Шпаргалки к экзаменам и зачётам

студентам и школьникам

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Шпаргалки по предмету гидравлические и пневматические системы автомобиля (часть 3)

НАЗНАЧЕНИЕ, СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.

К магистральным трубопроводам относятся трубопроводы и ответвления (отводы) от них диаметром до 1420мм включительно с избыточным давлением транспортируемого продукта не выше 10 МПа, предназначенные для транспортировки:

- природного газа или нефтяного углеводородного газа из районов их добычи до мест потребления;

- искусственного углеводородного газа от мест производства до мест потребления;

- сжиженных углеводородных газов (пропана, бутана и их смесей) из мест производства до мест потребления;

- нефти из районов ее добычи (от головных перекачивающих насосных станций) до мест потребления (нефтебаз, перевалочных баз, нефтеперерабатывающих заводов или нефтехимических комплексов, пунктов налива, отдельных промышленных предприятий и портов);

- нефтепродуктов от мест их производства (нефтеперерабатывающих заводов ил нефтехимических комплексов) до мест потребления (нефтебаз, перевалочных баз, пунктов налива, отдельных промышленных предприятий и портов);

- товарной продукции в пределах головных и промежуточных газокомпрессорных, нефте- и нефтепродуктоперекачивающих насосных станций, станций подземного хранения газа, газораспределительных станций, замерных пунктов.

Нефть из скважин по индивидуальным нефтепроводам поступает на нефтесборные пункты, а оттуда по нефтесборным трубопроводам на головные сооружения – установку комплексной подготовки нефти, на которых она отстаивается, обезвоживается, очищается от различных примесей, отделяется от нефтяного газа и т.д. Отсюда нефть подается на головную насосную станцию, а затем в магистральный нефтепровод. Промежуточными насосными станциями нефть перекачивается до конечной насосной станции, а затем потребителю.

Состав магистрального нефтепровода аналогичен составу нефтепровода, отличие заключается в том, что нефтепродуктопровод имеет большее число отводов к нефтебазам.

Магистральные нефте- и нефтепродуктопроводы в зависимости от условного диаметра подразделяются на четыре класса:

I от 1000 до 1400мм;

II от 500 до 1000мм;

III от 300 до 500мм;

IV менее 300мм.

КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.

Магистральные трубопроводы, как правило, прокладывают подземно. В исключительных случаях трубопроводы могут быть проложены по поверхности земли в насыпи (наземно) или на опорах (надземно). Такие прокладки допускаются в пустынях, горах болотах, на вечномерзлых и неустойчивых грунтах, на переходах через естественные и искусственные препятствия.

Прокладка трубопровода осуществляется одиночно или в составе параллельных трубопроводов в общем техническом коридоре. Число ниток в техническом коридоре регламентируется предельным количеством суммарного объема транспортируемого продукта.

Глубина заложения трубопровода (от верха трубы) зависит от диаметра, характеристик грунтов местности и должна быть не менее (в м):

при условном диаметре менее 1000мм 0,8

при условном диаметре 1000мм и более 1

на болотах и торфяных грунтах подлежащих осушению 1,1

в песчаных барханах (считая от межбарханных впадин) 1

в скальных грунтах, болотистой местности при отсутствии проезда автотранспорта и сельскохозяйственных машин 0,6

на пахотных и орошаемых землях 1

при пересечении искусственных каналов (от дна каналов) 1,1

Расстояния от оси подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов до населенных пунктов, отдельных промышленных и сельскохозяйственных предприятий, зданий и сооружений должны приниматься в зависимости от класса и диаметра трубопроводов, степени ответственности объектов и необходимости обеспечения их безопасности.

Расстояния между параллельными нитками (при одновременном строительстве и строительстве параллельно действующему трубопроводу) следует принимать из условий технологии поточного строительства, гидрогеологических особенностей района, обеспечения безопасности при производстве работ и надежности трубопроводов в процессе эксплуатации.

Ширина траншеи по низу принимается не менее (мм):

-для трубопроводов диаметром до 700 - D

-для трубопроводов диаметром 700 и более ~1,5D

-при диаметрах 1200 и 1400 мм и при траншеях с откосом свыше 1:0,5, ширину траншеи

допускается уменьшить до D+500 мм.


ТРУБЫ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ.

Трубы магистральных нефтепроводов изготавливают из стали, т.к это экономичный, прочный, хорошо сваривающийся и надёжный материал.

По способу изготовления трубы для магистральных нефтепроводов подразделяются на бесшовные, сварные с продольным швом и сварные со спиральным швом. Бесшовные трубы для трубопроводов диаметром до 529 мм, а сварные – при диаметрах 219 мм и выше.

Наружный диаметр и толщина стенки труб стандартизированы. В связи с большим разнообразием климатических условий при строительстве и эксплуатации трубопроводов трубы подразделяют на две группы: в обычном и северном исполнении. Трубы в обычном исполнении применяют для трубопроводов, прокладываемых в средней полосе и в южных районах страны (температура эксплуатации 0С и выше, температура строительства –40С и выше). Трубы в северном исполнении применяются при строительстве трубопроводов в северных районах страны (температура эксплуатации –20С…..-40С, температура строительства –60С). В соответствии с принятым исполнением труб выбирается марка стали.

Трубы для магистральных нефтепроводов изготавливают из углеродистых и низколегированных сталей.

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ТРУБОВОДОВ ОТ КОРРОЗИИ.

Трубопровод, уложенный в грунт, подвергается почвенной коррозии, а проходящий над землей – атмосферной. Оба вида коррозии протекают по электрохимическому механизму, т.е с образованием на поверхности трубы анодных и катодных зон. Между ними протекает электрический ток, в результате чего в анодных зонах металл труб разрушается.

Для защиты трубопроводов от коррозии применяются пассивные и активные средства и методы. В качестве пассивного средства используются изоляционные покрытия, а к активным методам относится электрохимическая защита.

ИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ.

Изоляционные покрытия, применяемые на подземных магистральных трубопроводах, должны удовлетворять следующим основным требованиям

· Обладать высокими диэлектрическими свойствами;

· Быть сплошными;

· Быть водонепроницаемыми, механически прочными, эластичными и термостойкими.

Конструкция покрытий должна допускать возможность механизации их нанесения на трубы, а используемые материалы должны быть недорогими, недефицитными и долговечными.

В зависимости от используемых материалов различают покрытия на основе битумных мастик, полимерных липких лент, эпоксидных полимеров, каменноугольных пеков и др. Наибольшее распространение в отрасли трубопроводного транспорта нефти получили покрытия на основе битумных мастик. Они представляют собой многослойную конструкцию, включающую грунтовку, мастику, армирующую и защитную обёртки. Грунтовка представляет собой раствор битума в бензине. После ее нанесения бензин испаряется и на трубе остается тонкая пленка битума, заполнившего все микронеровности поверхности металла. Грунтовка служит для обеспечения более полного контакта, а, следовательно, лучшей прилипаемости основного изоляционного слоя – битумной мастики – к трубе. Битумная мастика представляет собой смесь тугоплавкого битума, наполнителей и пластификаторов. Каждый из компонентов мастики выполняет свою роль. Битум обеспечивает необходимое электросопротивление покрытия, наполнители – механическую прочность масти, пластификаторы – ее эластичность. Битумную мастику наносят на трубу при температуре 150…180 С. Расплавляя тонкую плёнку битума, оставшуюся на трубе после испарения грунтовки, мастика проникает во все микронеровности поверхности металла, обеспечивая хорошую прилипаемость покрытия.

Битумная мастика может наноситься в один или два слоя. В последнем случае между слоями мастики для увеличения механической прочности покрытия наносят слой армирующей обертки из стеклохолста. Для защиты слоя битумной пластикой от механических повреждений она покрывается сверху защитной оберткой.

Изоляционные покрытия на основе битумных мастик применяются при температуре транспортируемого продукта не более 40 С. При более высоких температурах применяются полимерные изоляционные покрытия. Порошковые полиэтиленовые покрытия выдерживают температуру до 70 С, а эпоксидные – 80С, полиэтиленовые липкие ленты – 70С.

Покрытия на основе эпоксидной порошковой краски и напыленного полиэтилена изготавливаются, в основном, в заводских условиях. В настоящее время мощности по выпуску изолированных труб ограничены. Поэтому наиболее широко применяются покрытия на основе полимерных липких лент. Сначала на трубу наносится полимерная или битумно – полимерная грунтовка, затем полиэтиленовая или поливинилхлоридная изоляционная липкая лента и защитная обертка. Толщина изоляционного покрытия нормального типа 1.35…1.5 мм, а усиленного 1.7мм.

Полимерные покрытия обладают высоким электросопротивлением, очень технологичным, однако они легко уязвимы – острые выступы на поверхности металла или камушки легко прокалывают такую изоляцию, нарушая её сполшность. С этой точки зрения они уступают покрытиям на основе битумных мастик, проколоть которые достаточно сложно. Но и битумные покрытия имеют недостатки: с течением времени они теряют эластичность, становятся хрупкими и отслаиваются от трубопровода.

СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ АРМАТУРА

Попробуйте найти хоть один город или хоть одну деревню, где бы не применялся трубопровод. Питьевая вода, горячая вода для отопления, канализация, горючий газ - всё это приходит в дом по трубопроводам. Если упомянуть о некоем заводе, то наверняка на нём вы встретите множество трубопроводных систем: начиная от вентиляции и заканчивая трубами с промышленными средами. Каждый трубопровод монтируется из различных унифицированных деталей. Применяются, разумеется, трубы, являющиеся основными элементами системы - и множественные соединительные и дополнительные элементы — арматура различного назначения. Так, к примеру, регулирующая арматура используется для управления интенсивностью потоков в трубопроводе, предохранительная - для предотвращения внештатных ситуаций, контрольная - для снятии информации о состоянии трубопровода и среды, защитная - для защиты приборов и других устройств, фазоразделительная - для разделения среды в зависимости от состояния. Запорная арматура - это важная часть любых трубопроводов и подобных инженерных систем. Запорная арматура используется для перекрытия потоков жидкостей, пара или же газов в различных фазах. Главные виды запорной арматуры - задвижки, клапаны и краны, являющиеся, по сути, различными видами затворов. Например, на магистральных трубопроводах и трубопроводах большой протяженности наиболее часто можно найти шаровые краны из-за их экономической выгодности, надёжности и функциональности, а также безопасности как для трубопровода, так и для окружающей среды. Эти краны являются затвором, позволяющим перекрыть трубопровод в требуемом месте. Практическая задача любого элемента запорной арматуры - регуляция потока рабочей среды в соответствии с необходимостью. Запорная арматура позволяет перекрывать те или иные участки трубопровода, прекращая в них циркуляцию рабочей среды. Моделей и видов запорной арматуры - огромное колличество, например, шламовая запорная арматура. Задвижки - элементы, перекрывающие поток в трубопроводе перпендикулярно оси трубы. Представляют собой опускающуюся пластину, перегораживающую трубу. Поворотные запоры – дисковые задвижки, расположенные внутри трубы параллельно направлению потока. При необходимости поворачиваются перпендикулярно оси трубы и перекрывают её. Задвижки обладают недостатком при активной эксплуатации: они могут смещаться под воздействием среды, например, под давлением. Для предотвращения таких ситуаций используются запорные клапаны. Применение специальной резьбы даёт гарантию того, что положение клапана будет сохраняться. Если задвижки и запорные клапаны просто управляют средой по принципу "открыто-закрыто", а обратные клапаны могут применяться для более сложных задач, когда требуется обеспечить движение среды только в одном направлении. Обратный клапан пропускает среду только в одну сторону: если направление потока изменяется, то клапан закрывается. Предохранительные клапаны под {высокимзаранее заданным} давлением открываются и выпускают часть среды. Они предназначены для предотвращения аварийных ситуаций, вызванных нештатным давлением в системе. Фильтры решают проблему загрязнения жидкостей, очищая среду от примесей. Фланцы - это соединительные части труб (и не только). Фланцы хорошо знакомы любому, кто видел трубопроводы – большие кольца на месте соединений с отверстиями под болты - это они и есть. Фланцы очень удобно использовать из-за высокой герметичности и удобства сборки. Отводы различаются по способу изготовления: наиболее часто они бывают сварены из стали или выгнуты холодным способом. Отводы различают по максимальному выдерживаемому давлению. Одна из функций отводов - защита трубопроводов от вибрации. Трубопроводная арматура соединяется с системой трубопровода с помощью фланцевых соединений, на сварке, муфтах, на цапковых или штуцерных концах, посредством различных


Приборы контроля давления

Системы контроля служат для управления закачкой или стравливанием воздуха из пневмобаллонов. Существуют бюджетные ручные двух- и четырехконтурные клапаны, устанавливаемые совместно с аналоговыми манометрами. Более совершенные и более удобные системы используют электромагнитные клапаны, управляемые переключателями или контроллерами. В самых совершенных системах давлением в системе и клиренсом самостоятельно управляет электронный контроллер, который получает информацию от датчиков положения кузова и/или датчиков давления в пневмобаллонах. При этом существуют варианты систем с управлением только по давлению в каждой камере, систем с контролем только клиренса автомобиля и наиболее сложные системы, отслеживающие все параметры.

ВОПРОС 35 колесаУстройство колесного движителя.

Колесный движитель автомобиля КамАЗ-5320 общетранспортного назначения включает: ведомые колеса переднего моста и ведущие колеса среднего и заднего мостов (колесная формула 6x4). На передней оси устанавливают одинарные, на средней и задней осях — сдвоенные колеса.

Колеса съемные, бездисковые, со спицевыми ступицами, раз­борные, устанавливаются на конические поверхности пяти спиц и крепятся с помощью гаек и прижимов. Между ободами сдвоенных колес средней и задней осей устанавливаются распорные кольца. Каждое колесо состоит из обода и шины. Обод 1 (рис. 8.1) колеса имеет коническую поверхность, обеспечивающую плотную посадку шины, и снабжен замочным 2 и бортовым 3 коль­цами.

На автомобиле КамАЗ-5320 установлены пневматические, ка­мерные шины типа 260-508 Р с универсальным рисунком протектора. Радиальное (Р) расположение нитей каркаса шины повышает их эластичность, уменьшает нагрев и потери при качении колеса. Ширина профиля шины при номинальном давлении воздуха в ней 260 мм, внутренний диаметр шины 508 мм. Номинальное давление воздуха в шинах передних колес 730 кПа (7,3 кгс/см2), средних и задних осей 500 кПа (5.0 кгс/см2). Максимальная статическая нагрузка на шину не должна превышать 22 500 Н (2250 кгс). Для уменьшения износа шин, улучшения управляемости и снижения динамических нагрузок, колеса балансируются с помощью грузов, устанавливаемых на бортовых кольцах обода. Дисбаланс не должен превышать 30 Н · см (3 кгс · см).

clip_image002

Рис. 8.1. Колесо автомобиля КамАЗ-5320:

1 – обод; 2 – замочное кольцо;

3 – бортовое кольцо; 4 – покрышка; 5 – камера;

6 – ободная лента; 7 – вентиль.

Запасное колесо устанавливается на кронштейне держателя, закрепленном на правом лонжероне рамы. Установка запасного колеса на держатель обеспечивается с помощью ручной лебедки, имеющейся на автомобиле.

Колесный движитель автомобиля Урал-4320 повышенной про­ходимости, со всеми ведущими колесами (колесная формула 6 х 6). Все колеса одинарные, что уменьшает сопротивление движению ма­шины.

Ступицы колес установлены на цапфах на двух конических роликовых подшипниках. В цапфах выполнены ка­налы и уплотнительное устройство для подвода воздуха к вращаю­щимся колесам. Колеса крепятся к ступицам с помощью гаек.

На автомобиле Урал-4320 применяются камерные шины с ре­гулируемым давлением воздуха размером 370—508 (рис. 8.2). Номинальное давление воздуха в шинах 250—320 кПа (2,5—3,2 кгс/см2). В зависимости от условий движения допускается кратковременное снижение давления воздуха в шинах с помощью системы регули­рования давления вплоть до 50 кПа (0,5 кгс/см2). Скорость движения при этом должна быть снижена.

Покрышка 3 шины имеет протектор повышенной проходимости. В комплект шины помимо камеры 8 и ободной ленты 7 входит также колесный кран, крепящийся к ободу 5.

Конические поверхности обода и бортовых колец обеспечива­ют посадку шины с натягом, что обеспечивает ее работу и при пони­женных давлениях в ней воздуха.

Держатель запасного колеса закреплен на правом лонжере рамы за кабиной. Подъем и плавное опускание запасного колеса обеспечивается гидроподъемником, включенным в систему гидрав­лического усилителя рулевого управления.

clip_image004

Рис. 8.2. Колесо автомобиля Урал-4320:

1 – замочное кольцо; 2, 4 – бортовые кольца; 3 – покрышка; 5 – обод; 6 – паз вентиля;

7 – ободная лента; 8 – камера.


Сцепление колес с дорогой

Сцепление колес с дорогой – это динамическая величина, которая постоянно изменяется. Всего четыре маленьких участка контакта резины с дорожным покрытием оберегают водителя от того, чтобы не улететь с дороги куда-нибудь в кювет.

Пятно контакта – это, буквально говоря, след колеса на дороге, его опорная поверхность. Неподвижное пятно контакта представляет собой прямоугольник, если кривизна шины равна нулю и давление в ней имеет соответствующее значение. В динамике пятно контакта может иметь любую форму – от грубого прямоугольника до треугольника. Оно также может быть меньше или больше, чем статическое, в зависимости от вертикальной нагрузки, на которую, в свою очередь, влияет перенос веса или аэродинамическое прижимающее усилие, действующее на машину. Чем больше площадь пятна контакта, и чем больше вертикальная нагрузка, тем большее сцепление с дорогой мы можем потенциально получить. Более того, шины эластичны, так что они изменяют свою форму пропорционально боковой реактивной силе, возникающей при повороте автомобиля. Это изменение формы заставляет шину катиться под углом к ее продольному направлению.

Это явление носит название бокового увода, а угол, под которым начинает катиться шина, называется углом ее бокового увода. Слово «увод», однако, не подразумевает скольжения шины, а обозначает просто ее деформацию таким образом, при котором она «уходит» в сторону внешнего радиуса поворота. Максимальное сцепление достигается всегда при значении угла бокового увода, большем, чем ноль, хотя величина сцепления шины с дорогой быстро падает, когда этот угол становится слишком большим. Рисунок и структура колесной резины имеют самое непосредственное отношение к тому, какой угол увода максимизирует сцепление шин. Боковой увод иногда еще называют дрифтом, так как машина при нем как бы «дрейфует» к внешней стороне поворота (одно из значений английского слова drift – дрейф). Правда, этот дрифт имеет совершенно иное значение, нежели тот дрифт, которым увлекаются некоторые автолюбители – те самые, которые заставляют свои машины скользить в поворотах медленным, но впечатляющим образом. В автоспорте настоящий четырехколесный дрифт – когда все четыре шины катятся под сходными углами увода и с максимальным сцеплением от высшей точки поворота до внешнего края трассы – происходит быстро, но на самом деле выглядит скромно.

Круговая схема сцепления шин с дорогой – это графическое отображение всего возможного сцепления, которое мы можем получить от колеса. Вы можете приложить максимальную силу сцепления в любом направлении (вектор силы), но превысить 100-процентного значения этой силы невозможно. Другими словами, если мы используем некоторое количество доступной нам силы сцепления шин с дорогой для того, чтобы превратить ее в боковую реактивную силу в повороте, то мы получим и некоторое количество других сил, в которые трансформируется сцепление – к примеру, силу ускорения при выходе из поворота. То есть сохранится некий баланс в пределах первоначального значения силы сцепления.

Вектор обычно используется для обозначения направления суммы сил. Идеальной ситуацией, в которой сцепление будет оптимальным, можно считать ту, в которой вы будете как можно более близки к границе круговой схемы все время. Причем размер этого круга будет меняться вместе с изменениями площади пятна контакта и нагрузки на шину (статический вес + перенос веса + аэродинамика). Однако сила сцепления, «добавленная» на одну шину при переносе веса, будет меньше, чем потеря этой силы другой шины, с которой «убрали» вес (если подразумевать, что перенос веса дает в итоге потерю в суммарной силе сцепления для всех колес). Вот почему минимизация возможности переноса веса – одна из самых важных задач для любого гонщика.

Для того, чтобы пятно контакта шины с дорогой имело максимальный размер, шина при этом контакте должна иметь нулевую кривизну (то есть быть в идеале плоской). На практике же дорожные машины часто нуждаются в отрицательной кривизне шин в статическом состоянии (хотя это зависит от подвески).

Причин этому несколько. Во-первых, шины деформируются в зависимости от боковой реактивной силы. К тому же податливые втулки подвески (которые нужны для гашения шума и вибрации при езде) также деформируются. Оба эти явления вызовут потерю кривизны шины в повороте, так что статическая отрицательная кривизна нужна для компенсации этой потери. Другими причинами потери кривизны выступают крен кузова и изменения геометрии подвески в диапазоне смещений ее деталей.

Гоночные автомобили нуждаются в меньшем значении отрицательной кривизны шин для компенсации перечисленных выше факторов в силу того, что их подвеска меньше подвержена изменениям геометрии (например, благодаря использованию более жестких втулок). Боковая жесткость спортивной подвески выше, и кривизна шин в этом случае лучше контролируется.

Что это означает для тех, кто использует серийный автомобиль на спортивной трассе? То, что им нужно будет провести несколько тестов для выявления идеального значения отрицательной кривизны шин, не забывая при этом, что оно может сильно отличаться для задней и передней оси. А также о том, что это значение будет идеальным для трека, но не для обычных дорог. Причина в том, что на треке машина подвергается большим значениям реактивной боковой силы, и компенсировать изменение формы и геометрии подвески нужно тоже в большей степени. На улицах такая большая компенсация будет излишней и послужит причиной лишнего износа колесной резины без какого-либо ощутимого выигрыша в сцеплении колес с дорогой.


Устройство и назначение подвески. Направляющая, упругая и демпфирующая функции подвески

Подвеска служит для улучшения плавности хода, чем обеспе­чивается возможность длительного движения без быстрой утомля­емости людей и повреждения перевозимых грузов. Она представ­ляет собой совокупность устройств, осуществляющих упругую связь рамы с мостами, обеспечивающих смягчение толчков и ударов, возникающих при наезде колес на неровности дороги, и передачу сил и моментов, действующих между колесами и рамой. Подвеска состоит из упругого, направляющего и гасящего устройств.

Упругое устройство подвески служит для уменьшения динами­ческих нагрузок, обусловленных главным образом действием вер­тикальных сил. При наезде колеса на неровность дороги упругое устройство деформируется, значительно смягчая ударную нагрузку от колеса на кузов автомобиля. В результате работы упругого уст­ройства уменьшаются перемещения рамы автомобиля, копирующие профиль дорожных неровностей, и улучшается плавность хода автомобиля.

В качестве упругих устройств на автомобилях КамАЗ-5320 и Урал-4320 применяют металлические листовые рессоры.

Направляющее устройство подвески определяет характер перемещения колеса при деформации упругого устройства относительно рамы автомобиля, а также передает силы и моменты, действующие между колесом и рамой (силу тяги, тормозную силу, боковые силы и их моменты).

Функции направляющих устройств на автомобилях КамАЗ-5320 и Урал-4320 выполняют рессоры, балансиры и рычаги.

Гасящие устройства предназначены для быстрого гашения колебаний кузова автомобиля, возникших под воздействием упругого устройства подвески. Отсутствие гасящих устройств при больших скоростях движения автомобиля по неровной дороге может привести к резонансным колебаниям и как следствие этого к пробоям под­вески (удары рессор в ограничители).

Гашение колебаний сводится к превращению механической энергии колебаний рамы и закрепленных на нем составных частей в тепловую энергию благодаря трению в узлах подвески с после­дующим ее рассеиванием в окружающую среду. Трение в деталях упругого устройства (в листовых рессорах) в какой-то мере обеспе­чивает гашение колебаний (производит амортизирующее действие). Однако трение между листами рессор преобразует в тепло весь­ма незначительное количество кинетической энергии вертикальных колебаний остова, и толчки со стороны неровностей дороги передаются от колес к нему в достаточно большой степени. Поэтому для гашения колебаний применяются специальные устройства, амортизаторы, работа которых основана на наличии внутреннего трения в вязкой жидкости, проходящей через отверстие ограниченного сечения, зазор или приоткрытый клапан.

Листовые рессоры представляют собой упругие балки, собранные из отдельных стальных листов различной длины, стянутых центровым болтом. Лист, имеющий наибольшую длину, называется коренным. От боковых сдвигов листы предохраняются стяжными хомутами, которые также передают нагрузку от верхнего коренного листа на нижние при обратном прогибе рессоры.

Основным преимуществом листовых рессор является их способ­ность выполнять одновременно функции направляющего, упругого и гасящего устройств.Передняя подвеска автомобилей состоит из двух листовых рес­сор и двух телескопических амортизаторов.

clip_image006

Рис. 11.1. Рессора передней подвески автомобиля КамАЗ-5320:

1 – отъемное ушко; 2 – болт; 3 – втулка; 4 – пресс-масленка; 5 – передний кронштейн;

6 – болт; 7 – накладка передней рессоры; 8 – чашка основного буфера; 9 – стремянка;

10 – накладка листа; 11 – задний кронштейн; 12 – сухарь;

13 – вкладыш заднего кронштейна; 14 – палец сухаря; 15 – болт; 16 – втулка болта;

17 – кронштейн амортизатора; 18 – палец; 19 – болт; 20 – накладка ушка.

Рессора передней подвески автомобиля КамАЗ-5320 (рис. 11.1) набрана из 15 листов. Коренной лист рессоры прямоугольного се­чения, а остальные Т-образного. Это позволяет уменьшить массу рессоры на 7—10% при сохранении ее характеристик. Передний конец рессоры с помощью ушка 1 и пальца 18 соединен с кронштей­ном 5 рамы. Отъемное ушко 1 прикреплено к коренному листу рессо­ры болтом 2 и накладкой 20, которая закреплена на ушке двумя бол­тами 19. В ушко запрессована втулка 3. Палец 18, соединяющий ушко с кронштейном, зафиксирован двумя болтами 6. Смазка пальца производится через масленку 4. Задний конец рессоры скользящий и через наклепанную на коренной лист накладку опирается на сменный сухарь 12, напрессованный на кронштейн. Для предохранения от износа стенок кронштейна 11 на пальцах 14 сухарей установлены вкладыши 13, стянутые болтом 15 через распорную втулку 16.

В средней части рессоры установлена накладка 7, через кото­рую рессора двумя стремянками 9 крепится к переднему мосту. Накладка имеет выштамповку, которая входит в углубление перво­го листа. Каждый лист рессоры своей выдавкой входит в углубление нижележащего листа, причем выдавка последнего листа входит в соответствующее углубление кронштейна амортизатора 17, за­фиксированного, в свою очередь, на балке переднего моста. От бокового смещения листы рессоры дополнительно скреплены хомутами.

Для исключения жестких ударов переднего моста о раму к нижним полкам лонжеронов привернуты резиновые буфера 8.

Рессора передней подвески автомобиля Урал-4320 (рис.11.2) набрана из 10 листов. Коренной и подкоренной листы рессоры пря­моугольного сечения, а остальные Т-образного.

Ход моста вверх ограничивается резиновым буфером 5, закреп­ленным в накладке 12 рессоры, и дополнительным буфером 10 на лонжероне рамы. Дополнительный буфер также уменьшает напря­жение в рессоре при резком торможении автомобиля, ограничивая ее закрутку.

Механическая подвеска - подвеска, не использующая пневматических устройств, только механические - рессорная, пружинная или торсионная подвеска.

1) Рессорная подвеска - механическая подвеска, упругим элементом которой является листовая рессора. Рессоры обычно применяются в зависимой подвеске грузовых автомобилей, а также в задней подвеске некоторых легковых. Листовые рессоры применяются по всей день, в основном на тяжелой технике и типичных "рабочих лошадках". Когда-то это был самый распространенный тип упругих элементов. Преимущества рессор заключаются в том, что они могут выступать в качестве конструктивных элементов, крепящих ось к раме, и за счет трения между листами обладают небольшими амортизирующими свойствами. В основном используются там, где требуется высокая грузоподъемность, и почти всегда в задней подвеске современных пикапов.

2) Пружинная подвеска - механическая подвеска, упругим элементом которой является пружина подвески. На сегодняшний день витые пружины почти полностью вытеснили рессоры, ведь пружинная подвеска лучше «отслеживает» профиль дороги, а значит положительно влияет на комфорт и управляемость и обеспечивает лучшую артикуляцию подвески, что, в свою очередь, позитивно сказывается на проходимости. Пружины легче и меньше, с их помощью можно по-разному компоновать подвеску, они проще и дешевле в производстве. А столь распространенная сегодня подвеска, как McPherson, вообще была бы немыслима без пружин.

3) Торсионная подвеска - механическая подвеска, упругим элементом которой является торсион. Торсион – это стальной стержень определенной длины, который работает на скручивание. Если взять в руки металлический прут и попробовать его скрутить, то он будет упруго сопротивляться. Так, например, автомобили Toyota Land Cruiser 100VX, Mitsubishi Pajero II и Pajero Sport оснащены передней независимой подвеской, где в качестве упругих элементов применяются торсионы. Они крепятся к рычагу подвески и располагаются вдоль рамы, не занимая места под капотом. Если торсион по причине износа начнет проседать, то его реально подтянуть, другие упругие элементы (рессоры, пружины) можно лишь заменить. Один из концов торсиона (этого стального стержня)жестко закреплен на раме или несущем кузове автомобиля, а на другом конце установлен рычаг. Усилие на свободном конце рычага создает момент, закручивающий торсион. Продольная и боковая силы на торсион практически не действуют, поскольку воспринимаются его опорами. Если сравнивать торсион с витой пружиной подвески, широко применяемой в подвесках современных авто, то можно заметить, что характер деформации материала в этих упругих элементах совершенно идентичен. Для подтверждения этого обстоятельства рассмотрим половину обособленного витка пружины. При возрастании общей силы сжатия пружины к концам такого полувитка приложена пара сил, создающая в сечении закручивающий момент. Характер деформаций стержня торсиона подобен деформации материала пружины. Вертикальная сила, действующая на рычаг подвески, создает момент, закручивающий торсион. Следовательно, стержень торсиона можно рассматривать как витки пружины, растянутые в одну линию. Получается, что при одинаковой длине и поперечном сечении прутка, из которого изготовлена пружина, и стержня торсиона характеристики их упругих свойств будут одинаковы. В то же время конструктивные возможности торсионов более широки, чем у витой пружины. Ничто не мешает сделать стержень торсиона составным. Обычно это набор плоских пластин, как и в листовых рессорах. Распространены также торсионы из многогранных стержней, собранных в пучок. Известны и конструкции из пучка круглых стержней, соединенных по концам. Витую же пружину почти всегда изготавливают из сплошного круглого стержня, поэтому, при равных с торсионом диаметре и длине жесткость пружины оказывается больше, а долговечность ниже.

Упругие элементы в виде пружин и торсионов используются в независимой передней подвеске легковых автомобилей.


Амортизаторы

Амортизаторы автомобилей телескопического типа. Сила сопротивления амортизатора при ходе сжатия значительно мень­ше, чем при ходе отдачи, что обеспечивается проходными се­чениями клапанов.

clip_image008

Рис. 5.7. Амортизатор:

а – рабочее положение при ходе сжа­тия;

б – рабочее положение при ходе отдачи;

1 – проушина;

2 – корпус кла­панов;

3 – клапан сжатия;

4 – пере­пускной клапан отдачи;

5 – корпус ре­зервуара;

6 – рабочий цилиндр;

7 – клапан отдачи;

8 – поршень;

9 – пере­пускной клапан сжатия;

10 – шток.

При плавном сжатии (рис. 11.4, а) шток 10 перемещает пор­шень 8 вниз. Перепускной кла­пан 9 открывается и жидкость перетекает в верхнюю полость, встречая незначительное сопро­тивление. Однако вся жидкость поступить в верхнюю полость не может, так как в рабочий ци­линдр вводится шток. Поэтому часть жидкости, равная по объему вдвигающейся в цилиндр части штока, перетекает через калиброванные отверстия в торце кла­пана 3 сжатия и каналы корпуса 2 клапанов в компенсационную камеру, несколько увеличивая давление находящегося в ней воздуха.

Калиброванные отверстия создают для жидкости сопротивле­ние, пропорциональное квадрату скорости ее истечения. При рез­ком сжатии жидкость не успевает перетекать через калиброванные отверстия, давление в рабочем цилиндре возрастает и открывается клапан сжатия 3. В результате силы сопротивления амортизатора увеличиваются менее интенсивно.

При плавной отдаче шток с поршнем перемещается вверх. Жидкость перетекает в пространство под поршнем через отверстия в поршне и калиброванные отверстия в клапане 7. Кроме того, часть жидкости возвращается из компенсационной полости через клапан отдачи 4. При резкой отдаче перетекание жидкости обеспечивается открытием клапана отдачи 7. Степень открытия клапана отдачи за­висит от резкости хода отдачи: чем резче отдача, тем больше отхо­дит клапан от своего седла.

Гидроамортизатор предназначен для гашения колебаний пружин, возникающих при движении трактора по неровной дороге. Это, в свою очередь, делает движение трактора более плавным и улучшает условия работы тракториста.

Гидроамортизатор устанавливают на передних каретках и состоит он из цилиндра, поршня, штока и компенсационного бачка. Внутренняя часть гидроамортизатора заполняется веретенным маслом АУ до уровня, определяемого щупом, установленным в пробке бачка.

Амортизаторные стойки

Колебания вредно отражаются па деталях автомобиля, а также на самочувствии пассажиров и водителя. Однако затухание колебаний происходит медленно из-за небольшого сопротивления в упругих элементах подвески (например, в витых пружинах). Для быстрого гашения колебаний в подвеску автомобилей вводят амортизаторы.

В настоящее время на автомобилях устанавливают гидроамортизаторы, которые по конструкции разделяют на рычажные и телескопические, а по принципу действия — на амортизаторы одностороннего и двухстороннего действия.

Амортизаторы двухстороннего действия гасят колебания как при сжатии, так и при распрямлении (отдаче) рессоры, а амортизаторы одностороннего действия — только при ее отдаче (последние устанавливают очень редко).

Гидро амортизатор двухстороннего действия имеет поршень, который установлен в цилиндре, заполненном специальной жидкостью (маслом), Поршень связан с осью автомобиля, а цилиндр — с его рамой. При сжатии, когда рама и ось сближаются, поршень заставляет жил кость перетекать через отверстия и открытый клапан из одном полости цилиндра в другую. Во время отдачи, т. е. когда рама и ось расходятся, жидкость перетекает в обратном направлении через отверстия небольшого диаметра.

В результате перетекания жидкости энергия колебательного движения преобразуется в теплоту, а колебания кузова и оси быстро затухают. Сопротивление амортизатора при сжатии в несколько раз меньше, чем при отдаче, что ослабляет удары и толчки, передаваемые кузову.

clip_image010

Гидроамортизаторы серии SA, предназначенные для поглощения энергии перемещающихся элементов конструкции. Они имеют специальную конструкцию, позволяющую осуществить плавное, без рывков, снижение скорости. В состав гидроамортизатора входят: нейлоновый наконечник 1, шток поршня 2, поршень 3, возвратная пружина 4, отверстия 5, аккумулятор 6 и обратный клапан 7. Полости заполнены рабочей жидкостью. Перемещающийся объект воздействует на наконечник. Усилие через шток передается на поршень, вызывая его перемещение. Жидкость перетекает из сжимаемой бесштоковой полости в штоковую через аккумулятор. Аккумулятор, представляющий собою трубку из пористого материала, при этом компенсирует разницу объемов полостей за счет изменения собственного объема. Возврат гидроамортизатора в исходное состояние после снятия усилия производится за счет пружины и обратного клапана.


Пневматические подвески

clip_image012

Сегодня продолжаем тему рассказом о пневмоподвесках.

Принципиальная схема пневматической подвески с резино-кордными упругими элементами и автоматическим регулированием положения кузова: 1 — упругий элемент; 2 — ось автомобиля; 3 — рама автомобиля; 4 — дополнительный воздушный резервуар; 5 — воздуховод; 6 — регулятор положения кузова; 7 — компрессор; 8 — резервуар

Характеристика подвески влияет на множество эксплуатационных качеств автомобиля: плавность хода, комфортабельность, устойчивость движения, долговечность, как самой машины, так и целого ряда ее узлов и деталей. В тяжелых дорожных условиях именно возможности подвески, а вовсе не мощность двигателя, определяют средние и максимальные скорости движения.

Опыт эксплуатации грузовых автомобилей показывает, что на неровных дорогах средняя скорость движения падает на 35-40%, расход топлива увеличивается на 50-70%, межремонтный пробег уменьшается на 35-40%. При этом производительность автотранспорта снижается на 32-36%, а стоимость перевозок возрастает на 50-60%. К этому следует добавить потери, обусловленные перерасходом металла, топлива, резины и добавочными затратами рабочей силы. Для уменьшения этих потерь можно или улучшать дороги, что дорого, или совершенствовать подвески автомобиля, что еще дороже, но в пересчете на тысячи автомобилей оказывается дешевле.

clip_image014

Независимая передняя подвеска среднетоннажного грузовика фирмы Commer с пневмоэлементами: 1 — поперечный рычаг; 2 — продольный рычаг; 3 — кронштейн — нижняя опора пневмоэлемента; 4 — двухсекционный пневмоэлемент

Все же и дороги с ровной поверхностью предъявляют к подвеске очень жесткие требования. Ведь скорости постоянно растут, а требования к управляемости и устойчивости автомобилей и автопоездов ужесточаются.

Анализ конструкций автомобилей показывает, что весовой коэффициент использования автомобиля, определяемый отношением полезной нагрузки к собственному весу, непрерывно увеличивается. Стремление к минимальному собственному весу, увеличению весового коэффициента использования автомобиля и максимальной комфортности приводит к тому, что подвески со стальными рессорами уже не всегда способны вписываться в предъявляемые к ним требования. Во многих случаях подвеска должна обеспечивать:

— максимальную плавность хода при отсутствии значительных взаимных смещений подрессоренных и неподрессоренных частей автомобиля;

— минимальный просвет между кузовом (шасси) и осями;

— постоянство высоты подножки или уровня пола при изменении нагрузки.

При линейных характеристиках традиционных упругих элементов не удается добиться приемлемой частоты собственных колебаний, равной 90-120 мин-1, что вынуждает конструкторов обращаться к упругим элементам с нелинейной, прогрессивной характеристикой: пневматическим или гидропневматическим, обладающим целым рядом достоинств.

clip_image016

Размещение трехсекционных пневмоэлементов в балансирной подвеске задних мостов автомобиля Tatra-815

Во-первых, эти упругие элементы имеют большую энергоемкость в основном рабочем диапазоне и при больших прогибах, а значит, обеспечивают снижение амплитуды колебаний, уменьшение количества энергии, поглощаемой амортизаторами, упрощают регулировку. При этом в подвесках со стальными упругими элементами прогрессивная характеристика достигается только за счет сильного усложнения конструкции.

Второе достоинство — легкость автоматического регулирования жесткости и динамичного хода подвески в соответствии с условиями нагружения, что позволяет получить большую плавность хода и улучшить другие эксплуатационные качества. При одинаковых размерах упругого элемента подвеска позволяет иметь высокую степень унификации для автомобилей разной грузоподъемности со значительной разницей в величине подрессоренных масс. Это третье достоинство. В-четвертых, пневмоэлементы имеют чрезвычайно высокую долговечность, недостижимую для стальных упругих элементов. Например, баллоны автобусов GMC выхаживают до 1 млн. км.

Постоянное положение кузова облегчает обеспечение правильной кинематики подвески и рулевого привода, снижается центр тяжести автомобиля и, следовательно, повышается его устойчивость. При любой нагрузке обеспечивается надлежащее положение фар, что повышает безопасность движения в ночное время. Это — пять. В-шестых, для улучшения устойчивости автомобиля при торможении на пневмоподвеску часто возлагается еще одна функция: точно регулировать тормозные усилия на колесах в зависимости от изменения нагрузок на них. Практически пневмоподвеска делает это более точно, чем механические системы регулирования тормозного давления и не обладает недостатком электронных систем, допускающих сбои в работе в условиях повышенной влажности. И, наконец, благодаря ей увеличивается срок службы автомобиля в целом.

Итог получается достаточно простым: учитывая, что стоимость изготовления пневмоподвесок почти сравнялась со стоимостью рессорных подвесок, применение первых позволяет получить большой технико-экономический эффект.

Различают два типа пневматических упругих элементов:

— с переменной эффективной площадью, зависящей от перемещения опорных фланцев элемента (обычно резино-кордные);

— поршневого типа, у которых в процессе деформации эффективная площадь остается постоянной.

Наибольшее распространение получили резино-кордные двойные пневмобаллоны. Такой баллон устанавливается между опорными фланцами (пластинами) подвески и крепится к ним с помощью винтов, при этом буртики оболочки зажимаются между фланцами, герметизируя внутреннюю полость. Кольцо ограничивает радиальное расширение, обеспечивает правильное складывание оболочек при сжатии, способствует повышению несущей способности и износостойкости баллона.

Собственная частота колебаний при увеличении статической нагрузки несколько уменьшается, тем медленнее, чем выше давление газа, а потому плавность хода пустого и наполненного людьми автобуса не может быть одинаковой.

Долговечность баллонов определяется не только их собственной конструкцией и качеством полиамидных материалов и резины, но также и конструкцией направляющего аппарата подвески. Его кинематика должна быть такой, чтобы баллоны работали только на сжатие. Число слоев корда (обычно это нейлон и капрон) равно двум — четырем. Внутренний слой резины должен быть не только воздухонепроницаемым, но и маслостойким. Внешний слой должен сопротивляться воздействию лучей солнца, озона, бензина — для него применяют неопрен. Таким образом пневмобаллон состоит из нескольких слоев прорезиненной кордной ткани (каркас) с внутренним герметизирующим и внешним защитным слоями.

Пневматический упругий элемент целесообразно применять в двух случаях: когда подрессоренная масса при загрузке автомобиля меняется в широких пределах (задние подвески грузовых автомобилей, в том числе седельных магистральных тягачей, автобусов, прицепов), или когда к плавности хода предъявляются особые требования, для выполнения которых необходимо регулирование характеристики подвесок. В этом случае параллельно пневмобаллонам часто устанавливают дополнительные пневморезервуары, обеспечивающие более пологую характеристику упругого элемента.

На графике приведены характеристики различных пневмоэлементов. По мере сжатия простого баллона растет не только давление воздуха в нем, но и его эффективная площадь, поэтому жесткость подвески увеличивается (кривая 1) При дополнительных резервуарах подвеска на двухсекционных баллонах обеспечивает частоту колебаний подрессоренных масс не более 80 мин-1(кривая 2). Трехсекционные баллоны позволяют снизить эту частоту еще на 10-15%.

Стремление уменьшить габариты упругого элемента, собственную частоту колебаний и емкость дополнительных резервуаров привело к развитию конструкций с пневмоэлементами рукавного и диафрагменного типа (кривая 3)

Причины создания и применение. Развитие конструкции легкового автомобиля привело к необходимости разработки и применения регулируемых подвесок. Можно назвать несколько основных причин, которые заставили инженеров использовать регулируемые подвески на легковых автомобилях.

Во-первых, это связано со значительными изменениями нагрузки на подвеску. Произошло снижение собственной массы автомобилей при повышении их грузоподъемности, особенно малолитражных, малогабаритных и компактных легковых автомобилей. Увеличение массы нагруженного автомобиля по сравнению с порожним достигает ста и более процентов.

Во-вторых, существенно повысились скорости движения легковых автомобилей. Появилась необходимость изменения положения кузова и «ужесточения» подвески для повышения устойчивости и управляемости. На дорогах с высококачественным покрытием максимальная скорость достигла отметки 150... 200 км/ч. (Возможно, это предел, так как дальнейшее возрастание скорости приведет к резкому снижению безопасности движения и значительному увеличению расхода топлива).

В-третьих, не утратила своего значения проблема повышения плавности хода и комфортабельности движения в различных дорожных условиях. Необходимость повышения плавности хода остро ощущается на отечественных автомобилях, эксплуатация которых происходит в весьма разнообразных дорожных и климатических условиях.

И наконец, в-четвертых, при использовании регулируемых подвесок стало возможным получить дополнительные преимущества и удобства по сравнению с обычной подвеской. Легко можно сохранять или принудительно изменять положение кузова и колес относительно дороги. Например, постоянный просвет улучшает работу фар, особенно при дальнем свете, регулирование обеспечивает возможность подъема кузова для преодоления препятствий, подъем и опускание колес для монтажа и демонтажа шин без домкрата.


Регулирование дорожного просвета. Упругие пневматические элементы

Пневматическая подвеска с регулировкой жесткости и дорожного просвета устанавливается на автомобили повышенной проходимости или на автомобили бизнес-класса и служит для создания дополнительного комфорта при движении.

Пневматическая подвеска позволяет уменьшать дорожный просвет в зависимости от скорости движения, при этом центр тяжести смещается вниз и значительно повышается курсовая устойчивость. Водитель может выбрать один из нескольких уровней дорожного просвета.

Давление в амортизационных стойках создается с помощью отдельного компрессора и пневморезервуара. Все элементы объединены с помощью пластиковых воздуховодов, а поток воздуха регулируется электромагнитными клапанами. Данные от четырех датчиков, расположенных на осях, и трех датчиков ускорения, установленных на кузове, поступают в блок управления адаптивной пневматической подвеской. Таким образом, компьютер в течение нескольких миллисекунд дает команду на перенастройку каждого амортизатора в зависимости от дорожных условий.

Сила демпфирования регулируется автоматически. При большой нагрузке в подвеску подается дополнительный воздух, который стравливается при уменьшении нагрузки. Кроме того, в адаптивной пневматической подвеске предусмотрена функция автоматического регулирования величины дорожного просвета. В этом случае клиренс автомобиля, независимо от нагрузки, всегда остается в рамках заданных значений.

Бесступенчатая регулировка жесткости пневматической подвески призвана обеспечивать высокий комфорт благодаря системе компьютерного контроля за показаниями различных типов датчиков.

Пока не возникает необходимость более жесткой работы подвески, например, при скоростном движении по дороге с хорошим покрытием, подвеска остается комфортно мягкой. Изменение степени демпфирования каждого колеса по отдельности снижает вероятность возникновения колебаний кузова, которые могут ухудшить комфорт пассажиров.

В поворотах или при трогании с места адаптивная подвеска автоматически уменьшает раскачку кузова и клевки.

Упругие пневматические элементы целесообразно применять на автомобилях, масса подрессоренной части которых меняется значительно (грузовые автомобили), или требования к плавности хода которых высоки (автобусы). Путем изменения давления воздуха в пневматическом элементе можно регулировать жесткость подвески. При этом появляется возможность регулировать высоту пола (автобусы), грузовой платформы или прицепного устройства относительно дороги либо величину дорожного просвета (при независимой подвеске).

Упругие пневматические элементы изготовляются обычно в виде резинокордных оболочек, содержащих прорезиненный каркас из двухслойного корда диагональной конструкции. Корд выполняется обычно из синтетических нитей (нейлон, капрон и т. п.). Наружный слой оболочки изготовляется из маслостойкой, а внутренний — из воздухонепроницаемой резины. Толщина оболочки 3—5 мм. Пневмобаллоны тороидальной формы бывают одно- и двухсекционными. Односекционные встречаются редко. Наиболее распространенными являются двухсекционные (двойные) пневмобаллоны, которые состоят из оболочки с двумя бортами, усиленными стальными проволочными кольцами, которыми баллон присоединяется к опорным фланцам с помощью стальных фасонных колец. В средней части оболочка перетянута стальным бандажным кольцом.

Максимальное давление внутри пневмобаллона не превышает 0,8 МПа, рабочее давление — 0,3—0,5 МПа, минимальное давление не ограничивается.

Действие системы при выборе большего дорожного просвета

При выборе водителем большего дорожного просвета система проверяет, достаточно ли сжатого воздуха в ресивере для увеличения дорожного просвета. При наличии достаточного количества сжатого воздуха в ресивере процесс увеличения дорожного просвета занимает несколько секунд.

Если же ресивер к моменту выбора нового дорожного просвета оказался пуст, сжатый воздух в пневмоподвеску начинает поступать от компрессора. Этот процесс может длиться несколько минут, и продолжительность зависит от рабочей температуры компрессора. Дело в том, что компрессор при достижении максимально допустимой рабочей температуры автоматически отключается и включается опять после его охлаждения.

Процесс изменения дорожного просвета не начнется, когда на дисплее появилось сообщение «Подача воздуха в ресивер». В этом случае подождите несколько минут и снова задайте требуемый дорожный просвет.

Действие системы при выборе меньшего дорожного просвета

Переход на меньший дорожный просвет осуществляется выпуском сжатого воздуха из пневморессор.

Единственным исключением является переход на уровень Lade. Опускание кузова на этот уровень происходит только тогда, когда запаса сжатого воздуха в ресивере достаточно для последующего перехода на уровень StraКen.

Если же запас сжатого воздуха недостаточен, опускания кузова не происходит. На дисплее приборного щитка появляется сообщение: «Подача воздуха в ресивер».

Различают два типа пневматических упругих элементов:

– с переменной эффективной площадью, зависящей от перемещения опорных фланцев элемента (обычно резино-кордные);

– поршневого типа, у которых в процессе деформации эффективная площадь остается постоянной.

Преимущество пневматического упругого элемента:

1. Большая энергоемкость, чем у других типов подвески;

2. Легкость автоматического регулирования жесткости и динамичного хода подвески в соответствии с условиями нагружения.

В общем случае под пневмоподвеской понимается замена штатных упругих элементов подвески (пружин, рессор или торсионов) на армированные резиновые пневмобаллоны, в которых роль упругого тела выполняет сжатый воздух, нагнетаемый из пневмосистемы.


Комбинированные подвески ЛИАЗ

Подвеска автобуса является связующим звеном между кузовом и колесами. На автобусах ЛиАЗ-677М, -677Г, ЛАЗ-4202, -42021 и др. применяют пневморессорные зависимые подвески. Они отличаются в основном от подвески автомобилей наличием упругого элемента, через который посредством рессор передаются на кузов силы, действующие на колеса. Входящие в подвеску пневмоэлементы совместно с гидравлическими амортизаторами вышеописанного типа уменьшают колебания кузова, обеспечивают хорошую устойчивость и плавность хода автобуса, что необходимо для комфортности поездки пассажиров.

Пневморессорная подвеска в качестве упругих элементов имеет полуэллиптические рессоры, воспринимающие реакции, как от тяговых тормозных моментов, так и боковые усилия, и пневматические двухсекционные резинокордные оболочки типоразмера 300-200 модели И-02, называемые пневмобалонами. С каждой стороны подвеска имеет по основной рессоре от автомобиля ЗИЛ-130, пневмобалону и телескопическому амортизатору от автомобиля МАЗ-500.

Устройство и работа. Основным элементом пневматической подвески является регулируемая пневморессора. Распространение пневморессор на автомобилях связано с их преимуществом по сравнению с другими упругими элементами: простотой регулирования основных показателей и изменения характеристик подвески. Регулирование пневматической подвески производится за счет подвода или отвода жидкости или газа в пневморессоры. В результате такого регулирования легко можно изменять положение кузова и колес, жесткость подвески и частоту собственных колебаний кузова. Грузоподъемность пневморессоры обеспечивается давлением сжатого воздуха (или газа), а жесткость — объемом, в котором этот воздух находится. Изменение грузоподъемности при загрузке или разгрузке автомобиля компенсируется повышением или понижением давления сжатого воздуха в пневморес-соре. Пневморессоры изменяют жесткость в зависимости от частоты колебаний кузова и колес. С увеличением скорости движения происходит ужесточение.подвески.

Конструкции регулируемых пневморессор весьма разнообразны, работы по их совершенствованию все время продолжаются, постоянно предлагаются новые схемы и конструктивные решения. Однако все виды регулируемых пневморессор можно разделить на два основных типа (рис. 4.21): телескопические поршневые рессоры и пневморессоры, выполненные на основе резино-кордных оболочек (РКО).

Основными частями поршневой рессоры (рис. 4.21, а) являются поршень /, рабочий цилиндр 2, стальная сфера 3, разделенная гибкой резиновой диафрагмой 4. Рабочее тело — газ (как правило, азот) находится в стальной сфере 3. Заправка сжатого газа в рессору производится через клапан 5. Регулирование пневморессоры осуществляется за счет подвода жидкости 7 в цилиндр с поршнем. На выходе из рабочего цилиндра в сферу жидкость проходит через дроссель 6 — устройство, выполняющее роль гидравлического амортизатора. Таким образом, упругий элемент объединен в одной конструкции с гасящим устройством.

На рисунке 4.21, б изображена схема регулируемой пневморессоры с РКО. На корпусе гидравлического амортизатора 11 закреплена РКО 12, выполненная в виде рукава, который при перемещении подвески обкатывается по корпусу 11. Конструкция рукава с кордным каркасом 9, наружным защитным 8 и герметизирующим 10 слоями резины напоминает устройство шины. Рабочий объем сжатого воздуха заключен между РКО и стаканом 13. К пневморессоре может быть подключен дополнительный объем 15. Подвод сжатого воздуха в пневморессору осуществляется через штуцер 14. Способ изменения давления сжатого воздуха (или газа) влияет на характеристику пневморессоры. При неподвижном поршне подвод жидкости (рис. 4.21, а) увеличивает давление газа в результате уменьшения его объема, при этом его масса остается неизменной. Если подводить в пневморессору сжатый воздух (рис. 4.21, б), то давление возрастет из-за увеличения массы воздуха, а объем, который он занимает, останется прежним. В первом случае увеличивается частота собственных колебаний кузова и плавность хода автомобиля ухудшается, во втором — частота собственных колебаний кузова и плавность хода сохраняются.

Способность пневморессор с РКО сохранять автомобилю плавность хода независимо от того, нагруженный он или порожний, имеет большое значение. Такие пневморессоры используют на автобусах и грузовых автомобилях, грузоподъемность которых значительно изменяется. Поршневые пневморессоры применяют на легковых автомобилях, изменение грузоподъемности у которых невелико. Улучшить характеристику поршневой пневморессоры при изменении давления сжатого газа можно, подключая дополнительные пневматические упругие элементы.

Регулируемые пневморессоры позволяют увеличивать жесткость подвески при движении автомобиля с большой скоростью по хорошей дороге или с малой скоростью по бездорожью. Для изменения жесткости пневморессор используют дополнительный объем для сжатого воздуха (рис. 4.21, б) или дополнительный пневматический упругий элемент (рис. 4.22).

Если к пневморессоре с РКО подсоединить дополнительный объем 15 (см. рис. 4.21, б), то жесткость ее уменьшится, подвеска будет мягкой. При отключении дополнительного объема произойдет ужесточение подвески.

На рисунке 4.22 показана схема с тремя упругими элементами, применяемая на машинах «Ситроен» (Франция). Основные упругие элементы 1 и 3 установлены в направляющих устройствах подвески колес. Дополнительный упругий элемент 2 соединен трубопроводами с основными. Все три элемента имеют одинаковые давления и объемы сжатого газа и не отличаются друг от друга по конструкции.

Во время управления подвеской с помощью клапанов 4 можно включать и выключать из работы дополнительный упругий элемент 2. При его включении существенно снижается жесткость подвески, при отключении она возрастает. Кроме регулирования положения кузова и колес, подвеска имеет еще два режима работы: «мягкий» с дополнительным элементом и «жесткий» без него.

На рисунке 4.23 показана конструкция поршневой пневморессоры. Сжатый газ (азот) заключен в металлической сфере, состоящей из двух частей — верхней 5 и нижней 8. Нагрузка на газ передается жидкостью через разделительную диафрагму 7. При работе рессоры жидкость, вытесняемая поршнем 3, проходит через встроенный амортизатор 9. С колесом автомобиля связан шток /, который передает усилия на поршень через упорную пяту 11. Между цилиндром 10 и поршнем 3 установлены уплотнения 12. Снизу пневморессора изолирована от окружающей среды кожухом 13 с устройством для слива жидкости 2. Подвод жидкости при регулировании рессоры производится через отверстие 4. Заправка рессоры сжатым газом осуществляется с помощью заправочного клапана 6.

На рисунке 4.24 изображена схема регулируемой пневматической подвески. Регулирование положения кузова осуществляется с помощью регулятора, привод 3 которого соединен с направляющим устройством подвески. В поршневой рессоре газ 4 и жидкость 5 разделены диафрагмой. Регулятор имеет каналы подвода / и слив 2 жидкости. В рессоре 6 размещен амортизатор. При увеличении нагрузки кузов опускается, и регулятор подает жидкость в цилиндр пневморессоры, восстанавливая положение кузова. При снижении загрузки автомобиля регулятор для сохранения положения кузова обеспечивает слив жидкости из пневморессоры.

Первым легковым автомобилем массового производства на пневматической подвеске был знаменитый французский автомобиль «Ситроен ДС-19», серийный выпуск которого начался в 1955 г. На всех колесах машины были установлены регулируемые поршневые пневморес-соры. Автомобили «Ситроен» с такими пневморессорами с успехом выпускаются и в настоящее время. Пневморессоры с РКО впервые появились на легковых автомобилях серийного производства в 1957 г. в США. Это была дорогостоящая машина «Кадиллак Эльдорадо». В пневматической подвеске автомобиля использовались РКО диафрагменного типа. Такие же РКО были установлены на серийном автомобиле «Мерседес-Бенц» 300 СЕ выпуска 1961 г. Он оказался одним из последних автомобилей с пневматической подвеской такого типа. Попытки применения РКО диафрагменного типа не получили распространения на легковых автомобилях.

В СССР в начале 50-х гг. велись интенсивные разработки пневматических подвесок для автобусов и грузовых автомобилей. На Всесоюзном совещании по проблемам пневмоподвески были представлены опытные образцы грузовых автомобилей и автобуса.с пневморессорами на основе РКО. Позже началось серийное производство автобусов с пневмоподвескои на Львовском и Ликинском автобусных и троллейбусном имени Урицкого (ЗиУ) заводах. Опытный автомобиль «Москвич» с пневматической подвеской был изготовлен в конце 60-х гг. на Ижевском автозаводе.

Интерес к пневматическим подвескам с РКО для легковых автомобилей появился снова, когда выяснилась возможность применения РКО рукавного типа в сочетании с электронными системами управления. В настоящее время управляемые пневматические подвески применяют многие ведущие автомобилестроительные заводы Европы, США и


Системы вентиляции и отопления салона автомобилей. Основные элементы, устройство.

Обогрев кабины осуществляется воздухом, нагретым в отопителе, который включен в систему охлаждения двигателя (рис. 9.1). При включенном вентиляторе отопителя воздух, поступающий сна­ружи через люк 3 или из кабины через люк 8, прокачивается через радиатор 7 отопителя и попадает в распределитель воздухообогрева 12, откуда посредством управляемых заслонок распределяется по кабине. Управление заслонками распределителя воздухообогрева осуществляется рычагом 11. При верхнем положении рычага воздух поступает через дефлектор 2 на обдув стекол, а при нижнем – для обогрева ног водителя и пассажиров. При изменении положения ры­чага относительно крайних положений соответственно изменяется количество воздуха, поступающего на обдув стекол и обогрев ног водителя и пассажиров. Управление люком 8 осуществляется рыча­гом 10. При верхнем положении рычага люк открыт, а при нижнем – закрыт. Привод наружного люка 3 осуществляется посредством рычага 13.

Оптимальный вариант обогрева кабины осуществляется при открытых наружном и внутреннем люках и среднем положении рычага 11. При этом воздух поступает снаружи и из кабины и подается на ветровое стекло и к ногам водителя и пассажиров. Включатель вентилятора помещен на щитке приборов.

При отрицательной температуре воздуха должен быть открыт краник 4, расположенный на впускной трубе двигателя. В летнее время радиатор отопителя необходимо отключать от системы охла­ждения, для чего краник 4 водоподводящей трубки 5 надежно за­крывается.

Вентилируется кабина через люки системы отопления и проемы опускающихся и поворотных стекол кабины. При недостаточной естественной вентиляции включается вентилятор отопителя.

clip_image018

Рис. 9.1. Схема действия отопителя кабины и обдува ветрового стекла:

1 – патрубок подачи теплого воздуха для обдува ветровых стекол; 2 – дефлектор;

3 – наружный люк; 4 – краник; 5 – водоподводящая труба; 6 – водоотводящая труба;

7 – ра­диатор отопителя; 8 – внутренний люк; 9 – электродвигатель;

10 – рычаг привода внутреннего люка; 11 – рычаг привода заслонки;

12 – распределитель воздухообогрева; 13 – рукоятка привода наружного люка.


Омыватели лобового и заднего стекла легковых автомобилей.

Устройство для очистки ветровых стекол состоит из двух пневматических однощеточных стеклоочистителей (рис. 9.2), двух кранов управления и трубопроводов. Левый край управляет работой стеклоочистителя и устройством для обмыва ветровых стекол. Щет­ки стеклоочистителей приводятся в действие поршневыми пневмодвигателями. Специальные устройства фиксируют щетки в нижнем положении. Угол обмаха щеток 90 ± 5°. Щетки стеклоочистителей работают со скоростью 20—30 или около 50 двойных ходов в минуту. Ручки включения стеклоочистителей располагаются под щитком приборов, справа от рулевой колонки. При поступательном пере­мещении ручки в кране включается одно из трех фиксированных положений.

Устройство для обмыва ветровых стекол включает в себя диафрагменный насос 3, работающий от сжатого воздуха, полиэтилено­вый бачок 2 и трубки с двумя одноструйными жиклерами 4. Устрой­ство приводится в действие краном управления левым стеклоочисти­телем.

Перед включением стеклоочистителя необходимо нажать на ручку до упора. Затем потянуть ее на себя, установив шток во вто­рое или третье положение. При этом сжатый воздух поступит к золотнику, направляющему воздух поочередно то в одну, то в дру­гую полость пневмодвигателя, поршень которого приводит в движение рычаг со щеткой. Для выключения стеклоочистителя необ­ходимо нажать на ручку крана до упора, при этом щетки устанав­ливают в нижнем положении. Насос приводится в действие переме­щением левой ручки крана управления на себя до упора. В этом положении ручку удерживать не более 1 с, после чего она автомати­чески возвращается в третье фиксированное положение. При переме­щении штока сжатый воздух поступает в диафрагменный насос. Имеющаяся в насосе жидкость выдавливается диафрагмой к жикле­рам. После срабатывания насоса диафрагма выпрямляется, в полос­ти под ней создается разрежение, и из бачка поступает новая порция жидкости. Насос постоянно заполнен жидкостью и готов к дей­ствию.

clip_image020

Рис. 9.2. Стеклоочистители и устройство для обмыва ветрового стекла:

1 – стеклоочиститель; 2 – бачок; 3 – насос обмыва ветровых стекол; 4 – жиклер.

Стеклоочиститель ветровых стекол кабины включен в пнев­матическую систему автомобиля. Он состоит из пневматического двигателя с золотниковым распределением и механизмом укладки щеток по нижней кромке стекла, двух щеток, тяг и рычагов приво­да щеток. Включается стеклоочиститель поворотом головки крана против часовой стрелки. Кран расположен на панели приборов. Вращая головку крана, можно регулировать скорость движения щеток стеклоочистителя. При повороте головки крана против часо­вой стрелки интенсивность работы щеток увеличивается. При пово­роте головки крана по часовой стрелке до упора стеклоочиститель выключается.

По окончании работы щетки должны укладываться по нижней кромке стекла. Если механизм укладки щеток не сработал, кран вторично включается и выключается водителем.

Омыватель ветровых стекол состоит из насоса, бачка с жид­костью объемом 1,5 л, шлангов, двух распылителей. Насос диафрагменного типа установлен с левой стороны кабины на полу. Ба­чок расположен на левой боковине капота. Вода из бачка насосом подается по шлангам к распылителям и омывает ветровые стекла при нажатии на педаль. Стекла промываются с одновременным вклю­чением стеклоочистителей. Направление струи регулируется поло­жением жиклера распылителя. При отрицательных температурах в бачок заливается незамерзающая жидкость.


Аэродинамическое сопротивление

Аэродинамическое сопротивление автомобиля обусловлено движением последнего с некоторой относительной скоростью в окружающей воздушной среде. Среди всех сил, составляющих сопротивление движению автомобиля, эта представляет наибольший интерес в свете всевозрастающих скоростей передвижения транспортных средств. Дело все в том, что уже при скорости движения 50-60 км/час она превышает любую другую силу сопротивления движению автомобиля, а в районе 100-120 км/час превосходит всех их вместе взятых.

Применительно к автомобильной технике аэродинамическое сопротивление можно представить как сумму нескольких его составляющих. К ним относятся:

Сопротивление формы еще называют сопротивлением давления или лобовым сопротивлением. Сопротивление формы является основной составляющей сопротивления воздуха, оно достигает 60 % общего. Механизм возникновения этого вида сопротивления следующий. При движении транспортного средства в окружающей воздушной среде происходит сжатие набегающего потока воздуха в передней части автомобиля. В результате здесь создается область повышенного давления. Под его влиянием струйки воздуха устремляются к задней части автомобиля. Скользя по его поверхности, они обтекают контур транспортного средства. Однако в некоторый момент начинает проявляться явление отрыва элементарных струек от обтекаемой ими поверхности и образования в этих местах завихрений. В задней части автомобиля воздушный поток окончательно срывается с кузова транспортного средства. Это способствует образованию здесь области пониженного давления, куда постоянно осуществляется подсос воздуха из окружающего воздушного пространства. Классической иллюстрацией наличия зоны пониженного давления является пыль и грязь, оседающие на элементы конструкции задней части транспортного средства. За счет различия давлений воздуха впереди и сзади автомобиля создается сила лобового сопротивления. Чем позже происходит срыв воздушного потока с обтекаемой поверхности и соответственно меньше область пониженного давления, тем меньшей будет и сила лобового сопротивления.

В этом аспекте интересен следующий факт. Известно, что при езде двух формульных болидов друг за другом, уменьшается не только сопротивление движению заднего автомобиля, идущего в воздушном мешке, но и переднего, по измерениям в аэродинамической трубе - на 27%. Происходит это вследствие частичного заполнения зоны пониженного давления и уменьшения разряжения за ним.

Из вышесказанного понятно, что форма кузова транспортного средства в данном случае играет существенную роль. Кузов автомобиля необходимо изваять таким образом, чтобы процесс перемещения воздуха из передней зоны автомобиля в заднюю происходил с наименьшими затратами энергии, а последние определяются главным образом характером вихреобразования. Чем меньше образуется локальных завихрений, мешающих нормальному перетеканию струек воздуха под действием разности давлений, тем меньше будет и сила лобового сопротивления.

Сопротивление трения обусловлено "прилипанием" к поверхности кузова слоев перемещающегося воздуха, вследствие чего воздушный поток теряет скорость. В этом случае величина сопротивления трения зависит от свойств материала отделки поверхности кузова, а также от его состояния. Дело в том, что любая поверхность обладает различной поверхностной энергией, способной в различной степени повлиять на окружающую среду. Чем больше значение поверхностной энергии у материала покрытия автомобиля, тем сильнее его поверхность взаимодействует на молекулярном уровне с окружающей воздушной средой, и тем больше энергии необходимо затратить на разрушение сил Ван-дер-
Ваальса (сил взаимного притяжения молекул), препятствующих взаимному перемещению объемов соприкасающихся веществ. На данный вид потерь приходится около 10 - 20% всех аэродинамических потерь. Меньшие значения сопротивления трения относятся к автомобилям, обладающим новыми, хорошо отполированными покрытиями, большие к автомобилям с плохо окрашенными кузовами или покрытиями, которые с течением времени утратили большинство своих потребительских свойств.


Сопротивление вызываемое выступающими частями автомобиля составляет 10 - 

15% общего. Хотя на некоторых экземплярах автомобильной техники оно может принимать и гораздо большее значение. На его величину влияют самые, казалось бы, безобидные конструктивные элементы автомобиля, как-то дверные ручки, рычаги стеклоочистителей, колесные колпаки и прочие детали.
Оказывается даже такие мелочи вносят свой вклад в общую силу аэродинамического сопротивления движению, причем их довесок весьма существенен. Судите сами: поднятые ночью убирающиеся фары увеличивают силу сопротивления воздуха на 10%, открытые окна - на 5%, установленные предусмотрительным автовладельцем грязезащитные фартуки на всех колесах - на 3%, багажник на крыше - на 10-12%, наружные зеркала заднего вида - 5-7%, широкопрофильные шины - на 2-4%, антенна - на 2%, открытый люк в крыше - на
2-5%. С другой стороны есть ряд деталей, применение которых позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление. Так, установка на колеса гладких колпаков снижает его на 3%, замена выступающих дверных ручек на оптимизированные в аэродинамическом смысле - утопленные также несколько снижает силу сопротивления воздуха. Чтобы исключить добавочное сопротивление, вызываемое щетками стеклоочистителей, когда последние находятся в нерабочем положении, конструкторы некоторых фирм прячут их в специальный отсек, расположенный между кромкой капота и лобовым стеклом.
Также существенную роль играет качество сборки кузова автомобиля: малые зазоры в местах стыков кузовных деталей могут уменьшить сопротивление на 2-
5%.
Внутреннее сопротивление обусловлено движением воздушных потоков через системы вентиляции и охлаждения. Обычно пути движения воздушных потоков в этом случае имеют достаточно сложную конфигурацию, обладающую множеством местных сопротивлений. К числу последних относятся резкие изменения направления движения воздуха, фильтры, радиаторы и т. п.
Для количественной характеристики аэродинамического сопротивления используют следующую зависимость:
FX=CX*P*V2*FMID/2, где: Р - плотность воздуха;

V - скорость относительного движения воздуха и машины;

FMID - площадь наибольшего поперечного сечения автомобиля (лобовая площадь);

CX - коэффициент лобового сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемости).
Обратите внимание на то, что скорость в формуле стоит в квадрате, а это значит: при увеличении скорости движения транспортного средства в два раза, сила сопротивления воздуха увеличивается в четыре раза, а затраты мощности вырастают в восемь раз!!! Поэтому при движении автомобиля в городском потоке аэродинамическое сопротивление автомобиля мало, на трассе же его значение достигает больших величин
Коэффициент лобового сопротивления определяют экспериментальным методом путем продувки автомобиля или его модели в аэродинамических трубах. От величины CX Вашего автомобиля в прямой зависимости находится количество расходуемого им топлива, а значит и денежная сумма оставляемая Вами у бензоколонки. Поэтому конструкторы всех фирм-производителей автомобильной техники постоянно пытаются снизить коэффициент лобового сопротивления своих творений. CX для лучших образцов современных автомобилей составляет величину порядка 0,28-0,25. Для примера, величина коэффициента лобового сопротивления "седьмого вазовского классического кирпича" составляет 0,46.

Комментарии излишни. Наименьшим же коэффициентом отличаются автомобили, предназначенные для установления рекордов скорости - CX порядка 0,2-0,15.

Однако аэродинамика влияет не только на скоростные качества автомобиля и расход топлива. В ее компетенцию входят также задачи обеспечения должного уровня курсовой устойчивости, управляемости автомобиля, снижения шумов при его движении.

Особое внимание заслуживает влияние аэродинамики на устойчивость и управляемость автомобилем. Это в первую очередь связано с возникновением подъемной силы, которая серьезно влияет на ходовые качества машины - уменьшает силу сцепление колес с дорогой, а в некоторых случаях может быть одной из причин опрокидывания автомобиля. Причина появления подъемной силы у автомобиля кроется в форме его профиля. Длины путей движения воздуха под автомобилем и над ним существенно разняться, следовательно, обтекаемому сверху воздушному потоку приходится проходить его с большей скоростью, нежели потоку движущемуся внизу автомобиля. Далее вступает в действие закон Бернулли, по которому, чем больше скорость, тем меньше давление и наоборот.

Поэтому внизу автомобиля создается область повышенного давления, а сверху - пониженного. В результате получаем подъемную силу. Конструкторы стремятся всякими ухищрениями свести ее к нулю, и частенько это им удается. Так, например, у "десятки" нулевая подъемная сила, а у "восьмерки" существует тенденция к подъему. Избавиться от подъемной силы можно установкой антикрыльев. Они создают дополнительную прижимную силу, хотя несколько и ухудшают общее аэродинамическое сопротивление. Следует заметить, что используются они в основном на гоночных болидах. Не следует путать между собой антикрыло и спойлер. Каждый из них выполняет свою задачу. Спойлеры, которые устанавливаются на серийные модели легковых автомобилей, предназначены в большей степени для лучшей организации движения потока воздуха.

На устойчивость автомобиля влияет и характер обтекания кузова воздушными потоками, направленными под определенным углом к его продольной оси. В этом случае результирующая сила лобового сопротивления, приложенная к его центру парусности, который находится на некотором расстоянии от поверхности контакта автомобиля с дорогой, а также смещен от его центра масс, создает разворачивающий момент и крен автомобиля. Ощутить всю прелесть данного явления можно, например, на "Таврии" при движении на высокой скорости в момент прохождения рядом "фуры".


Аэродинамические шумы, возникающие при движении автомобиля, свидетельствуют о плохой его аэродинамике или же о ее отсутствии вообще. Генерируются они за счет вибраций элементов кузова в моменты срыва воздушного потока с их поверхности. По наличию или отсутствию шумов на высоких скоростях движения можно определить степень проработки конструкции автомобиля в аэродинамическом смысле.

Как Вы понимаете, просчитать такое огромное количество параметров аэродинамики автомобиля невозможно. Поэтому ее созданием и доводкой конструкторы занимаются путем многочисленных продувок в аэродинамических трубах, как моделей автомобилей, так и натурных образцов.

Как оценить потери мощности на качение шин? Если дорога имеет твердое, ровное покрытие, а давление в шинах нормальное, то в широком диапазоне скоростей (примерно до 60–70% от максимальной) сила сопротивления качению шин почти постоянна и, по данным ряда исследований, составляет 0,013–0,015 полного веса машины. На скоростях 150–160 км/ч этот коэффициент может увеличиваться в зависимости от особенностей шины, давления в ней, температуры и т. д. до значений 0,019–0,020.

А вот другая составляющая пространства – это воздух. Чем быстрее едешь, тем сильнее его сопротивление. На очень высоких скоростях воздух становится
"железным": так, на некоторых боевых самолетах при энергичных маневрах один квадратный метр крыла испытывает нагрузку до нескольких тонн! Сопротивление воздуха – главный враг высоких скоростных показателей.

Соотношение мощности к скорости
Так изменяется необходимая для движения мощность в зависимости от скорости автомобиля: N – мощность, л.с.;

V – скорость, км/ч (м/с); Cx – коэффициент аэродинамического сопротивления;

S – "лобовая площадь" автомобиля; 1 – расчетная мощность, с учетом изменения потерь на качение шин по скорости;

2, 6 – характеристики максимальной ("располагаемой") мощности двигателей
ВАЗ-2103 и ВАЗ-2101;

3, 4 – результаты расчета для попутного и встречного ветра 5 м/с;

5 – расчетная кривая необходимой мощности для современного автомобиля со сниженным аэродинамическим сопротивлением Сх = 0,3.
Этот «враг» по-настоящему серьезен, так как резко увеличивается с ростом скорости: увеличили ее втрое – сила сопротивления подскочила в девять раз!
Она пропорциональна квадрату скорости. Но чтобы вычислить аэродинамическое сопротивление автомобиля, достаточно знать два важных его показателя. Во- первых, коэффциент аэродинамического сопротивления Cx . Его называют коэффициентом формы – вполне справедливо, так как он указывает именно на совершенство формы. "Це-икс" грузовиков и мотоциклов может достигать
0,6–1,0, для легковых машин типа "жигулей" составляет примерно 0,45, у лучших современных автомобилей – ниже 0,3. Во-вторых, максимальная площадь поперечного сечения машины S (лобовая площадь).

Поле потока вокруг легкового автомобиля
Вообще, оценивая различные тела, которые перемещаются в воздушном пространстве, можно понять, что «грамотная» форма объекта – это необходимое условие, чтобы перемещение было менее трудным.
На рисунке сравниваются тела с одинаковым отношением длины к высоте l//h или длины к диаметру l//d (это отношение иногда называют коэффициентом полноты тела); фактор близости основания (т.е. поверхности дороги) при таком рассмотрении может не учитываться.
[pic]

Аэродинамическое сопротивление тела вращения (Cx~0,05) состоит преимущественно из сопротивления трения; предельный случай чистого сопротивления трения имеет место при продольном обтекании плоской пластины.

Для этого вида сопротивления имеется хорошая теоретическая база. Влияние вязкости воздуха заметно только в очень тонкой, прилежащей к стенкам зоне, называемой пограничным слоем. Основываясь на экспериментально определенных законах распределения касательных напряжений вдоль стенок, можно рассчитать характеристики этого пограничного слоя, например его толщину, касательное напряжение вдоль стенки, место отрыва, для этого лишь необходимо, чтобы был предварительно рассчитан внешний поток, который в данном случае рассматривается как идеальный, т.е. не обладающий вязкостью.

Таким образом, можно провести оптимизацию, например, тела вращения, т.е. для тела с предварительно заданным отношением l//h и предварительно заданным объемом можно рассчитать форму, обеспечивающую минимальное аэродинамическое сопротивление. В дальнейшем можно, используя теоретические преобразования, пересчитать полученные для этого тела результаты применительно к телу, напоминающему автомобиль. Однако с уменьшением коэффициента полноты l//d сопоставимость теоретических расчетов с экспериментальными данными ухудшается. Причина этого заключается в отличие давлений, рассчитанных теоретически и имеющих место в реальных условиях, в области отрываемого потока (базовое давление, в отечественной литературе этот параметр часто называют донным давлением).

Аэродинамическое сопротивление прямоугольного параллелепипеда, обтекаемого продольным потоком (Cx~0,9) является в основном сопротивлением давления, в чистой форме этот вид сопротивления имеет место при обтекании плоской пластины, расположенной поперечно к потоку. Но даже в этом простом случае - простом в смысле того, что место отрыва однозначно определено острыми кромками - сопротивление давления в интересующем нас случае турбулентного потока в вихревом следе за пластиной не подается расчету. Обратное действие области возмущенного потока, в которой существенно влияние трения, на идеальный, не обладающий вязкостью внешний поток гораздо сильнее, чем в случае пограничного слоя. Общепризнанной модели для вихревого следа за телом, несмотря на интенсивные работы по ее созданию, до сих пор нет.

Итеративное рассмотрение идеального, не обладающего вязкостью, а затем реального, обладающего вязкостью, потока - как в случае пограничного слоя - невозможно. Решение полных уравнений движения, так называемых уравнений Навье-Стокса, возможно только для ламинарного потока, когда закон изменения касательных напряжений известен; в случае турбулентного потока из-за отсутствия подходящего закона изменения касательных напряжений, не говоря уже о проблемах вычисления, такого решения нет.

Легковой автомобиль, несмотря на меньшее по сравнению с параллелепипедом аэродинамическое сопротивление, по механике потока ближе к параллелепипеду и сильно удален от тела вращения. Как будет показано в двух последующих разделах, обтекание автомобиля сопровождается отрывами, а его аэродинамическое сопротивление является пре-имущественно сопротивлением давления.

Так как аэродинамическое сопротивление не поддается расчету, то были предприняты попытки каталогизировать его в зависимости от основных параметров формы. Можно сказать, что эти усилия до сегодняшнего дня безуспешны. Число параметров, описывающих геометрию легкового автомобиля, слишком велико, и отдельные поля потоков находятся в весьма сложном взаимодействии друг с другом.

Таким образом, в данной работе физическая суть процесса обтекания рассматривается только с качественной стороны; кроме того, приведен ряд выводов, которые относятся к конкретным случаям, и обобщать их необходимо с большой осторожностью. С учетом этих аспектов предлагается метод проведения работ, который является ничем иным, как стратегией опробирования.

Как правило, набегающий на автомобиль поток несимметричен. Для упрощения речь идет лишь о симметричном обтекании; влияние бокового ветра на аэродинамическое сопротивление не рассматривается.

В целом поле потока вокруг автомобиля изучено недостаточно. Поэтому картину обтекания автомобиля можно представить только благодаря суммированию отдельных сведений по этому вопросу. Они получены в результате измерений скоростей потока, распределения давления и наблюдения обтекания как на поверхности автомобиля, так и в прилегающем к нему пространстве.

Спойлер передка может выполняться отдельно устанавливаемой деталью кузова либо изготовляться как единое целое с панелью передка, т.е. отштамповываться совместно с ней. В первом случае существует относительно большая свобода в выборе положения, высоты и наклона спойлера. Во втором случае возможности при выборе параметров спойлера меньше, связано это прежде всего с технологическими причинами.


Стойка ветрового стекла (стойка А). Влияние стойки ветрового стекла на аэродинамическое сопротивление очень сильно зависит от положения и формы ветрового стекла, а также от формы передка. Решая вопрос снижения аэродинамического сопротивления путем правильного формообразования стойки ветрового стекла, как, впрочем, и любого другого элемента кузова, необходимо учитывать технологические возможности изготовления и ее функциональную нагрузку, которая заключается, например, в защите передних боковых стекол от попадания дождевой воды и грязи, сдуваемой с ветрового стекла, в поддержании приемлемого уровня внешнего аэродинамического шума и др.

Полученное таким образом поле потока для легкового автомобиля представлено на рис. Поле потока характеризуется многочисленными отрывами. Места, в которых может иметь место отрыв потока, показаны отдельно. Можно выделить два типа отрывов, а именно двумерные и трёхмерные. Линия отрыва в двумерном случае проходит преимущественно перпендикулярно к местному направлению потока. Если имеет место повторное прилегание потока, то образуются так называемые обратные потоки (циркулирующие потоки). Такие вихри могут возникать в следующих местах: на передней кромке капота; сбоку на крыльях; в зоне, образованной пересечением капота и ветрового стекла; на переднем спойлере и, возможно, в зоне излома при ступенчатой форме задней части автомобиля. Зоны, в которых оторвавшийся поток представляет собой близкое к двухмерному вихревое движение (зоны "спокойной воды") чаще всего образуются с обратной стороны задка автомобиля.

В зависимости от структуры поля потока за автомобилем образуется длинный, сильно вытянутый назад открытый или короткий замкнутый вихревой след (см. рис.).
Оторвавшиеся потоки совершают циркулирующие движения, оси которых, как правило, проходят перпендикулярно к набегающему невозмущенному потоку и параллельно к линии отрыва. На рис. для каждой из трех форм задней части автомобиля показана пара вихрей, вращающихся навстречу друг другу. Нижний вихрь вращается в направлении против часовой стрелки; именно он переносит частицы грязи на обратную сторону автомобиля. Верхний вихрь вращается в противоположную сторону, т.е. по часовой стрелке.

Конструкторы наблюдали, что после отрыва потока в вихревом следе образуется пара противоположно вращающихся продольных вихрей, которая в случае формы задка "универсал" индуцирует восходящий поток, а при плавно спускающейся и ступенчатой формах задка - нисходящий поток в вихревом следе. При форме задка "универсал" пара вихрей поднимется в направлении потока и перемещается к плоскости симметрии. При плавно спускающейся и ступенчатой формах задка вихри вдоль потока опускаются к дороге и перемещаются наружу. Можно предположить, что эти продольные вихри являются продолжением описанных выше поперечных вихрей.

Второй тип отрыва имеет трехмерный характер; эти отрывы на рис. отмечены штрихпунктирными линиями или заштрихованными зонами. Вихревые трубки образуются на наклонно обтекаемых острых кромках, совершенно так же, как на треугольном крыле самолета. Такая пара вихрей образуется на правой и левой стойках ветрового стекла, так называемых стойках А. В районе верхнего конца стоек указанная пара вихрей изгибается по направлению к крыше; их дальнейшее взаимодействие с потоком в районе задней части автомобиля еще не изучено. Ярко выраженная пара вихревых трубок образуется позади автомобиля при определенном наклоне линии задка (см. рис.). Эти вихри взаимодействуют с внешним потоком и с двухмерным вихревым следом. Они в значительной степени аналогичны кромочным вихрям крыла конечного размаха. Указанные вихревые трубки в пространстве между их осями индуцируют поле нисходящего потока, которое определяет расположение линии отрыва потока, обтекающего тело. Этот механизм становится понятным, если рассмотреть рис. На правой фотографии существует пара сильных вихрей; на левой фотографии образование такой пары искусственным путем предотвращено. В первом случае индуцированный парой вихревых трубок нисходящий поток способствует тому, что линия отрыва расположена очень низко, и это приводит к образованию небольшого замкнутого вихревого следа. Во втором случае поток отрывается от задней кромки крыши, вихревой след так сильно вытянут, что оканчивается вне пространства, имеющегося для наблюдений (длина рабочей части аэродинамической трубы). Следует указать на то, что конструкторы на своей модели автомобиля с плавно спускающейся формой задка не наблюдали описанные выше продольные вихревые трубки; другие измерения явно показали существование этой пары вихрей. Указанное несоответствие лишний раз подтверждает, что этот процесс формирования потока за автомобилем изучен еще не в полной мере.

Вращающиеся навстречу друг другу поперечные вихри в вихревом следе за автомобилями с разной формой задка: а) ступенчатая форма задка; б) плавно спускающаяся форма задка; в) круто спускающаяся форма задка

Для чего нужен козырёк?
Для анализа "десятку" загнали в аэродинамическую трубу. Вопреки ожиданиям, подъемная сила осталась прежней.

Да и коэффициент аэродинамического сопротивления изменился незначительно — следовательно, существенного увеличения расхода топлива не будет. Правда, немного изменился опрокидывающий момент — при установке козырька на
"десятку" подъемная сила, действующая на колеса передней оси, увеличивается на 50 Н, а задние колеса немного догружаются. Если для визуализации воздушных потоков пустить над капотом "десятки" струю дыма, то видно, что сразу за козырьком воздух закручивается в вихре, и это создает над капотом значительное разрежение. Из-за этого поток воздуха на передней части капота даже меняет направление на противоположное! Естественно, ни один изготовитель подобных "элеронов" об этом и не подозревает — никто из них наверняка не проводил аэродинамических исследований...
Но, может быть, козырек хотя бы снижает загрязняемость лобового стекла?
Ничуть не бывало — наш "элерон", установленный на одну из редакционных
"десяток", при езде по осенним грязным дорогам не дал ни малейшего положительного эффекта. Единственное отличие — если раньше летящая из-под колес впереди идущих машин грязь растекалась по капоту ровными симметричными струями, то теперь передок автомобиля стал напоминать орошенную из пульверизатора поверхность. А вышеупомянутое завихрение воздуха приводит к тому, что щель между козырьком и капотом начинает медленно, но верно забиваться песком. Так что польза от козырька только одна — он действительно защищает торец капота от мелких камней.
Интересные сводки и аспекты аэродинамики

Аэродинамический анализ некоторых автомобилей, а именно автомобилей с большим именем показал, что не всё «крутое» превосходно.
Все знают марку спортивного суперкара Lamborghini , да это действительно машина превосходна во всех её отношениях, но для оценки аэродинамического сопротивления она показала неожидаемые показатели. Скорость здесь была достигнута за счёт мощного 12-ти цилиндрового двигателя, низкой подвески, широкой базы (устойчивость), низкого кузова, а также пластикового корпуса, антикрыльев. Спойлеры и антикрылья на этом автомобиле расположены больше для стиля и для внешнего эстетического восприятия. Иногда, в некоторых случаях, грамотное расположение внешних спойлеров ухудшает стиль. Конструкторы и дизайнеры пытались на этом авто «убрать» поток фронтального набегающего воздуха, свести его на нет. Современное мнение – это плавное распределение потока вдоль формы кузова.

Дополнительные воздухозаборники снижают Cx , где энергия сопротивления воздуха идёт на охлаждение двигателя и на вентиляцию салона.
Кстати, внутреннее распределение воздушных масс оказывает влияние на движение автомобиля.
Вообще, если рассмотреть такой образ, что имеется водяной шар, а при движении он вытянется и примет форму капли, то эта форма будет самой аэродинамичной. Такой случай возможен только для полёта в воздушном пространстве. Но в автомобиле все параметры аэродинамики соподчинены к плоскости земли, а значит нельзя делать конкретные выводы. Все выводы экспериментальны. Распределение всех масс деталей автомобиля тоже влияет на аэродинамику.

P.s. При большом багажнике (пример: Ваз 2110) аэродинамические показатели в некоторых случаях улучшаются.
Внешние багажники

Багажник, основу которого составляют располагаемые поперек крыши автомобиля дуги, закрепляется на крыше специальными упорами - по два на каждую дугу. Подбор конструкции крепежной лапы упора осуществляется под конкретный тип посадочного места; здесь возможны следующие варианты: крыша с водосточным желобом, без желоба, с фиксированными точками крепления багажника и со штатно поставленными на заводе продольными дугами.
Эти дуги скругляются, по формообразованию соподчиняются общей форме кузова, но внешние выступающие элементы портят аэродинамический показатель. Чтобы снизить сопротивление воздуха нагнетаемого на крышу, где располагаются вещи, устанавливается аэродинамический бокс, но практически на всех моделях этот бокс испытывает давление на отрыв, а некоторые формы боксов создают незначительные срывы потоков фронтального «ветра».
ВЫВОД
Аэродинамика автомобиля – это наука, которая остаётся экспериментально доказываемой. Для снижения сопротивления движущегося тела, необходимо проанализировать его форму. Учесть возможные боковые ветры, воздействующие на кузов автомобиля. Распределение давлений вокруг движущейся машины отражается на ее движении по дороге. Устойчивость на больших скоростях падает. В нынешнее время делается очень много попыток, чтобы оптимизировать форму автомобиля, потому что необходимо постоянно иметь сцепление с дорогой и устойчивость при ветре, в том числе боковом и тыльном, а также влияет рельеф и характер дороги на аэродинамическое равновесие. Аэродинамичная форма кузова автомобиля – это составляющая безопасности и комфорта езды.


 Гидромуфты. Немного теории

Гидродинамические муфты (гидромуфты) нашли широкое применение в качестве составной части привода различных машин. Трудно назвать какую-либо отрасль промышленности и техники, в которых не использовались бы гидромуфты. В первую очередь это относится к горнорудной, химической, металлургической, нефтедобывающей и лесотехнической промышленности. Гидромуфты используются также в приводах широкого класса машин строительной, строительно-дорожной и транспортной техники.

clip_image022

Гидромуфты составляют неотъемлемую часть таких машин как ленточные, цепные скребковые и пластинчатые конвейеры, элеваторы, осевые вентиляторы и дымососы, питательные насосы и газовые турбины, дробилки и мельницы различных типов, роторные экскаваторы, дорожные катки, бетоносмесители, барабанные сушилки и центрифуги. Нельзя не упомянуть автомобили, трактора и железнодорожные локомотивы, в которых гидромуфты входят в состав гидромеханических коробок.

На рис.1 схематично в меридиональном сечении показана гидромуфта , имеющая ведущее лопастное насосное колесо центробежного типа 1(насос) и ведомое лопастное колесо, выполняющее функцию реактивной турбины 2(турбина). Оба колеса имеют, как правило, плоские радиальные лопатки 3 и 4. К насосу 1 присоединен вращающийся при работе корпус 5. Диски 6 и 7 насоса и турбины выполнены в виде чаш с криволинейными образующими. В сововокупности с межлопастными каналами торообразная часть полости гидромуфты, заключенная между чашами насоса и турбины, является рабочей полостью. Между торцами колес имеется небольшой осевой зазор, благодаря чему возможно вращение одного колеса относительно другого. Замкнутая полость гидромуфты заполняется рабочей жидкостью (РЖ), в качестве которой используются чаще всего минеральные маловязкие масла. В пожароопасных условиях применяются вода и водные эмульсии, а также трудновоспламеняемые синтетические масла.

В приводном блоке насос соединяется валом 8 с двигателем, а турбина валом 9 с механической передачей. При включении двигателя насос своей лопастной системой увлекает во вращение РЖ и, отбрасывая к периферии рабочей полости, направляет ее на лопатки турбины. В турбине кинетическая энергия РЖ, запасенная в насосе, преобразуется в механическую энергию вращения, необходимую для преодоления сил сопротивления движению и инерции маховых масс машины. РЖ, протекая в направлении оси вращения вдоль лопаток, воздействует на них и, отдав энергию, всасывается насосом на его наименьшем радиусе. И вновь РЖ "заряжается" в насосе новой порцией энергии. Процесс передачи и преобразования энергии от насоса к турбине происходит при работе гидромуфты непрерывно, и замкнутая циркуляция РЖ постоянно обеспечивает при этом силовую связь между колесами.

В гидромуфте (гидропередача без внешней опоры) момент на турбине всегда равен моменту на насосе, но передача энергии в ней происходит с определенными потерями, характеризуемыми в рабочем режиме значением К.П.Д. Поскольку моменты колес раны, то К.П.Д. численно равен отношению частоты вращения турбины n2 к частоте вращения насоса n1, т.е. передаточному отношению i ( i= n2/n1). Крутящий момент гидромуфты передается всегда при некотором отставании скорости турбины от скорости насоса. Это значит, что гидромуфта работает со скольжением Sг = (n1-n2)/ n1= 1-i. Скольжение отображает долю потерь мощности, идущих на нагрев РЖ и деталей гидромуфты.

Основные функциональные особенности гидромуфт.

При использовании гидромуфт привод машин приобретает целый ряд положительных свойств, из которых наиболее важными являются:

- страгивание с места с нулевыми значениями начального момента и ускорения, а также плавный разгон машин до рабочей скорости,

- предохранение приводного двигателя и механической трансмиссии от недопустимых перегрузок при резком торможении и пуске,

- возможность замены сложных электродвигателей с фазным ротором на простые и более надежные короткозамкнутые двигатели с обеспечением благоприятных условий их пуска под нагрузкой, в том числе и при большом моменте инерции машины,

- суммирование мощности нескольких двигателей, работающих на общий исполнительный орган при равномерном распределении нагрузки на эти двигатели, и возможность их поочередного запуска,

- стабильность и автоматичность срабатывания при заданном значении предельного момента и самовосстанавливаемость рабочего режима при устранении перегрузки,

- возможность гидродинамического и генераторного торможения машины, а также ее торможения противовращением при реверсировании двигателя,

- демпфирование и гашение крутильных колебаний крутящего момента и скорости вращения широкого спектра частот, имеющих место при работе многих машин.

К этому целесообразно добавить также такие особенности как высокий К.П.Д. гидромуфты (0,96-0,98), простота конструкции и настройки, отсутствие силовых пар трения, передающих крутящий момент. Изменение наполнения РЖ и введение в полость гидромуфты простого дросселирующего диска позволяют расширить диапазон передаваемой мощности.

Гидромуфты подразделяются на регулируемые и замкнутые.

Регулируемые гидромуфты предназначены, как правило, для относительно неглубокого (до 30-40%) регулирования частоты вращения ведомого вала привода. Наиболее экономичным такое регулирование является лишь для машин, у которых мощность нагрузки в процессе работы изменяется пропорционально кубу частоты вращения турбины, т.е. N2=(i3) Nн (Nн- номинальная мощность при полной скорости и n1=const.). К таким машинам относятся мощные (до15тыс.квт) центробежные насосы, турбогенераторы, вентиляторы. Менее экономичным регулирование с помощью гидромуфт является в случае, когда мощность изменяется пропорционально квадрату частоты вращения ,т.е. N2=(i2) Nн. Максимальные потери мощности Nпот. в первом случае составляют Nпот.= 0,148 Nн при i=0,666, а во втором случае 0,25 Nн- при i=0,5. Для многих лопастных машин регулирование гидромуфтой имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами регулирования скорости.

Наибольшее распространение в мировой практике получили более простые по конструкции и обслуживанию нерегулируемые замкнутые гидромуфты. Более подробно устройство, характеристики и принцип действия замкнутых гидромуфт рассмотрен ниже.

приборы контроля давления

Жидкостные манометрические термометры. В этих термометрах, как и в стеклянных, в качестве измеряемой величины, определяющей температуру, используется изменение объема термометрической жидкости. Манометрический жидкостной термометр (рис.1) состоит из чувствительного элемента 1 – стального термобаллона, в котором находится основная часть термометрической жидкости, подключенного к термобаллону капилляра 2 с внутренним диаметром 0,1…0,2 мм, и указателя с манометрической пружиной или со спиральной трубкой 3. Пружинная трубка преобразует расширение объема во вращательное движение стрелки.

Газовые манометрические термометры. При этом методе измеряется изменение давления Р или объема V газа как функция температуры Т в соответствии с законом идеального газа

PV=mRT.

Причем масса m и величина R (абсолютная газовая постоянная) являются постоянными. Для этой цели используют газ, близкий к идеальному (гелий, азот, аргон).

Конденсационные манометрические термометры работают по тому же принципу, что и жидкостные, и газовые термометры. Отличие их состоит в том, что чувствительный элемент частично заполнен жидкостью (конденсатом), а над конденсатом находится насыщенный пар этой же жидкости. Термометры основаны на том, что у каждой жидкости давление насыщенного пара однозначно определяется его температурой и не зависит от занимаемого объема. Однако зависимость давления насыщенного пара от температуры является нелинейной. В результате расстояния между делениями шкалы с ростом температуры увеличиваются

Last Updated on Saturday, 08 November 2014 17:45