксплуатации при 70°C и выше. Во-вторых, склонностью к растяжению со временем. Для лучшей стабильности Continental применяет высокомодульный полиэстер с низкой усадкой (HMLS = High Modulus Low Shrinkage).
⚠
Изменение длины ремня в процессе эксплуатации может привести к выходу рычага автоматического натяжителя за пределы рабочего диапазона. Это приведет к потере натяжения ремня. И, как следствие, проскальзыванию, шуму и снижению КПД передачи.
Полиамид (PA) и высокомодульный полиэстер (PET-HMLS) – материалы корда для эластичных ремней, которые работают без натяжных роликов. ContiTech Antriebssysteme GmbH является одним из основных разработчиков и поставщиков таких ремней на конвейеры автопроизводителей (OEM).
📎 подробнее об эластичном корде ремней Continental можно узнать по этой ссылке.
В каталоге производителя можно встретить ремни EXTRA, где в качестве материала кордовых нитей применяются волокна арамида. Ключевые свойства арамида - высокая прочность на разрыв и низкая плотность. Ремни EXTRA не взаимозаменяемы с обычными ремнями того же типоразмера.
📎 подробнее об усиленном арамидном корде ремней Continental можно узнать по этой ссылке.
⑤ Резиновая смесь.
Компаунд (смесь) на основе каучука EPDM для агрегатных ремней — это высокотехнологичная рецептура, рассчитанная на экстремальные условия работы: высокие и низкие температуры, постоянные динамические нагрузки, истирание, контакт с маслами и озоном. При этом массы самого каучука EPDM в компаунде для производства ремня не больше половины, но есть много других необходимых компонентов. Как правило, именно они и делают разницу в качестве материала, из которого изготовлен приводной ремень.
📎 подробнее о EPDM и составе резиновой смеси для производства поликлиновых ремней можно узнать по этой ссылке.
⑥ Покрытие рабочей поверхности.
Применение технологии горячего формования позволило компании Contitech Antriebssysteme GmbH разработать и запатентовать два метода нанесения покрытия на рабочую поверхность агрегатного ремня. Оба метода используются для производства ремней для вторичного рынка.
⚠
Что еще важно помнить о поликлиновом ремне
Износу подвержен не только ремень вспомогательного привода, но и шкив генератора с обгонной муфтой и демпфер крутильных колебаний. Их состояние следует проверять во время каждой замены ремня и в случае необходимости заменять.
При обнаружении явных повреждений на рабочей поверхности ремня следует обязательно проверить состояние демпфера крутильных колебаний. Следы повреждений резинового кольца демпфера крутильных колебаний находятся, как правило, на его тыльной стороне.
В случае возникновения шумов, выявлении излишней амплитуды в работе натяжителя или при повреждении ремня всегда следует проверить также обгонную муфту генератора.
Шкивы генератора с обгонной и разобщающей муфтой разрешается эксплуатировать только с защитным колпаком.
Следует всегда соблюдать требования инструкций по монтажу. В случае с ремнями ELAST может быть необходим специальный инструмент. Попытка натянуть ремень на шкивы с помощью отвертки, неизбежно приводит к повреждению ремня.
📷 на фото: пример повреждения боковой поверхности ремня ELAST при установке без специального приспособления.
Если при работе ремень издаёт скрип, необходимо проверить соосность шкивов и при необходимости отрегулировать.
Нельзя использовать аэрозоли или химикаты для снижения шума от работающего ремня.
Никогда не следует заменять обычный поликлиновой ремень эластичным – и наоборот.
Контролировать износ поликлиновых ремней можно, используя шаблон Belt Wear Tester (BWT) или ему подобные.
📷 на фото: применение тестера для проверки износа рабочей поверхности поликлинового ремня.
Периодичность замены поликлинового ремня
Периодичность замены предписывается изготовителем автомобиля и должна обязательно соблюдаться. Увеличивать её нельзя. Если производитель автомобиля не указал периодичность замены ремня, Contitech Antriebssysteme GmbH рекомендует заменять ремень своего производства не позднее 120 000 км пробега или через семь лет, в зависимости от того, что наступит раньше.
Правила хранения поликлинового ремня
Все ремни и другие компоненты привода до их использования должны храниться в оригинальной упаковке, в сухом и непыльном помещении при температуре воздуха от 15 до 25 °C и без прямого воздействия солнечных лучей.
Нельзя хранить ремни вблизи от легковоспламеняющихся или агрессивных веществ, например, кислот или озонирующих устройств. Следует избегать контакта с любыми жидкостями. Максимальный срок хранения ремня до установки составляет 5 лет с даты производства (срок установки указан на упаковке, а дата производства указана на самом ремне).
📎 подробнее о маркировке поликлиновых ремней Continental можно узнать по этой ссылке.
💡
Поликлиновой ремень — это не просто «деталь из резины», а высокотехнологичный композитный продукт, критически важный для надежности автомобиля. От его состояния зависит работа генератора, кондиционера, ГУРа и помпы.
Экономия на качестве ремня или игнорирование правил его замены может привести к серьезным поломкам и дорогому ремонту.
