Устройство автомобилей
Один из гениальнейших выводов: "Автомобиль придумали умные люди для того, чтобы сделать веселее и красочнее жизнь менее умных людей. " С этим сложно не согласиться. Осталось только уточнить, — каким должен быть автомобиль, чтобы всеобъемлюще удовлетворять потребностям и любым прихотям своих потенциальных владельцев-эксплуататоров?
Для того, чтобы разобраться в этих незатейливых, на первый взгляд вопросах, необходимо изучить хотя бы основы теории автомобиля.
Приступим?
При эксплуатации автомобиль является частью системы «автомобиль-водитель-дорога-окружающая среда», и его свойства проявляются во взаимодействии с элементами этой системы. Поэтому значение определенного эксплуатационного свойства в оценке качества или эффективности использования автомобиля зависит от условий, в которых это свойство проявляется, т. е. от условий эксплуатации.
Условия эксплуатации определяются дорожными, транспортными и природно-климатическими условиями.
Дорожные условия характеризуются планом и профилем дороги, рельефом местности, видом и качеством дорожного покрытия, интенсивностью движения, различными помехами, режимами движения.
К транспортным условиям относятся: вид груза, объем перевозок, расстояние перевозок, способ погрузки и выгрузки, организация перевозок, условия хранения, техническое обслуживание и ремонт автотранспортного средства.
Природно-климатические условия определяются особенностью климатических зон, в которых эксплуатируется автомобиль (умеренная, холодная, жаркая, высокогорная).
Эксплуатационные свойства автомобиля – это комплекс свойство, определяющих степень его приспособленности к эксплуатации в качестве транспортного средства.
Эксплуатационные свойства автомобиля можно разделить на группы свойств, которые обеспечивают:
- движение
- тягово-скоростные и тормозные свойства;
- топливную экономичность;
- управляемость;
- устойчивость;
- маневренность;
- плавность хода;
- проходимость.
Эти свойства в решающей степени зависят от конструкции автомобиля и его составных элементов – двигателя, шасси, кузова.
Требования, предъявляемые к конструкции автомобиля
К конструкции автомобиля предъявляются производственные, эксплуатационные, потребительские требования и требования безопасности.
Производственные требования – соответствие конструкции автомобиля технологическим возможностям завода-производителя и современным технологиям машиностроения, низкий расход материалов для изготовления, приемлемая трудоемкость и себестоимость изготовления.
Иными словами, в эту группу требований входят свойства, удовлетворяющие практическим возможностям изготовить данный автомобиль на современном этапе научно-технического прогресса с учетом приемлемой товарной стоимости полученного изделия. Очевидно, что эти требования предъявляются, в первую очередь, изготовителями автомобиля.
Эксплуатационные требования – низкий расход топлива (топливная экономичность), курсовая устойчивость, управляемость, проходимость, плавность хода, маневренность, технологичность обслуживания и ремонта, невысокая себестоимость транспортных работ (перевозок).
Потребительские требования – низкая стоимость самого автомобиля и его эксплуатации, безотказность и ремонтопригодность, безопасность, комфортабельность, легкость управления.
Эксплуатационные и потребительские требования предъявляется, в первую очередь, пользователями автомобиля, для которых перечисленные свойства определяют рациональность и удобство его эксплуатации.
Требования безопасности включают в себя активную, пассивную, послеаварийную и экологическую безопасность автомобиля.
Активная безопасность автомобиля – это свойство снижать вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия (ДТП) при эксплуатации. Она закладывается в конструкцию автомобиля и проявляется при движении и в аварийной ситуации.
Этот вид безопасности характеризуется обзорностью, уровнем совершенства сигнализации, освещения дороги, эргономичностью рабочего места водителя, маневренностью, устойчивостью, управляемостью, скоростными и тормозными свойствами автомобиля.
Пассивная безопасность автомобиля – это его свойство снижать уровень тяжести последствий ДТП, если оно, все-таки, имело место.
Пассивную безопасность обеспечивают мероприятия, направленные на снижение травматизма водителя и пассажиров, направленные на снижение травматизма водителя и пассажиров, организации сохранности груза, снижение травматизма людей, находящихся вне автомобиля при ДТП.
Послеаварийная безопасность автомобиля – это его способность снизить тяжесть последствий аварии. Она зависит от наличия медицинской аптечки и огнетушителя, возможности быстрой эвакуации пострадавших из автомобиля и т. п.
Экологическая безопасность автомобиля определяется степенью вредного влияния на окружающую среду при его эксплуатации.
Требования безопасности определяются ГОСТами, требованиями ЕЭК ООН и должны учитывать не только при конструировании транспортного средства, но и контролироваться при его эксплуатации.
Различные требования безопасности нередко противоречат друг другу, поэтому реализовывать их в полной мере невозможно. Поэтому процесс конструирования автомобиля основан на принятии компромиссных решений, которые обеспечивают потимальнео сочетание различных свойств транспортного средства, отвечающих его назначению и предъявляемым к нему требованиям.
Автомобили имеют ограничения:
- по габаритным размерам;
- по массе;
- по осевой нагрузке на дорогу.
Эти ограничения учитываются при строительстве автомобильных дорог и дорожных сооружений (мостов, тоннелей и т. п.).
Следует отметить, что в настоящее время перечисленные требования, предъявляемые к автомобилям, эксплуатируемым на дорогах России, несколько отличаются от аналогичных требований, предъявляемых за рубежом.
Так, максимальная ширина одиночного автомобиля не должна превышать 2,5 метра в России, но за рубежом допускается 2,6 метра; высота, соответственно, 3,8 м в России, и 3,6…4,15 м за рубежом; допустимая длина автомобиля в России – 12 метров, за рубежом – 10…12,2 м (в зависимости от числа осей).
Определения эксплуатационных свойств автомобиля
Тяговые свойства автомобиля — совокупность свойств, определяющих возможные по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой, диапазоны изменения скоростей движения и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе на тяговом режиме в различных дорожных условиях.
Тяговым режимом считается режим работы двигателя, при котором от двигателя к ведущим колесам подводится мощность, достаточная для преодоления сопротивления движению.
Чем тяжелее дорожные условия, тем меньше диапазон возможных скоростей и меньше возможность ускорения. В некоторых условиях, называемых предельными, диапазон скоростей снижается до одного значения. При более тяжелых условиях движение невозможно.
Динамичность — свойство автомобиля перевозить грузы и пассажиров с максимально возможной средней скоростью. Чем выше динамичность автомобиля, тем больше его производительность. Динамичность автомобиля во многом зависит от его тяговых и тормозных свойств.
Топливная экономичность — свойство автомобиля рационально использовать энергию топлива при выполнении единицы транспортной работы.
Снижение расходов топлива транспортными средствами является важнейшей задачей. От того, насколько экономичен автомобиль, зависит себестоимость автоперевозок.
Управляемость — способность автомобиля сохранять заданное направление движения или изменять его при воздействии водителя на рулевое управление автомобиля.
Управляемость заивисит от конструкции автомобиля, технического состояния рулевого управления, подвески и шин, а также условий окружающей среды.
Устойчивость — свойство автомобиля сохранять направление движения и противодействовать силам, стремящимся увести в сторону или опрокинуть автомобиль.
Управляемость и устойчивость тесно связаны друг с другом.
Устойчивость вместе с управляемостью и тормозной динамичностью автомобиля обусловливают безопасность движения.
Проходимость — свойство автомобиля свободно двигаться по плохим (разбитым, размокшим) дорогам и пересеченной местности, преодолевая естественные и искусственные препятствия (канавы, рвы, пороги) без вспомогательных устройств и посторонней помощи.
Проходимость является одним из основных эксплуатационных свойств, определяющих эффективность использования данного транспортного средства. Этим качеством должны обладать автомобили всех типов, но в зависимости от их назначения — в различной степени.
Автомобили обычной проходимости предназначены для движения по шоссейным и грунтовым дорогам. К ним относятся автомобили обшетранспортного назначения колесной формулой 4×2 или 6×4 с обычными тороидными или низкопрофильными шинами и не блокируемыми дифференциалами.
К автомобилям повышенной проходимости относятся автомобили колесной формулой 4×4, 6×4, 6×6 и т. д. с широкопрофильными шинами, шинами регулируемого давления воздуха, с частично или полностью блокируемыми дифференциалами.
К автомобилям высокой проходимости относятся полноприводные автомобили с шинами сверхнизкого давления, арочными шинами или пневмокатками Эти автомобили могут быть плавающими и работать в особо тяжелых климатических условиях, например на севере.
Плавность хода — свойство автомобиля двигаться по дорогам и местности с заданными скоростями без толчков и колебаний кузова, которые могут нарушить нормальную работу механизмов автомобиля, оказывать вредное влияние на водителя и пассажиров.
Выступы и впадины от 100 м до 10 см называют микропрофилем дороги, который является основной причиной колебаний автомобиля на подвеске.
Мелкие неровности дорожной поверхности менее 10 см называются шероховатостью. Они могут создать высокочастотные вибрации отдельных элементов шасси и кузова автомобиля и высокий уровень шума как внутри кузова, так и вокруг машины.
Надежность — свойство автомобиля безотказно перевозить грузы и пассажиров в течение определенного срока и без ухудшения основных эксплуатационных показателей автотранспортного средства.
Надежность — это совокупность свойств, которая может включать в себя безотказность, долговечность и ремонтопригодность объекта.
Безотказность — свойство автомобиля (двигателя) сохранять работоспособность в течение определенного интервала времени или пробега определенной величины.
Долговечность — свойство автомобиля сохранять работоспособность до определенного времени, когда установлено проведение технического обслуживания и ремонта автотранспортного средства.
Ремонтопригодность — приспособленность автомобиля к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов.
Какие эксплуатационные свойства автомобиля зависят от трансмиссии и ее технического состояния
Отечественные автомобили широко используются во всех областях народного хозяйства и вследствие высоких эксплуатационных свойств пользуются большим спросом за рубежом.
Советская автомобильная промышленность, созданная на базе тяжелой индустрии, прошла славный путь от первого советского грузового автомобиля АМО-Ф15, выпущенного в 1924 г., до современных комфортабельных легковых автомобилей и самосвалов большой грузоподъемности.
Директивами XXIII съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1966—1970 гг. предусматривается довести выпуск в 1970 г. до 600—650 тыс. грузовых и 700—800 тыс. легковых автомобилей. Общий выпуск возрастет с 616,4 тыс. автомобилей в 1965 г. до 1360—1510 тыс. в 1970 г.
Предусматривается увеличение выпуска автомобилей повышенной проходимости, автобусов большой вместимости, автопоездов и специализированных автомобилей для перевозки товаров народного потребления; будет освоено производство автомобилей грузоподъемностью 65 те и выше.
Только в сельское хозяйство за пятилетие (1966—1970 гг.) будет направлено 1 100 тыс. грузовых автомобилей и 275 тыс. автомобильных прицепов. Предусматривается значительное увеличение выпуска прицепов, самосвалов, специальных автомобилей для перевозки сельскохозяйственных грузов, автокранов, тракторных погрузчиков и других погрузочно-разгрузочных средств.
Большое влияние на создание новых конструкций автомобилей, освоение и совершенствование технологических процессов производства и улучшение эксплуатации автомобилей оказывают научно-исследовательские и теоретические работы советских ученых.
Теория автомобиля — это наука, изучающая эксплуатационные свойства автомобилей, разрабатывающая методы и критерии оценки этих свойств. Теория автомобиля используется при проектировании новых автомобилей, их испытаниях, а также при выборе типа автомобилей в соответствии с требованиями эксплуатации.
Теория автомобиля как самостоятельная наука в нашей стране стала развиваться после Великой Октябрьской социалистической революции советскими учеными во главе с создателем отечественной научной автомобильной школы акад. Е. А. Чудаковым.
Однако некоторые исследования в области колесных экипажей, в том числе и автомобильной техники, проводились отдельными учеными как в России, так и за рубежом еще в конце XIX и начале XX вв.
В 1905 г. знаменитый русский ученый Н. Е. Жуковский исследовал движение трехколесной тележки и установил основные явления, возникающие при качении жестко связанных между собой колес, имеющих различные диаметры. Эти работы в дальнейшем легли в основу исследований дополнительных нагрузок в жестком приводе к ведущим колесам.
В 1912 г. немецкий ученый проф. Ридлер построил стенд с беговыми барабанами для испытания автомобилей.
К числу первых исследований законов движения автомобиля относится работа проф. Н. Е. Жуковского «К динамике автомобиля», в которой изложена теория движения автомобиля на повороте. Эта работа была опубликована в 1917 г. Также в 1917 г. было выполнено исследование рулевой трапеции проф. Б. К. Млодееевским.
В 1918 г. при Высшем совете народного хозяйства была создана научная Автомобильная лаборатория, которая позднее была реорганизована в Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт — НАМИ. Под руководством проф. Н. Р. Брилинга и Е. А. Чудакова в НАМИ были выполнены исследования, послужившие основой для дальнейшего развития теории автомобиля. Этот институт явился первым центром формирования научных кадров в области автомобильной техники, в нем впервые были начаты плановые работы по конструированию и испытаниям автомобилей.
Основные работы по теории автомобиля написаны акад. Е. А. Чудаковым. Своими многочисленными трудами он охватил широкий комплекс проблем и вопросов динамики, экономики и устойчивости автомобиля. Глубокая разработка общих научных положений теории автомобиля позволила широко вести теоретические и экспериментальные исследования автомобилей.
Дальнейшее развитие теория автомобиля получила в работах учеников и последователей акад. Е. А. Чудакова — профессоров Г. В. Зимелева, Б. С. Фалькевича, Н. А. Бухарина, Я. М. Певзнера, Д. П. Великанова и др.
Большое влияние на развитие науки об автомобиле оказали также работы зарубежных ученых, таких как В. Камм, Е. Марквард, П. Хельдт, Р. Эберан, А. Янте и др.