Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 19.1. Геометрические показатели проходимости автомобиля:

—дорожный просвет; а,,, р,

—

соответственно передний и задний углы свеса; р

пр

, р

поп

—

радиусы соответственно продольной и поперечной проходимости

Геометрическую проходимость оценивают рядом размеров ав-

томобиля (рис. 19.1). Так, автомобиль не сможет двигаться по глу-

бокой колее, если он имеет небольшой дорожный просвет Л или

небольшой радиус поперечной проходимости р

поп

. Радиус про-

дольной проходимости р

пр

определяет геометрические размеры

тех препятствий в продольной плоскости, которые может преодо-

леть автомобиль, не задевая их. Передний а

и задний р

углы све-

са (проходимости) определяют возможность автомобиля двигать-

ся, не задевая препятствий, расположенных поперек движения,

например при наезде на бугор, движении через канавы и т. д. Гео-

метрические параметры проходимости автомобиля имеют перво-

степенное значение для машин высокой проходимости и сельско-

хозяйственного назначения.

Опорно-сцепные свойства машины определяют возможность ее

движения в различных условиях: по дорогам и бездорожью. Опор-

ные свойства определяют несущая способность дороги (грунта) и

конструкция колес. Вертикальная деформация грунта (образова-

ние колеи) происходит до тех пор, пока давление колес на грунт

не станет равным несущей способности грунта. Давление колес на

грунт зависит от веса автомобиля и площади контакта колес с

грунтом, а несущая способность грунта

—

от его типа и состояния.

Площадь контакта колес с грунтом определяется радиусом и ши-

риной колеса, давлением воздуха в шине, ее эластичностью, ти-

пом и состоянием протектора. Чем больше опорная площадь ко-

лес, тем меньше вертикальная деформация грунта и сопротивле-

ние качению. Если грунт мягкий и его несущая способность не-

большая, то образуется глубокая колея и для преодоления

повышенного сопротивления движению требуется большое тяго-

вое усилие, помимо того что возникает буксование колес.

С целью повышения проходимости автомобилей осуществляют

привод на все колеса, применяют широкопрофильные односкат-

ные шины большого диаметра с низким давлением воздуха (жела-

310

тельно с централизованным изменением давления воздуха в ши-

нах при движении машины). Ширина колеи передних и задних

колес у машин высокой проходимости с односкатными шинами

должна быть одинаковая. Для повышения вращающего момента

на ведущих колесах в трансмиссию вводят редукторы (демульти-

пликаторы), увеличивающие передаточные числа трансмиссии.

Опорно-сцепные свойства автомобиля улучшаются при равномер-

ном распределении веса по осям.

Сцепные свойства машины при движении по обледенелой доро-

ге можно существенно улучшить применением цепей противо-

скольжения. С этой целью некоторые машины высокой проходи-

мости оборудуют лебедками, которые используют в особо тяжелых

условиях движения.

К машинам сельскохозяйственного назначения (например,

КАЗ-4540) помимо общих требований к машинам высокой прохо-

димости предъявляют агротехнические требования. Одно из них:

давление колес на почву при работе на поле не должно превышать

установленных стандартом значений (150 кПа) во избежание зна-

чительного уплотняющего воздействия на почву, вызывающего

нарушение плодородия почвы. Для выполнения этого требования

применяют широкопрофильные шины низкого давления большо-

го диаметра и централизованно измеряют давление воздуха в ши-

нах. В частности, на автомобилях КАЗ-4540 установлены одно-

скатные широкопрофильные шины большого диаметра с глубоки-

ми грунтозацепами. Для уменьшения потерь на перекатывание

колея передних и задних колес сделана одинаковой.

19.3. УСТОЙЧИВОСТЬ И УПРАВЛЯЕМОСТЬ АВТОМОБИЛЕЙ

Под устойчивостью автомобиля понимают его способность со-

хранять заданное направление движения или неподвижное поло-

жение без опрокидывания или скольжения. Автомобиль может

опрокинуться или скользить на продольных или поперечных ук-

лонах под действием составляющей силы тяжести или сил инер-

ции, направленных в сторону возможного нарушения устойчивос-

ти. Машина может потерять устойчивость также при движении на

повороте под действием сил инерции. Различают продольную и

поперечную устойчивость.

Продольная устойчивость автомобиля нарушается редко и лишь

при движении в особых условиях по бездорожью, на очень крутых

подъемах или при резком торможении на крутых спусках. Устой-

чивость чаще нарушается от скольжения (сползания) при таком

угле подъема а, когда составляющая силы тяжести автомобиля,

параллельная пути, больше силы сцепления колес с дорогой, т. е.

при C

sina>/^9 (здесь

— полный вес автомобиля; Р

—сила

сцепления колес с дорогой: для заторможенной машины и всех

311

тормозных колес Р

= Р

). Сползания автомобиля на подъеме или

уклоне не произойдет, если tg а <

<р.

В этом случае, особенно когда возникает буксование, возмож-

ны сползание машины назад, в кювет и ее опрокидывание. Поэто-

му для преодоления скользкого участка дороги на подъеме следует

включить низшую передачу и на малой частоте вращения вала

двигателя без резкого ее изменения и переключения передач пре-

одолеть опасный участок. При необходимости следует надеть на

колеса цепи противоскольжения.

Поперечная устойчивость автомобиля, стоящего или работаю-

щего на продольном уклоне, может быть нарушена (т. е. машина

может опрокинуться) под действием составляющей силы тяжести

(веса), параллельной уклону, G

sin р. Устойчивость на уклоне бу-

дет обеспечена, если реакция дороги на колеса со стороны, проти-

воположной опрокидыванию, больше нуля, т. е. Y\ > 0. Если с этой

стороны контакт колес с опорной поверхностью сохранен, то ма-

шина не опрокидывается.

За оценочный показатель поперечной устойчивости принят

предельный угол поперечного уклона, на котором может стоять

или равномерно двигаться автомобиль без опрокидывания. Этот

угол вычисляют по формуле

Рит

—

предельный угол уклона, на котором автомобиль еще не опрокидывает-

ся (в этом случае продолжение вектора силы тяжести <?

из центра тяжести прой-

дет через точку Oi контакта колес с дорогой, тогда

= 0); В— ширина колеи;

h —

поперечная координата центра тяжести автомобиля.

Чем больше ширина колеи В и меньше А, тем больше попереч-

ная устойчивость автомобиля против опрокидывания. Это условие

может быть нарушено, если во время движения автомобиля центр

tg р

Ит

= 0,5Д/А,

Рс

Рис. 19.2. Схема

сил,

действующих

на

автомобиль

при

повороте

312

тяжести смещается вследствие перемещения груза или деформа-

ции баллонов, рессор.

Поперечная устойчивость против скольжения может быть на-

рушена, когда составляющая силы тяжести (/

sin р больше суммы

реакций дороги на колеса в поперечном направлении, т.е.

sin р > (/ф+^ф- В этом случае вдоль склона начинают скользить

или передние, или задние, или все колеса. Такая ситуация возни-

кает на проселочных дорогах и может быть очень опасной.

Опрокидывание может произойти на горизонтальной дороге

при повороте под действием центробежной силы Р

(рис. 19.2) и

ее составляющих

{

и Р£ Поперечная составляющая центробеж-

ной силы (сила инерции) F£=mv

/R (здесь т

—

масса автомобиля;

—

линейная скорость автомобиля; R

—

радиус поворота). Из это-

го выражения видно, что чем больше линейная скорость автомо-

биля и меньше радиус поворота, тем больше поперечная сила.

При входе в поворот дополнительно возникает центробеж-

ная сила P^madton/dt, так как при повороте с угловой скорос-

тью о)

одновременно начинается вращение автомобиля относи-

тельно точки 0

(радиус а) в сторону поворота. Эту силу (пока-

зана штриховой линией) складывают с поперечной составляю-

щей а при выходе из поворота ее вычитают из поперечной

составляющей.

Итак, при воздействии на машину поперечной силы и недоста-

точном сцеплении колес с дорогой в поперечном направлении

могут возникнуть занос автомобиля, его движение с одновремен-

ным вращением вокруг вертикальной оси. Занос происходит на

скользкой дороге, например при торможении, повороте или рез-

ком трогании с места. Чаще происходит занос задних колес. В

этом случае для уменьшения или предотвращения заноса следует

передние колеса повернуть в сторону заноса и прекратить тормо-

жение.

Наиболее опасно действие поперечной составляющей силы

инерции, когда она вызывает смещение груза, например жидкого.

Работа автомобиля с неполной цистерной не рекомендована.

Управляемость автомобиля. При исправном и отрегулирован-

ном рулевом приводе, о чем говорилось в предыдущих разделах

учебного пособия, на безопасность движения влияют габаритные

размеры автомобиля или автопоезда. При повороте значительно

увеличивается габаритная ширина автомобиля, равная разнице

наружного и внутреннего радиусов поворота, что необходимо учи-

тывать.

При повороте следует учитывать также боковой увод шин (их

боковую деформацию в поперечной плоскости в пятне контакта).

Если боковой увод шин передних колес больше, чем задних, то

радиус поворота увеличивается (недостаточная поворачивае-

313

мость). Если же боковой увод задних шин больше, чем передних,

то радиус поворота автомобиля уменьшается (излишняя повора-

чиваемость).

Устойчивость, управляемость, надежность тормозов и рулевого

управления и другие эксплуатационные качества автомобиля оп-

ределяют его активную безопасность. Пассивную безопасность

обеспечивают прочность кузова, конструкция сидений, привяз-

ные ремни и другие специальные устройства, способствующие

уменьшению тяжести последствий аварий.

19.4. РАМЫ И КУЗОВА

Рама служит основанием для крепления частей и агрегатов ав-

томобиля. Она воспринимает все нагрузки, возникающие при

движении автомобиля. У автомобилей с несущим кузовом рама

объединена с каркасом кузова или вообще отсутствует. Тогда функ-

ции рамы выполняет кузов.

В зависимости от конструкции рамы делят на лонжеронные

(рис. 19.3) и хребтовые (рис. 19.4).

На большинстве грузовых автомобилей применяют лонжерон-

ные рамы, состоящие из двух продольных балок (лонжеронов),

соединенных поперечными траверсами (поперечинами). Наибо-

лее распространенная форма сечения лонжерона

—

швеллер. По-

перечины могут быть различного сечения. Их количество и место

расположения определяются особенностями компоновки автомо-

биля. Поперечины соединяют с лонжеронами с помощью закле-

пок, болтов или сварки. Наиболее распространены клепаные

рамы как наиболее технологичные и простые в изготовлении.

Болтовое соединение элементов рам используют при мелкосерий-

ном производстве. Цельносварные рамы применяют на сверхтя-

желых самосвалах (рис. 19.5).

Рамы часто выполняют переменной ширины: более широкой в

зоне двигателя и суженной в зоне заднего моста.

Хребтовые рамы образуются картерными деталями агрегатов

автомобиля. Их применяют ограниченно ввиду сложности компо-

новки агрегатов и нетехнологичности.

Для повышения жесткости раму иногда объединяют с полом

кузова, создавая раму с несущим основанием (рис. 19.6).

Лонжероны изготовляют из сталей 25, 25кп, 10ХСНД, 30т, по-

перечины - 08кп, 15кп, 09Г2, 12ГС и др.

Расчет рам на прочность и жесткость проводят для трех основ-

ных случаев, отражающих условия нагружения при движении ав-

томобиля: изгиб в вертикальной плоскости, кручение, изгиб в го-

ризонтальной плоскости.

Кузов легкового автомобиля выполняет две функции: 1) образует

замкнутое пространство для размещения водителя, пассажиров и

314

—!—

V=M=

U.I

—TUT—_ *t"

Mfe l-A'jp № 'iifT

—'.

i—к

T1»

л -3 -1 - -л

-л. ;

- г -

Рис.

19.3. Лонжеронные рамы:

a — с прямыми лонжеронами; б

—

с усилителями; в

—

с изогнутыми лонжеронами; г -

переменной ширины; д

—

с крестообразной поперечиной

Рис. 19.4. Хребтовая рама

багажа; 2) целиком или частично (при наличии рамы) служит не-

сущей системой.

Кузов можно представить состоящим из двух частей: верхней,

или собственно кузова, и нижней

—

основания, включающего в

себя панель пола и образующего вместе с порогами, усилителями

и рамой (при ее наличии) базу для крепления двигателя, транс-

миссии и ходовой части.

По конструктивным особенностям кузова легковых автомоби-

лей делят на каркасные и несущие. Каркасный кузов представляет

собой пространственную стержневую систему, выполненную из

замкнутых тонкостенных профилей, к которым прикреплены на-

ружные и внутренние панели.

Каркас несущих кузовов (рис. 19.7) жестко соединен с панеля-

ми электродуговой сваркой в 6...

тыс. точек. Такой кузов имеет

316

Рис. 19.6. Рама

несущим основанием

неразъемный стальной корпус 7, к которому прикреплены капот 2

двигателя, передние 5 и задние 3 двери и детали декоративного

оформления (облицовка радиатора, передний и задний бамперы,

декоративные накладки и т.д.).

Корпус кузова представляет собой жесткую сварную конструк-

цию. Она состоит из предварительно собранных узлов: основания

10,

левой и правой боковин 7с задними крыльями, передних кры-

льев б, крыши 8 и задней части корпуса 9. Основание кузова уси-

лено продольными балками и поперечинами. С основанием со-

единены передняя и задняя части кузова. Боковины и крыша

цельноштампованные. Кузова в основном изготовляют из низко-

углеродистой стали толщиной 0,6...1,5 мм, имеющей хорошую

штампованность и свариваемость. Для этой цели используют так-

же алюминиевые сплавы и пластмассы.

Кузов автобуса состоит из стержневого каркаса и листовой об-

шивки. Элементы обшивки соединены с соответствующими эле-

ментами каркаса, образуя плоские или изогнутые панели. Про-

дольные элементы каркаса бортов кузова называют поясами. При

этом выделяют подоконный, надоконный и нижний обвязочный

пояса. Пояса продолжаются на передних и задних частях кузова.

Вертикальные элементы каркаса бортов, передней и задней частей

кузова называют стойками.

317

Рис. 19.7 Кузов автомобиля ВАЗ-2121:

У — корпус; 2—капот двигателя; 3

—

задняя дверь; 4 — багажное отделение; 5 — передняя

дверь; б— переднее крыло; 7— боковина; 8— крыша; 9— задняя часть корпуса; /(/—основание

Кузова автобусов классифицируют по способу восприятия ста-

тических (изгибных) нагрузок: рамный (статическая нагрузка и ре-

акции подвески воспринимаются рамой, эластично-соединенной

с кузовом); с несущим основанием (статическая нагрузка и реакции

воспринимаются преимущественно основанием, жестко связан-

ным с кузовом); несущий (статическая нагрузка полностью распре-

деляется по всем его элементам).

Масса кузова с оборудованием составляет 47...53 % снаряжен-

ной массы автобуса.

Преимущество рамной конструкции

—

возможность унифика-

ции с грузовым автомобилем, недостаток

—

большая собственная

масса. Переход от рамной конструкции к несущему кузову обеспе-

чивает уменьшение массы автобуса на 1000... 1400 кг.

При изготовлении кузовов автобусов часто используют «сэнд-

вич»-панели. Они состоят из двух параллельных тонких пластин

(из стали, алюминиевых сплавов или пластмассы) и расположен-

ного между ними среднего слоя

—

наполнителя (из древесины,

пропитанной и формованной бумаги, пенопласта). Все слои со-

единяют специальным клеем.

Кузов грузового автомобиля состоит из двух раздельных элемен-

тов: кабины водителя и кузова для груза. Конструкция кабины

каркасно-панельная. Фундаментом служит каркас основания

(пола), выполненный из штампованных панелей толщиной до

1,5 мм. Дверной проем выполняют цельноштампованным из листа

толщиной 1,2..Л,5 мм.

К возможным неисправностям рамы относят искажение ее

геометрической формы, появление трещин и погнутостей в про-

дольных балках и поперечинах, ослабление заклепочных соеди-

нений.

Если при осмотре обнаружена заметная деформация рамы, то

проверяют степень искажения ее геометрической формы. После

снятия кабины и платформы раму очищают от грязи и измеряют

ее ширину спереди и сзади. Например, у грузовых автомобилей

ГАЗ разница в значениях ширины рамы должна быть не более

4 мм. Погнутость рамы может быть установлена измерением диа-

гоналей между поперечинами рамы на отдельных ее участках. Раз-

ница в значениях длины диагоналей на отдельном участке рамы

между поперечинами должна быть не более 5 мм. Расстояние, рав-

ное длине базы автомобиля, должно быть одинаковым с правой и

левой сторон рамы.

При техническом обслуживании ходовой части проверяют со-

стояние окраски рамы с целью предупреждения ее коррозии.

Ослабление заклепок выявляют легким постукиванием про-

дольных балок. При этом ослабевшие заклепки издают характер-

ный дребезжащий звук.

319