ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА АТП С УЧЕТОМ СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Анализ литературных источников показал, что для технологического расчета и проектирования АТП по-прежнему используются нормативные документы, утвержденные более чем 20 лет назад, что не соответствует действительности и ведет к определенным погрешностям. В условиях современной эксплуатации автомобилей необходимо пересмотреть не только нормативы, но и детально переработать методику технологического расчета предприятия.

Особое внимание следует обратить на следующие особенности:

1. 
   Пробег до КР
   

2. 
   Коэффициенты корректирования нормативов
   

3. Распределение объема ЕО, ТО, ТР по видам работ.

Распределение работ ТР, рекомендованное ОНТП [2], не соответствует современной организации работ на предприятии. Так, например диагностику разделяют на общее диагностирование Д₁ (в ТО₁ и постовых работах ТР ) и углубленное Д₂ (в ТО2 и постовых работах ТР) и расчет предполагает различные комплексы, рабочих и посты для данных видом облуживания. По факту же, Д₂, в большинстве случаев выполняется на постах ТО и ТР.

Нормативы распределения работ также требуют современного обоснования или пересмотра.

4. 
   Повышение качества и объема предоставления транспортных услуг привело к изменениям модельного ряда подвижного состава. Это необходимо учитывать при определении численности рабочих, количества постов, площади производственных помещений и складов на предприятии.
   

1. 
   Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта/ М-во автомоб. Трансп. РСФСР. – М.: Транспорт, 1986.
   
2. 
   ОНТП-01-91, Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий автомобильного транспорта - М:Гипроавтотранс, 1991.
   

УДК 629.3.021 Савченко П.В., группа АТм-112, ВлГУ

Научный руководитель ст. преподаватель Немков В.А.
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ РУЛЕВЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
Рулевое управление является одной из самых главных систем активной безопасности. Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля. При неподвижной передней оси изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом передних управляемых колес.

В настоящее время большинство автомобилей оснащаются усилителями рулевого управления. К появлению усилителей привела необходимость снизить усилие, прилагаемое водителем к рулевому колесу, что особенно важно для грузовых автомобилей.

Первыми усилителями рулевого управления были пневмоусилители. Их использовали в основном на грузовых автомобилях большой грузоподъёмности, крупногабаритной спецтехнике и танках. Они были просты по конструкции и работали от компрессора пневматических тормозов. На современных автомобилях такие усилители применяют очень редко по причине большого времени срабатывания и больших размеров, что связано с невысоким рабочим давлением.

На данный момент существует три вида усилителей руля - гидравлические, электрогидравлические и электрические.

В гидравлическом усилителе гидравлический насос, приводимый в действие от двигателя автомобиля, создает давление в силовом элементе. К преимуществам гидроусилителя следует отнести: небольшие размеры благодаря высокому рабочему давлению (6…10 МПа); малое время срабатывания (0,2…0,4 с); хорошую обратную связь с дорогой; уменьшение общего числа оборотов рулевого колеса; безопасность и низкая утомляемость водителя; значительное снижение усилия на рулевом колесе при маневрировании на месте

Однако гидравлические усилители имеют и определенные недостатки: снижение стабилизации управляемых колес, так как стабилизирующий момент на колесах должен преодолеть сопротивление жидкости; должны иметь надежные уплотнения, так как течь жидкости приводит к выходу из строя; требуют тщательного ухода; занимают довольно большое место под капотом; при выходе из строя требуется дорогостоящий ремонт; создают дополнительную нагрузку на двигатель, в следствие, чего повышается расход топлива.

Разновидностью гидроусилителя является электрогидравлический усилитель, в котором гидравлический насос соединен с электродвигателем, питающимся от бортовой электрической сети автомобиля. В следствии чего насос работает в непостоянном режиме, а только при непосредственном повороте руля. Преимущества данной конструкции: компактность; возможность функционирования при неработающем двигателе, используя электроэнергию аккумуляторной батареи; включение гидронасоса только в необходимые моменты, что экономит расход топлива; возможность применения электронных схем регулирования в цепях электродвигателя.

В последнее время на автомобилях стали устанавливать электрические усилители рулевого управления, в которых функции силового элемента выполняет электродвигатель, а управляющего элемента - электронный блок. Основные преимущества данного усилителя: простота конструкции и обслуживания из-за отсутствия жидкости; экологичность, так как отсутствие жидкости устраняет загрязнение окружающей среды; экономичность, электродвигатель электроусилителя включается только при повороте рулевого колеса, что позволяет экономить 0,2...0,3 л топлива на 100 км пробега; независимость от оборотов двигателя, усилитель питается от бортовой сети, в которой поддерживается постоянное напряжение; простота настройки, изменяя только программу электронного блока управления возможно добиться различных режимов работы при изменении технических условий, как например, уменьшение компенсационного усилия при увеличении скорости автомобиля.

Немаловажное значение имеет простота монтажа рулевого управления с электроусилителем при сборке автомобиля и его приемлемая стоимость. Более того электроусилитель может быть использован как исполнительный механизм системы автоматической парковки.

Однако, пока электродвигатели применяются в основном лишь на легковых автомобилях, поскольку существующие бортовые источники электроэнергии не могут обеспечить работу электродвигателя высокой мощности.

УДК 629.3.021 Семенов В.Н., группа АС-110, ВлГУ

Научный руководитель ст. преподаватель Немков В.А.

Однако есть исключения из этого правила. К таким исключениям относятся, например, коробки передач автомобилей Nissan Tiida и Renault Logan. Основной недостаток этих коробок - шум подшипников первичного вала.

У автомобилей Mitsubishi Pajero в коробке разбивает упорные кольца шестерен, начинается осевой люфт – со всеми вытекающими из этого последствиями.

Однако самый негативный пример ненадежной "механики" – это Tagaz Tager. При переключении в коробке раздавался хруст, передачи включались с большим трудом. Причина оказалась в производственном браке: несоосности сверловки отверстий под подшипники.

И что печально, страдали (и по сей день страдают) автомобили российской, калужской сборки – в первую очередь Citroen C4. Есть проблемы и у таких популярных моделей, как Peugeot 206, Peugeot 207, Peugeot 307, Peugeot 308 – ведь они оборудуются тем же самым «неадаптированным» французским «автоматом». Французские коробки – автоматы, в частности, на Renault Megane, служат максимум до 250 – 280 тыс. км.

Однако перейдем к другим производителям. В мире существуют три именитые фирмы, производящие автоматические трансмиссии: немецкая ZF и две японские - AISIN и JATCO.

Японские «автоматы» считаются очень надежными, однако и у них бывают слабые агрегаты. Достаточно упомянуть Lexus (срок службы около 150 тыс. км). Это касается и моделей GX и RX. Неудачным получился агрегат и у компании AISIN.

Вообще основные проблемы с коробками автоматами связаны с их конструктивными особенностями, электронной «прошивкой», системами охлаждения, плохо рассчитанными под наш российский климат. Однако, самые удачные «автоматы» на легковых автомобилях при правильном обслуживании проходят до 500 – 600 тыс. км.

Атомеханические (роботизированные) коробки передач. Автомеханическая коробка передач – это та же самая механическая коробка передач – только на месте привода сцепления стоит актуатор, который включает и выключает это сцепление. А на месте механизма выбора передач стоят электродвигатели, как правило «шаговые» - которые, обеспечивают выбор той или иной передачи.

Появление «роботов» вызвано тем, что они проще по конструкции и дешевле традиционных гидромеханических «автоматов»: в общем-то, это обычная механика.

У Toyota был опыт применения «робота» - в частности, на Auris, Corolla, Versa. Проблема была в следующем: по мере выработки деталей в ходе эксплуатации и износа сцепления для «робота» периодически требовалось проводить процесс «инициализации», заключающийся в том, чтобы блок управления знакомить с величиной изношенности деталей.

Операцию «инициализации» на старых коробках надо было делать во время каждого ТО, то есть через 15 тыс. км. пробега. На современных этот интервал возрос – до 40-60 тыс. км. Сейчас этот процесс не лимитирован: «инициализацию» надо проводить, если в ней возникает такая необходимость.

Собственно, это единственный крупный недостаток, присущий «роботам», надолго отбивший интерес к ним у автопроизводителей.

Но у этой конструкции есть очень много путей для совершенствования. Она лишена недостатков гидромеханических коробок, но обладает их достоинствами. У «робота» есть недостаток по сравнению с преселективными коробками DSG - более длительное время переключения. Но при этом у него гораздо проще конструкция, что повышает его надежность. Кроме того, у них есть большой потенциал в плане совершенствования программного обеспечения – что в дальнейшем вообще позволяет исключить «инициализацию».

О надежности электромеханических коробок можно сказать следующее – они надежны настолько, насколько надежна «механика». Возможные отказы связаны с отказами исполнительных механизмов-актуаторов. Но и к ним в последние годы претензий практически нет.

Преселективные коробки передач DSG (Direct Shift Gearbox – коробка прямого включения).

В принципе коробки DSG – та же «механика», только чуть усложненной конструкции. У такой коробки есть два сцепления и два первичных вала, причем один находится внутри другого. Один вал завязан с одним диском сцепления, а второй, соответственно, с другим. И все это сделано для того, чтобы уменьшить время переключения передач. Они проще гидромеханических коробок, но сложнее «роботов» - из-за наличия двух сцеплений. Впервые такие коробки появились на немецких автомобилях – Audi, Volkswagen, Skoda.

К сожалению, у них есть один большой недостаток. Мало того, что надо учитывать износ уже двух сцеплений. Еще необходимо сохранять ступицы двух первичных валов в одной и той же плоскости относительно как одного диска сцепления, так и другого. При нарушении соосности первичных валов при переключении "вверх" начинается быстрый износ синхронизаторов, а при переключении "вниз" появляются ударные нагрузки на механизмы коробки, что сокращает срок службы агрегата.

Менее всего этим явлениям подвержены коробки DSG со сцеплением в масляной ванне (мокрым сцеплением). В таких коробках осевые износы не столь велики, поэтому необходимость периодической «инициализации» стремится к нулю. Надежность преселективных коробок ниже остальных.

Этот недостаток невозможно устранить ни с помощью новых материалов, ни с помощью инженерных ухищрений. Официальные дилеры вариаторы не ремонтируют, лишь меняют в сборе (стоимость агрегата составляет около 220 тыс. руб.).

Сегодня в автомобилестроении наметилась тенденция отказа от вариаторов и замена их "роботами" или гидромеханическими коробками. Правда в секторе автомобилей малого и особо малого класса вариаторные коробки еще остаются.

УДК 629.3.021 Христофоров С. В., группа АС-110, ВлГУ

Научный руководитель ст. преподаватель Немков В.А.
ЭВОЛЮЦИЯ КОНСТРУКЦИИ КАРДАННЫХ ШАРНИРОВ

Для передачи крутящего момента между валами, расположенными один относительно другого под углом, изменяющимся в процессе работы, в технике часто применяют карданные шарниры. Свое название они получили по фамилии итальянского математика и врача Джироламо Кардано, впервые создавшего такое сочленение в 1570 году для подвешивания фонарей в экипажах. В 1770 году карданное соединение было усовершенствовано английским ученым Робертом Гуком, поэтому в литературе иногда встречается обозначение шарнира как шарнир Гука.

На автомобиле карданные шарниры появились в 1998 году, когда Луи Рено одним из первых отказался от цепного привода и применил карданный вал.

Благодаря простоте, надежности, малой массе, высокому КПД и долговечности карданный вал с начала XX века стал неотъемлемой частью трансмиссии многих автомобилей.

Но если для заднеприводных машин карданный вал стал настоящей находкой, то для переднего привода изобретение Д. Кардано годилось плохо. Дело в том, что существовавшие шарниры не в состоянии были равномерно передавать крутящий момент.

Проще всего проблему неравномерности можно было решить, соединив два карданных шарнира так, чтобы ведомая вилка первого служила ведущей для второго. Первые конструкции синхронных сочленений, называемых также шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС) (по-латыни — «томокинетическими»), были созданы посредством спаривания простых карданных шарниров и поэтому получили название сдвоенных.

Такой сдвоенный шарнир первоначально казался идеальной конструкцией. ШРУС имел хорошую долговечность (60-70 тыс. км), работал при углах до 45 градусов, но был довольно громоздким и на ранних моделях переднеприводных легковых машин 20-х годов («Альвис-ФА», «Корд-Л29», «Миллер-91») не оставлял в ступице переднего колеса места для тормозных механизмов.

Однако год от года ШРУС в виде сдвоенного карданного шарнира совершенствовался, становился более компактным и в 60-е годы встречался и на «Рено-Р4», и на «Пежо-204». Но чаще всего этот шарнир находил применение на тяжелых грузовиках, например, таких, как МАЗ-501, МАЗ-502, МАЗ-509.

Одними из первых к разработке теоретических основ ШРУСов подошли французские конструкторы Пьер Фенай и Жан-Альбер Грегуар. В 1925 году они применили в приводе передних колес своего спортивного автомобиля «Tracta Gephi» шарниры типа «Тракта» (название пошло от двух слов Траксьон Аван т. е. передний привод) – валы в них соединялись посредством кулачков сложной формы. Кулачковые шарниры «Тракта» получили в 20-30-е годы широкое распространение и использовались на переднеприводных моделях фирмы «Ситроен», «Штевер», ДКВ, «Адлер».

В 1931 г. инженер фирмы ДКВ Г. Юнг разработал оригинальную разновидность сдвоенного шарнира. Этот ШРУС получился очень компактным и применялся на довоенных моделях ДКВ и «Ауди», а также на джипах «Хорьх» и закончил свою карьеру на машинах «Трабант» производства ГДР.

Дальнейшая эволюция сочленения «Тракта» привела к созданию в нашей стране кулачково-дискового шарнира, который нашел применение на тяжелых внедорожных грузовиках с постоянным, неотключаемым приводом на все колеса (КамАЗ-4310, Урал-4320, КрАЗ-260 и др.).

Но наиболее удачными оказались шариковые ШРУСы. Первый вариант такого шарнира был придуман и запатентован в 1923 году Карлом Вайссом.

Впоследствии патент на шарниры Вайсса купила американская фирма Bendix и стала выпускать их под маркой Bendix-Weiss. В годы второй мировой войны ШРУСами «Бендикс-Вейсс» комплектовались «виллисы», «студебекеры» и «доджи». Такие шарниры и посей день можно встретить на автомобилях УАЗ-469, ГАЗ-66, ЗИЛ-131.

Однако самую успешную конструкцию через три года после изобретения Вайсса предложил Альфред Рцеппа – это был, по сути, привычный нам шариковый ШРУС, способный работать при углах до 40 градусов, компактный и долговечный. В 1927 и 1936 гг. он оформил два патента на ШРУС, в котором крутящий момент передавался шестью шариками, которые работали по равнорасположенным канавкам полукруглого сечения.

Впервые шариковые шарниры Рцеппа появились на серийных автомобилях в 1959 году – сначала на знаменитом Austin/Morris Mini (шарниры для него поставляла фирма Hardy Spicer Limited), а вскоре и на немецком DKW Junior F11 (Lohr & Bromkamp GmbH). Именно специалистам фирмы Lohr & Bromkamp удалось сделать шариковый ШРУС, допускающий осевое перемещение обойм относительно друг друга.

Расширение «модельного ряда» шарниров этого типа произошло после того, как патент на их производство приобрели различные компании «Бирфильд», «Сэгиноу», ГКН, «Льобро». Каждая из них по-своему решила усовершенствовать, а точнее, упростить конструкцию, что и стало причиной появления шарниров типа «Бирфильд», «ГКН» (GKN), и «Лебро». Вторичную лицензию приобрел в 1975 г. и ВАЗ для производства «Нивы» и переднеприводных моделей.

Трехшиповой шарнир типа «Трипод» также является производным от «Рцеппа», однако его конструкция серьезно отличается от предшественника. Он применяется на легковых и грузовых автомобилях малой грузоподъемности. Трехшиповые шарниры бывают двух видов: жесткие и универсальные.

УДК 629.3.021 Агафонов М. М., группа АТ-112, ВлГУ

Рис. 1 – Устройство СКПП: 1 – «нечётное сцепление»; 2 – «чётное сцепление»; 3 – вал нечётных передач; 4 – вал чётных передач; 5 – «мокрое сцепление»; 6 – масляный насос; 7 – механизм переключения с гидроприводом; 8 – датчик положения шестерни; 9 – масляный фильтр; 10 – блок управления

• 
  детали сцепления изнашиваются намного меньше, благодаря автоматизации переключения;
  
• 
  простота управления;
  
• 
  скорость переключения передач значительно выше, чем у других коробок переключения передач (рис. 2);
  

• 
  гидравлический механизм неустойчив к износу и при движении под большой нагрузкой склонен к частому выходу из строя;
  
• 
  дорогостоящий ремонт;
  
• 
  возможно не совсем плавное переключение передач на ходу.
  

Рис. 2 – Сравнение скоростей переключения передач: 1 – СКПП; 2 – АКПП; 3 – МКПП

УДК 629.026 Ямщиков Е. Д., группа АТ-112, ВлГУ

Научный руководитель ассистент Смирнов Д. Н.
СРАВНЕНИЕ ВЫПУСКНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ 4-1 И 4-2-1
Выпускной коллектор – конструктивный элемент выпускной системы, предназначенный для отвода отработавших газов от отдельных цилиндров в общую трубу. Другой функцией выпускного коллектора является обеспечение эффективного продува и наполнения камер сгорания. Это происходит в результате резонирующих волн выхлопа. Во время открытия выпускного клапана, в камере сгорания газ находится под давлением, тогда как в коллекторе давление нормальное. Сразу после открытия выпускного клапана из-за разницы давлений создаётся волна. Отражаясь от ближайшего препятствия (которым в обычных автомобилях является резонатор или катализатор), она идёт обратно к цилиндру и, в некотором диапазоне оборотов (как правило, 2000-3000), подходит к цилиндру ко времени очередного такта выпуска, «помогая» следующей порции отработанных газов покидать цилиндр.

Рисунок 1 – Типы выпускных коллекторов

На современные легковые автомобили устанавливаются в основном трубчатые выпускные коллекторы, которые эффективны в диапазоне средних и высоких оборотов, улучшают мощностные характеристики двигателя. Трубчатые выпускные коллекторы изготавливаются из нержавеющей стали, реже из керамики. Для достижения наилучших параметров отвода отработавших газов и продува камер сгорания длина, диаметр труб и их конструкция (форма) должны быть оптимизированы.

В настоящее время распространены две схемы трубчатых выпускных коллекторов:

• 
  4-1 или короткий коллектор (четыре трубы соединены в одну трубу);
  
• 
  4-2-1 или длинный коллектор (четыре трубы соединены попарно и далее соединены в одну трубу).
  

На рис. 2 представлена сравнительная характеристика выпускных коллекторов 4-2-1 и 4-1 полученная на профессиональном моторном стенде сгорания (ДВС) ВАЗ-21126.

Рис. 2 Сравнительная характеристика выпускных коллекторов 4-2-1 и 4-1

Исходя из графика можно вывести следующее:

• В диапазоне 2500-3500 об/мин 4-2-1 работает на уровне стандартной выпускной системы, а вот 4-1 как раз дает прибавку;

• В диапазоне после 3500 об/мин 4-1 и 4-2-1 работают одинаково, они дают прибавку практически на одном и том же уровне (преимущество 4-2-1 над 4-1 в диапазоне от 4800 до 5800 об/мин, можно сказать, находится в рамках погрешности стенда).

Таким образом, исходя из замеров, можно говорить, что 4-1 работает в более широком диапазоне и даёт прибавку ещё и снизу, в отличие от 421.

УДК 629.3.021 Моисеев А. И., группа АТ-112, ВлГУ

Научный руководитель асс. каф. АТ Смирнов Д.Н.
АВТОМОБИЛЬ «TESLA MODEL S»
Tesla Model S – пятидверный электромобиль производства американской компании Tesla Motors. Прототип был впервые показан на Франкфуртском автосалоне в 2009 году; поставки автомобиля в США начались в июне 2012 года. [1]

Согласно US Environmental Protection Agency (EPA) заряда литий-ионного аккумулятора емкостью 85 кВт⋅ч хватает на 265 миль (426 км), что позволяет Model S преодолевать наибольшую дистанцию из доступных на рынке электромобилей [1]. Базовая модель S использует жидкостное охлаждение двигателя переменного тока, который имеет мощность от 258-482 лошадиные силы, в зависимости от комплектации. Tesla начала поставки с 1000 седанов ограниченного выпуска Signature и Signature Performance, оснащенными аккумуляторами емкостью 85 кВт⋅ч и стоимостью 95400 и 105400 долларов соответственно. Цены на Model S начинаются от 62,4 тысячи долларов и доходят до 87,4 тысячи долларов. Самый дорогой вариант — это автомобиль с запасом хода почти в 425 километров, способный набирать 100 км за 4,4 с. По итогам первого квартала 2013 года в США было продано 4750 экземпляров Tesla Model S. Таким образом, модель стала самым продаваемым люксовым седаном, опередив, в частности, Mercedes-Benz S-класса и BMW 7-й серии [1]. Прорыв произошел и в Европе. В Норвегии за первые две недели сентября 2013 Tesla Model S – самый продаваемый автомобиль (322 шт.), обошедший Volkswagen Golf (256 шт.). Электромобили Tesla Model S и Nissan Leaf заняли в Норвегии за этот период 11% рынка [1]. В июне 2013 года компания продемонстрировала возможность перезарядки Model S путём автоматической замены батареи. В ходе демонстрации было показано, что процедура замены занимает примерно 90 секунд, что более чем вдвое быстрее заправки полного бака аналогичного бензинового автомобиля. По заявлению президента компании Илона Маска, «медленная» (20-30 минут) зарядка батареи Model S на заправочных станциях компании останется бесплатной, в то время как быстрая замена обойдётся владельцу машины в сумму порядка 60-80 долларов, что примерно соответствует стоимости полного бака бензина. [1]

С точки зрения активной безопасности, Model S один из лидеров своего класса. Центр масс автомобиля находится очень низко, поэтому Model S обладает отличной устойчивостью на дороге, а мгновенно достигаемый крутящий момент электродвигателя делает автомобиль быстрым и отзывчивым в движении и при обгоне.

Рис. 1 Оценки безопасности автомобиля Tesla Model S

Система контроля курсовой устойчивости и антиблокировочная система откалиброваны с учетом уникально высокого момента силы электродвигателя и использования системы рекуперативного торможения, характерной для электромобилей. Модель оснащена всеми стандартными системами пассивной безопасности, включая 8 подушек безопасности. Кроме того интересные решения в конструкции кузова в виде двойных восьмиугольников спереди и сзади, а также усиленной крыши защищающих водителя и пассажиров. Компания утверждает, что уровень безопасности Model S превосходит стандарты. Испытания проводились на скорости в 80 км/ч (стандарт 56 км/ч). [1]

В 2014 году планируется запустить в серию кроссовер model X, построенный на базе фастбэка Tesla Model S [1].

Библиографический список

1. Tesla Model S – Norway’s top-selling car in September. Электронный ресурс. Режим доступа: https://www.eagleaid.com/Tesla-Model-S.htm (06.04.2013).

УДК 629.3.21 Ханоян А.А., группа АТм-113, ВлГУ

Научный руководитель доцент Тимофеева С.И.
Определение нормальных реакций на осях

четырехосного автомобиля
Рассмотрим динамику торможения четырехосного автомобиля. На рисунке 1 показаны основные силы, действующие на автомобиль при торможении.