3.3.1. Эксплуатационные свойства автомобилей

Эксплуатационные свойства автомобиля характеризуют возможность его эффективного использования в определенных условиях и позволяют оценить, в какой мере конструкция автомобиля соответствует требованиям эксплуатации.

Основными эксплуатационными свойствами автомобиля являются: динамичность, топливная экономичность, управляемость, устойчивость, проходимость, плавность хода, вместимость, прочность, долговечность, приспособленность автомобиля к техническому обслуживанию и ремонту, приспособленность к погрузочно-разгрузочным операциям [1, 4, 6, 7, 9].

Под динамичностью автомобиля понимают его свойство перевозить грузы и пассажиров с максимально возможной средней скоростью при заданных дорожных условиях. Чем лучше динамичность автомобиля, тем меньше время, затрачиваемое на перевозку, следовательно, тем больше производительность автомобиля, т.е. больше количество грузов или пассажиров, перевезенных на определенное расстояние в единицу времени. Этот показатель тесно связан с характеристиками силовых агрегатов восстанавливаемых автомобилей.

Динамичность автомобиля зависит от его тяговых и тормозных свойств. Поэтому в дальнейшем динамичность изучается в двух разделах: тяговая динамика и тормозная динамика автомобиля.

Топливной экономичностью автомобиля называется его свойство рационально использовать для движения энергию сжигаемого топлива.

Топливная экономичность является весьма важным эксплуатационным свойством, так как затраты на топливо составляют значительную часть общей себестоимости перевозок. Чем меньше расход топлива, тем дешевле эксплуатация автомобиля.

Управляемость автомобиля – это свойство изменять направление движения изменением положения управляемых колес. От управляемости в большой степени зависит безопасность движения автомобиля.

Под устойчивостью автомобиля понимают его свойство противостоять заносу, скольжению и опрокидыванию. Устойчивость автомобиля, наряду с его тормозной динамичностью и управляемостью, обеспечивает безопасность движения. Особенно важна устойчивость автомобиля при работе на скользких дорогах и при движении с большими скоростями.

Проходимость автомобиля – это свойство автомобиля работать в тяжелых дорожных условиях и вне дорог (снежная целина, песок, размокший грунт, болотистая местность). Проходимость имеет важное значение для автомобилей, работающих в сельском хозяйстве, лесной промышленности, на строительстве, в карьерах, и других автомобилей, которые работают, главным образом, по бездорожью.

Плавностью хода автомобиля называют его свойство двигаться с большой скоростью по неровным дорогам без колебаний кузова. От плавности хода в большой степени зависят средняя скорость движения, сохранность грузов при перевозке и комфортабельность езды в автомобиле, влияющая на утомляемость водителя и пассажиров.

Вместимость автомобиля характеризуется количеством грузов или числом пассажиров, которое может быть одновременно перевезено автомобилем. Вместимость грузового автомобиля зависит от его грузоподъемности и внутренних размеров кузова. Вместимость пассажирского автомобиля определяется количеством мест для проезда.

Прочность автомобиля – это свойство автомобиля работать без поломок и других неисправностей, для устранения которых необходимы перерывы в работе.

Долговечностью автомобиля называют его свойство работать без интенсивного изнашивания деталей, вызывающего прекращение эксплуатации.

Приспособленность автомобиля к техническому обслуживанию и ремонту характеризует конструктивные особенности автомобиля, от которых зависит простота и трудоемкость выполнения этих работ, а также время простоя автомобиля. При больших затратах на техническое обслуживание и ремонт повышается себестоимость перевозок.

Приспособленность автомобиля к погрузочно-разгрузочным ра­ботам – это свойство, обеспечивающее погрузку и разгрузку (или посадку и высадку пассажиров) с минимальной затратой времени и труда.

Перечисленные эксплуатационные свойства можно разделять на две группы. К первой группе относятся первые шесть свойств; динамичность, топливная экономичность, управляемость, устойчивость, проходимость, плавность хода. Характерная особенность этих свойств заключается в том, что каждое из них непосредственно связано с движением автомобиля и в той или иной степени определяет закономерности этого движения.

Конструктивная сложность автомобиля и многообразие требований, предъявляемых к нему, не позволяют оценить его свойства одним универсальным критерием. Поэтому соответствие конструкции автомобиля условиям его работы и эффективность использования автомобиля в конкретной обстановке оценивают всем комплексом эксплуатационных свойств, что позволяет изучить преимущества и недостатки принятых конструктивных решений.

Каждое эксплуатационное свойство зависит от трех факторов: общих параметров автомобиля, особенностей рабочих процессов его агрегатов и технического состояния последних. В действительных условиях работы автомобиля эксплуатационные свойства, обеспечиваемые его конструкцией, не всегда могут быть полностью реализованы. Так, например, при движении по улицам крупных городов средние скорости легковых и грузовых автомобилей оказываются примерно равными, в то время как на шоссе скорость легкового автомобиля значительно больше скорости грузового.

При анализе эксплуатационных свойств учитывается влияние на них основных конструктивных параметров автомобиля и некоторых внешних факторов, например, качества и состояния дорожного покрытия, профиля и плана дороги, силы и направления ветра. Влияние остальных условий эксплуатации (дальность перевозок, интенсивность движения, климатические условия, способы погрузки и выгрузки) рассматриваются при изучении других дисциплин.

Эксплуатационные свойства автомобиля рассматриваются обычно изолированно друг от друга, однако, это делается лишь для простоты их изучения. В действительности все эксплуатационные свойства тесно связаны между собой и изменение конструктивных параметров автомобиля, предпринятое для изменения одного из свойств, неизбежно отражается на остальных. Так, для улучшения устойчивости автомобиля конструкторы стремятся расположить центр тяжести как можно ниже, однако, при этом может ухудшиться проходимость автомобиля. Скорость движения автомобиля зависит, прежде всего, от его динамичности, однако, на скользких дорогах максимальная скорость ограничивается требованиями сохранения устойчивости, а на неровных дорогах – плавности хода. Увеличение средней скорости автомобиля, имеющее решающее значение для повышения его производительности, связано обычно с увеличением расхода топлива и ускоренным изнашиванием агрегатов и узлов.

Взаимосвязь эксплуатационных свойств и противоречивость требований, предъявляемых к конструкции автомобиля, приводит конструкторов к необходимости отыскивать компромиссные решения. При этом неизбежно ограничение одних свойств, менее существенных для данного типа автомобиля, и повышение за их счет других, имеющих большую значимость.

Эксплуатационные свойства автомобиля могут по-разному проявляться в зависимости от сочетания дорожных, климатических и организационно-производственных факторов, определяющих в совокупности условия эксплуатации подвижного состава. Современное состояние науки и техники позволяет создать автомобиль, конструкция которого удовлетворит требованиям любого сочетания эксплуатационных условий. Однако создание автомобиля, одинаково приспособленного для всех условий эксплуатации, практически невыполнимо. Этому препятствует, с одной стороны, массовость современного производства, которая требует выпуска ограниченного числа разнотипных моделей автомобилей и унификации агрегатов и узлов, устанавливаемых на автомобилях различного назначения. С другой стороны, автомобиль за время своей работы используется в разнообразных условиях и должен обладать известной универсальностью. Этим объясняется, например, выпуск большого количества грузовых автомобилей с кузовом в виде бортовой платформы, пригодной для перевозки разнородных грузов. Однако по мере развития автомобильного транспорта возникает потребность в специализированных автомобилях, приспособленных к работе в определенных дорожных условиях и предназначенных для перевозки однотипных грузов. Эффективность использования специализированных автомобилей в тех условиях, для которых они предназначены, значительно выше, чем универсальных автомобилей. Поэтому при оценке необходимо учитывать, какие условия эксплуатации считались характерными при проектировании данного автомобиля, для каких условий он предназначался промышленностью.

Для оценки эксплуатационных свойств применяют измерители и пока­затели.

Измеритель – это единица измерения эксплуатационного свойства автомобиля. Измеритель характеризует эксплуатационные свойства с качественной стороны.

Показатель – это число, указывающее величину измерителя, его количественное значение. В силу своей однозначности показатель позволяет оценить эксплуатационное свойство автомобиля лишь при одном, частном сочетании условий его работы. Чаще всего показатель характеризует предельные возможности автомобиля в определенных, совершенно конкретных условиях, и для полной оценки рассматриваемого эксплуатационного свойства в достаточно широком диапазоне условий приходится применять несколько показателей.

Показатели эксплуатационных свойств можно определять экспериментальным путем или расчетным способом. В экспериментальных условиях автомобиль испытывают на специальных стендах или непосредственно на дороге и при помощи аппаратуры замеряют отдельные параметры, по которым можно количественно оценить эксплуатационные свойства автомобиля. Эксперименты позволяют определить поведение автомобиля в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным. Однако проведение экспериментов сопряжено с затратой сил и средств и требует длительной подготовки. Кроме того, не всегда удается охватить экспериментом весь диапазон эксплуатационных условий работы автомобиля. Поэтому испытания автомобиля и его агрегатов сочетают с теоретическим анализом эксплуатационных свойств и расчетом их показателей. Последнее в особенности важно для работников автомобильного транспорта, получающих от автомобильной промышленности готовую продукцию, основные параметры которой почти не поддаются изменению в условиях автохозяйства. Чтобы установить степень соответствия конструкции автомобиля требованиям эксплуатации, необходимо выявить основные эксплуатационные свойства и наметить хотя бы с приближением значение отдельных показателей. Эта работа легче и быстрее всего выполняется расчетным путем, при котором, наряду с положениями теоретической механики, термодинамики и гидравлики, используют эмпирические данные и поправочные коэффициенты, учи­тывающие специфику рабочих процессов агрегатов автомобиля. Недостаток расчетного метода заключается в его приближенности.

Несмотря на большой опыт экспериментальных и теоретических исследований, число показателей эксплуатационных свойств автомобиля, которые можно определить одновременно обоими способами, сравнительно невелико. Это объясняется сложностью отыскания такого измерителя, который имел бы четко выраженный физический смысл, однозначно оценивал бы данное эксплуатационное свойство автомобиля и мог быть достаточно просто и точно определен количественно как путем эксперимента, так и расчетным способом. Поэтому на автомобильном транспорте, с одной стороны, нашли применение показатели эксплуатационных свойств, относительно просто определяемые экспериментально, но требующие сложных и трудоемких расчетов. С другой стороны, применяются расчетные показатели, не поддающиеся экспериментальному определению. Очевидно, лучшие результаты могут быть получены при сочетании обоих методов исследования, когда аналитические расчеты уточняются экспериментами, а опытные данные обобщаются и обосновываются теоретически. Окончательная проверка достигнутых результатов происходит в процессе эксплуатации автомобиля. Таким образом, в итоге совместного труда ученых, конструкторов, экспериментаторов и работников, связанных с эксплуатацией автомобилей, должна быть установлена система измерителей эксплуатационных свойств автомобиля и разработаны нормативы их показателей. Как известно, свойства восстановленного автомобиля определяются совокупностью его числовых (количественных) характеристик. Если при выполнении ремонта автомобиля на него устанавливаются агрегаты, узлы и детали с улучшенными характеристиками, восстановленный автомобиль будет обладать большей экономичностью и повышенной работоспособностью по сравнению с базовой моделью.

Далее приводятся примеры модернизации автомобилей при их ремонте за счет улучшения характеристик рабочих процессов, узлов и агрегатов при восстановлении транспортных средств.

3.3.2. Совершенствование температурного состояния моторных отсеков при восстановлении автомобилей

Оценка эффективности установки тепловых экранов на выпускных коллекторах двигателей для моторных отсеков, расположенных в передней части кузова легковых автомобилей

Для легковых автомобилей ВАЗ-2108, ВАЗ-2109, ВАЗ-2199, «Фиат», «Форд», «Хундай», МЗМА-2141-S конструкторы моторных отсеков часто используют тепловые экраны на выпускных коллекторах двигателей. Эффективность установки таких экранов можно оценить по следующим выражениям:

, (58)

где q – удельный тепловой поток; t₁ – температура внутренней поверхности выпускного коллектора; t₂ – температура внешней (наружной) поверхности теплового экрана; ₁ – толщина стенки выпускного коллектора; ₃ – толщина стенки экрана; ₁, ₂ – соответствующие коэффициенты теплопроводности их материалов; ₂ – толщина слоя воздуха между выпускным коллектором и экраном; ₂ – условный коэффициент теплопроводности слоя воздуха при 50% конвективном теплообмене;

, (59)

где Q_x – нагрев внутренней поверхности экрана от тепловых излучений выпускного коллектора; f_x – площадь проекции экрана на горизонтальную плоскость, параллельную продольной оси двигателя по нормали к излучению; C₁ – коэффициент лучеиспускания наружных стенок выпускного коллектора (0,7); C₂ – коэффициент поглощения теплоты внутренней поверхности теплового экрана (0,5); Т_л – температура тепловых лучей излучений коллектора (максимальная), (К); Т_э – температура внутренней поверхности теплового экрана (К); K_k – коэффициент учета конвекции (0,3…0,5).

По результатам расчетно-экспериментальных исследований при t₁ от 450 до 500С при расстоянии от экрана до коллектора 35…55 мм снижение температуры для наружной поверхности теплового экрана составляло от 150 до 180С по сравнению с температурами наружных поверхностей выпускных коллекторов ДВС.