Лекция 2. Автомобильные транспортные средства

План

2.1 Двигатель внутреннего сгорания

2.2 Классификация автомобильных транспортных средств

2.3Конструкция автомобиля

2.4 Силовая установка

2.5 Техническая характеристика автомобиля

2.6 Обозначения автотранспортных средств

 

Автомобиль был изобретен в 1886 году. Слово «автомобиль» состоит из двух слогов: авто(по-гречески «аутос» – «сам») и мобиль (по-латински «мобилис» – «подвижный»).

 

Двигатель внутреннего сгорания

 

Официально изобретателями автомобиля считаются Готлиб Даймлер и Карл Бенц, создавшие автомобильные фирмы по производству запатентованных ими «самодвижущихся повозок» и слившихся потом в известную всем компанию «Даймлер-Бенц». На родине их машины не нашли спроса и они продали патенты во Францию, поэтому на рынке автомобили появились под марками Французских фабрикантов.

Автотранспорт – самый распространенный и популярный. Его достоинства:

1) самостоятельность (т.е. работает без участия других)

2) высокая подвижность и маневренность

3) удобство (работает «от двери до двери»)

4) высокая скорость (в 2 раза выше, чем у железной дороги)

5) меньше капиталовложений для обеспечения минимальных размеров движения.

Автомобиль выполняет 2 функции:

1) связывающее звено между другими видами транспорта

2) самостоятельный вид транспорта

По пассажирообороту автотранспорт на внешних перевозках уступает только железнодорожному. В большинстве развитых стран с учетом индивидуальных автомобилей доля составляет 89-92%, в Украине – 25%. На Украине дорог с твердым покрытием – 255 тыс. км; в России – 750 тыс. км; в США – 6330 тыс. км, в Японии – 1100 тыс. км, в Англии – 387 тыс. км.

Густота дорог:

- на Украине – 422 км/1000 км²;

- в России – 45 км/1000 км²;

- в Японии – 3257 км/1000 км².

Действующая сеть автомобильных дорог по техническим и качественным характеристикам согласно СниПу делится на 5 категорий:

 

Таблица 2.1 – Типы дорожного покрытия

Категории	Расчетная интенсивность движения автомобиля в сутки	Расчетная скорость км/час	Число полос	Тип дорожного покрытия
I	7000 и более	60-50	4-8	Капитальное, цемент, железо, асфальтобетонное
II	3000-7000	60-120	2-4	Капитальное, цемент, железо, асфальтобетонное
III	1000-3000	50-00		Облегченный щебень, гравий, обработанные вяжущие материалы
IV	100-1000	40-80		Щебеночное и гравийное из местного материала
V	До 100	30-60		Грунтовая, профилированная

 

По народно-хозяйственному и административному значению дороги называются:

- I и частично II категории – федеральные,

- II категория и частично I – республиканские,

- III категория и IV – местные,

- V категория – сельские.

Плохое качество дорог увеличивает:

- стоимость перевозки на 30-40%,

- расход топлива в 1,5 раза,

- стоимость эксплуатации в 2-3 раза,

а срок службы автомобиля уменьшается на 30%.

Автомобильный парк делится на:

1) государственный (общего пользования)

2) приватизированный (частный)

3) ведомственный

Широкое применение автотранспорта превратилось в социальную проблему, требующую скорейшего решения по следующим аспектом:

1) большая транспортная усталость (по данным психологов, транспортная усталость снижает работоспособность на 7-12%)

2) возросший поток автомобилей снижает скорость движения

3) загазованность – самый главный недостаток

4) растущий шум

5) большое число ДТП (в мире 8 млн. человек стали инвалидами в результате ДТП)

6) автотранспорт создает резкую нехватку площадей городских магистралей (удельная площадь, приходящаяся на одного пассажира автомобиля в 15 раз больше площади, приходящейся на трамвайного пассажира)

7) постоянное повышение цен на горючее

8) себестоимость перевозки на автотранспорте намного больше, чем на железнодорожном.

 

Классификация автомобильных транспортных средств

 

Автомобильные транспортные средства подразделяются на:

– пассажирские;

– грузовые;

– специальные (пожарные, спортивные, автокраны и др.).

Пассажирские автомобили представлены:

– автобусами

– троллейбусами

– трамваями

– мини-автобусами

– легковыми автомобилями.

Грузовые автомобили представляют два класса: жесткие и сочлененные.

Жесткое средство представляет собой единую конструкцию силового и грузового устройства, сочлененное имеет отдельно двигательную часть (тягач) и прицеп (или полуприцеп).

 

Конструкция автомобиля

 

Автомобиль состоит из:

- ходовой части (Х) для осуществления поступательного движения по дороге;

- грузового кузова (ГК) для размещения груза;

- кабины (К) для управления;

- силовой установки (СУ) для преобразования какого-либо вида энергии в механическую;

- тяговой передачи (ТП) для изменения крутящего момента на валу двигателя (по величине и направлению) и передачи его на колеса;

- тормозного управления (ТУ) для поддержания скорости движения и остановки;

- рулевого управления (РУ) для изменения направления движения;

- сцепного устройства (СЦ) для соединения ТС между собой.

ХОДОВАЯ ЧАСТЬ включает раму с тягово-сцепным устройством, подвеску, колеса и шины, передний и задний мосты.

РАМА предназначена для крепления кузова и всех механизмов автомобиля. Рама воспринимает вертикальные нагрузки от веса,
динамические – от толчков и ударов на дороге. Рамы бывают: лонжеронные (а)
и хребтовые (б).

МОСТОМ называется узел автомобиля, соединяющий колеса одной оси между собой и с несущей системой. Мосты передают реактивные моменты от колес на под рессорную часть. Они могут быть:

– ведущие (задние и средние мосты)

– управляемые (передний мост)

– управляемые ведущие (передний мост с ведущим)

– поддерживающие (для повышения грузоподъемности автомобиля).

ПОДВЕСКА связывает мосты или колеса с несущей системой и гасит динамические нагрузки от колес, а также регулирует положение кузова.

КОЛЕСА передают силу тяжести автомобиля на дорогу и уменьшают динамические нагрузки от неровностей дороги.

ШИНЫ помогают колесу хорошо сцепляться с дорогой, уменьшают давление на грунт, амортизацию при движении, способствуя плавности хода автомобиля.

Для управляемых колес установлен угол развала и схождения для обеспечения их перпендикулярного положения по отношению к дороге и прямолинейного качения по дороге без бокового скольжения.

 

Вид сбоку Вид сверху

 

a – угол развала; b – угол схождения

 

Рисунок 2.1 – Развал и схождение

 

КУЗОВ И КАБИНА служат для размещения груза и водителя.

Кузова бывают:

1) общего назначения:

– бортовые;

– платформы.

2) специализированные:

– самосвальные;

– фургоны;

– цистерны.

По конструкции кузова бывают:

– каркасные;

– полукаркасные;

– безкаркасные (но с приданием отдельным частям кузова формы: напр. легковые автомобили).

По характеру воспринимаемых усилий:

– несущие (легковые автомобили);

– полунесущие (кузов соединен жестко с рамой и воспринимает часть нагрузок от движения);

– разгруженные (с рамой не соединен и несет нагрузку только от веса груза). Грузовые автомобили – разгруженные кузова.

 

Силовая установка

 

Автомобиль может осуществлять поступательное движение по дороге только тогда, когда вращаются колёса. Колёса вращаются тогда, когда на них воздействует крутящий момент коленчатого вала автомобиля. А крутящий момент вала создаётся рабочим циклом двигателя автомобиля.

Силовая установка автомобиля состоит из двигателя и систем, обеспечивающих работу двигателя.

На колесных ТС используются тепловые двигатели с внешним (паровые) и внутренним сгоранием (поршневые, роторно-поршневые, бес поршневые, комбинированные, реактивные).

В настоящее время на АТС устанавливаются поршневые ДВС.

У поршневого ДВС основными деталями являются цилиндр, головка цилиндра, картер, поршень, шатун, коленчатый вал с кривошипом, впускные и выпускные клапаны.

Рассмотрим двигатель, рабочий цикл которого осуществляется за 4 такта. При этом коленчатый вал делает два оборота.

Цилиндр такого двигателя закрыт крышкой, в которой располагаются клапаны для впуска свежего заряда горючей смеси (топливо с воздухом) и выпуска продуктов сгорания (выхлопных газов). Клапаны удерживаются в закрытом состоянии пружинами. Для выпуска и впуска газов служит газораспределительный механизм. Он соединен через шестерни с коленвалом так, что за рабочий цикл однажды впускает и выпускает газы.

Принцип работы: топливо с воздухом подается в цилиндр, воспламеняются, образующийся газ давит на поршень вниз, поршень давит на шатун, шатун – на коленчатый вал, вал вращается и через тяговую передачу вращает колеса. Поршень поднимается и отработанные газы выпускаются из цилиндра. Далее цикл повторяется.

Рассмотрим каждый такт рабочего цикла и построим индикаторную диаграмму работы 4-х тактного двигателя.

Подготовку и впрыск горючей смеси обеспечивает система питания. Она также удаляет отработанные продукты. В систему входят устройства:

– для хранения топлива;

– для контроля его количества;

– для фильтрации и подачи топлива и воздуха;

– для приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндр;

– для отвода газов из цилиндра;

– для глушения шума при выпуске.

Для приготовления смеси на каждый 1кг бензина требуется ~ 15кг воздуха. Это т.н. нормальная смесь, у которой коэффициент отношения действительного количества воздуха к теоретически необходимому равен
1 (единице): К_н = 1; Если К_н > 1, то смесь называется бедной,
если К_н < 1 – богатой.

При К_н = 0,8-0,9 двигатель развивает наибольшую мощность.

Основной элемент системы – карбюратор, служащий для распыливания, частичного испарения и смешения топлива с воздухом, установления состава смеси в соответствии с режимом работы двигателя.

Различают режимы:

– пуск двигателя;

– холостого хода и малых нагрузок (К_н = 0,6 – 0,8);

– частичных нагрузок (К_н = 0,9 – 1,1);

– максимальных нагрузок (К_н = 0,8 – 0,9)

Карбюратор имеет пусковое устройство, главное дозирующее устройство, систему холостого хода, экономайзер и ускорительный насос.

Пусковое устройство работает при пуске двигателя (неблагоприятные условия) – [готовит горючую смесь].

Система холостого хода работает, когда не работает главная дозирующая система.

Ускорительный насос поддерживает состав смеси на подъеме, при обгоне (резкая смена режима).

Экономайзер обогащает смесь, приготовленную главным дозирующим устройством во время максимальных нагрузок.

Бензиновый насос создает давление в системе (не > 0,125 МПа).

В дизелях смесь приготовляется непосредственно в цилиндре двигателя. Превращение топлива в газ (пар) достигается с помощью высокого давления впрыска.

Для смазки трущихся деталей подается масло через систему смазки, включающей: масленки, масляные насосы, фильтры, маслосборники, охладители и др.

Во избежание падения вязкости масла перед водяным радиатором размещают масляный радиатор для поддержания необходимой температуры.

Для охлаждения деталей, соприкасающихся с горячими газами применяют систему охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости. В качестве теплообменника используют радиатор, в котором теплота от жидкости передается потоку воздуха, гоняемого вентилятором через жалюзи. Избыточный пар от жидкости выпускается через специальный паровой клапан (при избыточном давлении 0,045-0,055 МПа) и подается через воздушный клапан (при падении давления до 0,01 МПа). Нормальная температура воды
85-97 С^о. Регулирует температуру воды термостат, который при
температуре < 70 С^о (при выходе из головок цилиндра) пускает воду мимо радиатора.

Достоинством карбюраторных двигателей по сравнению с дизельными является:

– меньшие габаритные размеры и масса;

– более легкий пуск;

– меньший шум;

– простая и более дешевая топливная аппаратура;

– более простая регулировка и обслуживание.

Недостатком:

– низкая экономичность;

– ядовитость отработанных газов;

– высокие требования к топливу;

– зависимость работы топливной системы от положения двигателя и др.

В настоящее время делается попытка усовершенствовать двигатель: заменить его на более простой. Так, известны:

1. Комбинированный двигатель (применяется газовая турбина и все виды компрессоров);

2. Роторно-поршневой (двигатель Ванкеля) разработан в 1975 г. в ФРГ: внутри цилиндра размещается поршень в виде ротора, движущегося по специальной кривой. Ротор обкатывается вокруг неподвижной шестерни, закрывая переменные объемы камер. При этом не применяется механизм газораспределения.

3. Реактивный двигатель: из топливных баков жидкость (топливо с окислителем) подается в камеру сгорания. Смесь расширяется и с большой скоростью истекает наружу. Сила реакции толкает ТС в противоположную сторону.

4. Газотурбинный двигатель: Беспоршневой двигатель внутреннего сгорания. Воздух засасывается извне компрессором, сжимается и подается в камеру сгорания одновременно с топливом из форсунки. Происходит процесс горения топлива при постоянном давлении. Продукты сгорания поступают на турбину, которая вращает вал компрессора и колесо силовой турбины, связанной непосредственно с тяговой передачей. В турбинах газ расширяется, и его давление уменьшается до атмосферного. Так в турбине идет непрерывный процесс преобразования внутренней энергии газа в механическую работу.

Основные показатели:

- КПД компрессора = 0,72;

- КПД силовой турбины = 0,85; мощность двигателя до 1000 кВт;

- стоимость в 1,5-2 р > чем дизеля;

- затраты на кап. ремонт = 20% – 30% от стоимости двигателя
(дизеля =70 – 80%);

- затраты на ТО и текущий ремонт на 50% меньше дизеля.

Возможно использование на любых видах автомобилей.