Введение

Курс «Эксплуатационные свойства транспортных средств» читается студентам 2-го курса и является дисциплиной, которая знакомит студентов с базисными правилами документального оформления внешнеэкономических связей и их контроля.

Информация, которую получают студенты, должна содействовать укреплению интереса к своей специальности, повышению успеваемости, научным и общеобразовательным дисциплинам, подготовить их к прохождению ознакомительной практики и к участию в научно-исследовательской работе.

Целью и задачей дисциплины является ознакомления студентов с эксплуатационными свойствами транспортных средств, их нормы, методы выбора и оптимизации параметров с учетом специфики их работы на транспорте крупных промышленных центров.

Для успешного изучения дисциплины необходимо иметь достаточный уровень знаний полученный при изучении таких дисциплин как: «Общий курс транспорта» и «Транспортные средства».

Лекция 1. Анализ процесса развития эксплуатационных свойств транспортных средств

План

1.1 Введение в историю развития транспортных средств.

1.2 Основные показатели, характеризирующие эксплуатационные свойства подвижного состава.

1.1 Введение в историю развития транспортных средств

Вначале эти автомобили производились самими изобретателями, а затем изготавливались по лицензии другими автомобилестроителями. Позднее эти автомобили копировали и усовершенствовали, создавали новые автомобили оснащенные более мощными многоцилиндровыми двигателями с большим объемом и числом оборотов. Даймлером была изобретена коробка передач. Для достижения максимальной скорости без потери мощности на рубеже 19-20 веков Луи Рено была предложена прямая передача.

Для изменения направления движения в первых автомобилях, как в каретах, поворачивалась вся передняя ось целиком вместе с рессорами подвески. Очень скоро стало ясно, что это годится только для конных экипажей с их скоростями и совершенно непригодно для автомобилей. Причина заключалась в том, что при повороте точки касания внутренних и внешних колес с дорогой движутся по разным траекториям и для предотвращения бокового скольжения управляемые колеса должны поворачиваться на разные углы. Вспомнили о работах Рудольфа Аккермана, который в 1834 году запатентовал поворотную систему, основанную на принципе параллелограмма, и с успехом применили ее в автомобиле. Справедливости ради нужно отметить, что систему Аккермана впервые использовал на паровой самодвижущейся повозке француз Амадей Болле еще в 1878 г.

Помимо передних колес, создававших трудности при повороте, пришлось уделить внимание и задним, которые в те времена были ведущими. Ведущие колеса нельзя было устанавливать на одной оси, так как при повороте внутреннее колесо проходит меньший путь и, поэтому, вращается медленнее, чем внешнее. Проблема была решена применением для привода ведущих колес дифференциального механизма, изобретенного в 1831 году англичанином Робертсом и позволяющего изменять передаточное соотношение или направление вращения.

Колеса первых автомобилей представляли собой жесткие обода с массивными или велосипедными спицами, на которые надевались сплошные резиновые шины. Даже при установке очень мягких рессор механизмы первых автомобилей не были защищены от непрестанных ударов при движении по дорогам того времени. Автомобили начинали разваливаться на части: рассыпались спицы колес, ломались рессоры, рулевые колеса, ослаблялось крепление двигателя, трещали по швам кузова. Конструкторы пытались усиливать детали автомобиля, что только утяжеляло его. Требовались более мощные и тяжелые двигатели, масса автомобиля возрастала еще больше, а удары колес на выбоинах и ухабах становились сильней, чем раньше. Образовавшийся замкнутый круг удалось разорвать с изобретением в 1888 году шотландцем Джоном Данлопом пневматической шины. В 1891 году братья Мишлен изобрели съемную шину с внутренней камерой, которая значительно улучшила функциональные качества автомобиля. Масса автомобиля уменьшилась примерно в 1.5 раза, удлинился срок его службы, движение стало более плавным, появилась возможность передвигаться со скоростью, о которой в 19 веке нельзя было и мечтать. В 1899 г бельгиец Женатзи на электромобиле с пневматическими шинами «Мишлен» превысил скорость 100 км в час.

Повышение скорости движения потребовало совершенствования конструкции тормозов. Хотя Бугатти однажды сказал, что автомобили служат для езды, а не для остановки, разработке тормозов уделялось много внимания. Вначале это были башмаки, прижимающиеся при торможении к поверхности шины, затем ремни наматывающиеся на специальные барабаны и только в последующем появились барабанные тормоза с внутренними колодками. Долгое время тормоза устанавливались только на задние колеса. Однако, скоро обнаружилось, что при торможении возникает момент, увеличивающий нагрузку на передние колеса и существенно разгружающий задние, делая задние тормоза малоэффективными. Несмотря на большие сомнения стали устанавливать тормоза и на передние колеса. Одним из пионеров в этой области стал инженер Джустино Каттанео, сконструировавший в 1910 г «Изотту Фраскини» и снабдивший ее тормозами передних колес. В 30-е годы был внедрен гидравлический привод тормозов. Благодаря изобретению усилителя тормозов даже физически слабый водитель мог ездить на большом автомобиле и быть уверенным, что при необходимости сможет остановить его. Последним штрихом в развитии тормозов считается внедрение дисковых тормозов. Благодаря своей термостойкости они с успехом были испытаны в гоночных автомобилях, а в 60-е годы 20-го столетия ими стали оснащать и серийные машины.

От автомобиля требовали все больших удобств и все более высокой скорости, достижение которой стало возможным благодаря усовершенствованию дорог. И тут обнаружилось, что сложившаяся концепция автомобиля находится, в свете новых требований, на пределе своих возможностей. В чем это выражалось? Комфорт – значит хорошо оборудованный закрытый кузов и плавность хода, а плавность хода значит эластичные рессоры и шины. Скорость – значит мощный двигатель, тем более мощный, чем лучше оборудован кузов (т.е. чем он тяжелее) и чем больше сопротивление шин при качении по дороге (т.е. чем шины мягче). Примером такой конструкции может служить автомобиль Кадиллак 1925 г. с огромным закрытым кузовом, большими колесами и 8-ми цилиндровым двигателем. Автомобиль 20-х годов с тяжелым кузовом каретной конструкции и мягкими баллонными шинами вдруг по непонятным причинам отказывался подчиняться водителю даже на очень хороших дорогах и, особенно, на большой скорости. Не менее загадочными были и колебания передних колес (названные впоследствии «шимми» по названию модного в те годы танца), причем опять таки на хороших дорогах. Все сооружение, хоть в него и вкладывали сотни килограммов металла, дерева и резины, быстро расшатывалось и начинало отчаянно скрипеть.

При массовом производстве автомобилей на методы проб и ошибок для решения возникших проблем уже нельзя было полагаться. Нужны были научные методы решения поставленных жизнью технических задач. Появилась и стала развиваться наука, которая в наше время называется теорией автомобиля. Довольно быстро ученым и инженерам удалось установить, что причиной всех бед автомобиля 20-х годов оказалось эластичное колесо. То самое эластичное колесо, которое в начале века решило многие проблемы автомобиля и сделало его конструкцию работоспособной. Дело в том, что вместе с радиальной эластичностью колесо приобрело и эластичность в боковом направлении. Если на катящееся жесткое в боковом направлении колесо действует боковая сила, то оно продолжает двигаться по траектории, совпадающей с плоскостью вращения колеса, до тех пор, пока боковая сила не превысит силу сцепления колеса с дорогой. При действии же боковой силы на катящееся эластичное колесо траектория его движения отклоняется от плоскости колеса на угол, называемый углом бокового увода.

Причина автоколебаний тоже оказалась в эластичном колесе в сочетании с господствующей в то время зависимой подвеской. Были разработаны новые схемы подвески, сводившие к минимуму или полностью исключающие многие негативные явления в автомобилестроении того времени. Итак автомобиль получил возможность ездить по хорошим дорогам со скоростью превышающей 100 км. в час. Для достижения высоких скоростей движения на автомобили стали устанавливать все более и более мощные двигатели, увеличивая их вес и расход топлива (например автомобиль Бугатти 41 «Ройял»). Но существенного прироста скорости не происходило. Скоро выяснилось, что на скоростях, превышающих 100 км. в час, плохо обтекаемый автомобиль каретной конструкции тратит на преодоление сопротивления воздуха до трех четвертей мощности двигателя. Это подстегнуло интерес конструкторов к автомобилям с аэродинамическими формами. Автомобиль «Крайслер Эйрфлоу» демонстрирует начало поисков в этом направлении.

Приятно отметить на этом пути достижения отечественного автостроения – автомобиль «Победа», разработанный в 1944 г., имел коэффициент сопротивления воздуха, характеризующий степень аэродинамического совершенства, К_в = 0.31 (Фиат-124 – 1966 г. К_в = 0.4). Очевидно, сказался опыт, накопленный в авиации в предвоенные годы, и талант конструкторов.

Лишь в 70-е годы, в связи с топливным кризисом, сделавшим чрезвычайно актуальными вопросы топливной экономичности, за эту проблему взялись чисто научными методами с использованием аэродинамических труб. Автомобиль Фольксваген Ауто 2000 с коэффициентом сопротивления воздуха 0.25 служит иллюстрацией успешных поисков в этом направлении. Стало интенсивно развиваться научное направление – аэродинамика автомобиля.

Предметом изучения современной теории эксплуатационных свойств автомобиля являются физические законы, лежащие в основе механики движения автомобиля. Её методы позволяют разобраться в тягово-скоростных и тормозных свойствах автомобиля, т.е., всесторонне исследовать и описать математически процесс разгона, равномерного движения и торможения автомобиля. Решить вопросы устойчивости и управляемости автомобиля при движении. Исследовать факторы, влияющие на плавность хода автомобиля и научиться управлять этими факторами. В компетенцию этой науки входит и исследование топливной экономичности автомобиля. Для автомобилей, предназначенных для эксплуатации в условиях бездорожья, методы теории автомобиля позволяют оценить характеристики его проходимости. В нашей стране основные положения теории автомобиля как науки были разработаны академиком Е. А. Чудаковым и сформулированы в книге «Теория автомобиля», впервые вышедшей в 1935г. В последующем отдельные разделы теории автомобиля получили дальнейшее развитие в трудах многих советских и зарубежных ученых. Так совершенствование методов расчета тягово-скоростных свойств нашло отражение в трудах Г. В. Зимелева, вопросы управляемости и устойчивости разрабатывались А. С. Литвиновым, методы расчета плавности хода – Р. В. Ротенбергом, современным методам оценки проходимости автомобилей посвящены работы Я. Е. Фаробина.