книги из ГПНТБ / Шасси автомобиля ЗИЛ-130. Практика проектирования, испытаний и доводки

к утолщенной шейке. Чтобы избежать указанных поломок и уве­ личить срок службы буксирного крюка, цилиндрическая форма хвостовика была заменена конической.

МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ РАМ

Применение высокопрочных сталей — одни из основных спо­ собов повышения несущей способности рам и снижения их массы.

Рама автомобиля испытывает относительно высокие, пере­ менные по знаку и по величине, напряжения изгиба и кручения. Применение клепаных узлов рам создает условия для возник­ новения дополнительных напряжений, вызываемых клепкой; от­ верстия под заклепки являются концентраторами напряжений.

Формовка лонжеронов и поперечин производится в сложных по форме штампах без нагрева, поэтому основными требования­ ми, предъявляемыми к материалу для изготовления автомобиль­ ных рам, являются: достаточно высокая статическая прочность; устойчивость против вибрационных нагрузок и пониженная чув­ ствительность к различным концентрациям напряжений; доста­ точная пластичность, обеспечивающая штампуемость в холодном состоянии; малая чувствительность к механическому старению; высокая вязкость, обусловливающая низкий порог хладноломко­ сти; хорошая свариваемость, необходимая для высокой ремонто­ способности рам; в составе стали не должны содержаться доро­ гие и дефицитные легирующие элементы или их количество дол­ жно быть сравнительно небольшим.

Для лонжеронов рам грузовых автомобилей за рубежом при­ меняются как обычная низкоуглеродистая сталь типа марок 15кп

и2 0 кп, так и среднеутлеродистые стали с нормальным и повы­

шенным содержанием марганца. Многие зарубежные фирмы изготовляют лонжероны рамы автомобилей большой грузоподъ­ емности из средне- и низкоуглеродистых сталей, легированных марганцем, хромом и другими элементами. Часто лонжероны или лонжеронную полосу подвергают термообработке — норма­ лизации или улучшению. Так, например, фирма Даймонд приме­ няет для изготовления лонжеронов малоуглеродистую сталь, содержащую хром, никель, медь и фосфор; фирма Броквей для лонжеронов автомобилей грузоподъемностью 6,5—7 т использу­ ет среднеуглеродистые улучшенные марганцовистые стали.

Лонжероны рам грузовых автомобилей ЗИЛ до 1950 г. изго­ товляли преимущественно из углеродистой стали 25. В настоя­ щее время при существующей технологии, когда формовка лон­ жеронов происходит одновременно с просечкой отверстий и не производится последующая упрочняющая термообработка, при­ меняют низколегированные стали, обладающие хорошей штампуемостью и достаточной прочностью. Для лонжеронов рам автомобилей ЗИЛ-164А применялась, а для ЗИЛ-157К приме­

110

няется сталь ЗОТ в отожженном состоянии. Для автомобилей ЗИЛ-130 используется сталь ЗОТ в нормализованном или сталь 15ГЮТ(ЧМТУ 1-43—6 6 ) в отожженном состоянии.

Применение нормализованной полосы из низколегированной стали ЗОТ вместо отожженной значительно повышает прочность и увеличивает срок службы рам грузовых автомобилей. Это по­ зволило использовать для лонжеронов автомобиля ЗИЛ-130 ма­ териал той же толщины, что и для лонжеронов автомобиля ЗИЛ-164, т. е. толщиной 6,35 мм.

Из анализа опубликованных данных, а также опыта завода следует, что наиболее широкое применение получают и являются перспективными для рам грузовых автомобилей низколегирован­ ные (марганцовистые) стали с добавкой в малых количествах в различных сочетаниях элементов, образующих карбоннтрпдные фазы. К таким элементам относятся титан, ванадий, нио­ бий, алюминий и азот, добавка которых и последующая термо-

111

Рамы проходили заводские дорожные испытания на.опытных образцах автомобилей ЗИЛ-130. По результатам этих испыта­ ний рам были внесены изменения в их конструкцию. Дальней­ шие испытания рам были частью общей программы междуве­ домственных испытаний автомобилей ЗИЛ-130, в ходе которых проверялась эффективность мероприятий по устранению отдель­ ных недостатков рам. Кроме того, были проведены испытания автомобилей на заводской испытательной дорожке со специаль­ ным профилем поверхности, создающим высокие динамические нагрузки на раму. Скорость движения на этой дорожке равна 13— 15 км/ч, так как при более высоких скоростях создаются невыносимые условия для организма водителя. Пробег автомо­ билем-самосвалом 80— 150 км по испытательной дорожке соот­ ветствует пробегу 1 0 — 2 0 тыс. км при эксплуатации автомобиля

в карьере или при использовании его на дорожно-строительных работах.

При длительных дорожных испытаниях, испытаниях на спе­ циальной дорожке и при эксплуатационных испытаниях автомо­ билей ЗИЛ-130 наблюдались следующие основные дефекты рамы: поломки и появление трещин на задней отбортовке попе­ речины № 1 и в местах крепления двигателя и радиатора, ос­ лабление заклепок и поломки кронштейнов поперечин № 2 и 3,

на автомобилях-самосвалах были поломки лонжеронов рам в зоне поперечины № 2 (о принятых мерах по устранению этих

дефектов сказано ниже).

В процессе доводки рамы было проведено сравнительное тензометрическое исследование напряженности рам автомоби­ лей ЗИЛ-130 и ЗИЛ-164 при движении автомобилей по дорогам с булыжным покрытием, по грунтовым дорогам, а также при

112

переезде через глубокий кювет. Испытания показали, что напря­ женность рамы автомобиля ЗИЛ-130 меньше напряженности рамы автомобиля ЗИЛ-164. Вместе с тем были подтверждены результаты дорожных испытаний, т. е. то, что узлы рамы в зо­ нах поперечин № 1 , 2 и 3 являются наиболее напряженными.

В дальнейшем было проведено тензометрическое исследова­ ние напряженности рамы автомобиля ЗИЛ-130 для четырех слу­ чаев нагружения (табл. 43). Во всех случаях автомобиль имел

Рис. 36. Схема установки датчиков:

/— 6 — номера датчиков

вкузове равномерно распределенный груз весом 4,5 тс. Иссле­

осциллографа. Расположение датчиков на полках лонжерона по­ казано на рис. 36.

43. Напряжения в раме автомобиля ЗИЛ-130 в кгс/см2

Результаты исследования показывают, что максимальные напряжения, испытываемые рамой при движении автомобиля по плохой грунтовой дороге, приблизительно в 1 0 раз больше на­

пряжений, возникающих при статическом нагружении авто­ мобиля.

Первоначальная конструкция рам семейства автомобилей ЗРІЛ-ІЗО по сравнению с существующей конструкцией по резуль-

тэтам проведенных испытаний претерпела ряд изменений, необ­ ходимых для повышения их прочности и приведенных ниже:

1.Увеличена высота лонжеронов рам ЗИЛ-130 и ЗИЛ-130Г

взадней части на 40 мм и уменьшен задний свес рамы ЗИЛ-ІЗОГ, что устранило прогиб ее заднего конца, который приводил к по­ ломкам лонжеронов. В связи с этим, учитывая использование единого формовочного штампа, пришлось изменить форму лон­ жеронов ЗИЛ-130В1 и ЗИЛ-130Д1. Одновременно была увели­ чена высота поперечим № 4 и 5 рам всех автомобилей семейства ЗИЛ-130.

2 . Усилена поперечина № 1— увеличена толщина материала

поперечины с 5 до 5,5 мм и высота отбортовки в задней части

JT

Рис. 37. Крепление поперечин № 2 и 3:

а — опытный вариант; б — приняты;! вариант

поперечины с 24 до 35 мм, а также введены усилительные на­ кладки в местах крепления радиатора и двигателя.

3. Изменена конструкция поперечин № 2 и 3. Первоначаль­ но они имели жесткую коробчатую форму и крепились к верх­ ним и нижним полкам лонжеронов. Для предотвращения обра­ зования трещин в местах крепления поперечин к лонжеронам была разработана их П-образная конструкция п весьма жесткое крепление с помощью косынок к верхним полкам лонжеронов н с помощью угольников к их вертикальным стенкам. Это исклю­

нию поперечин к верхним и нижним полкам лонжеронов, сохра­ нив П-образную форму сечения.

К верхним полкам лонжеронов поперечины крепятся непо­ средственно, а к нижним полкам — с помощью дополнительных кронштейнов (рис. 37). Жесткость поперечин была значительно уменьшена по сравнению с первым вариантом, что практически устранило случаи поломок.

4. Введены усилительные вставки лонжеронов в зоне контак­ тов с центральным буфером передних рессор (рис. 38, а) и над балкой заднего моста (рис. 38, б), чтобы устранить смятие ниж­ них поломок лонжеронов в этих зонах при ударах во время экс­ плуатации автомобиля в тяжелых дорожных условиях.

114

Глава VII. ПОДВЕСКА

ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ПОДВЕСКИ

Анализ развития подвесок грузовых автомобилей как в СССР,

так и за рубежом показал, что на грузовых автомобилях средней грузоподъемности применяются зависимые подвески с листовы­ ми рессорами. Широкое распространение таких подвесок объяс­ няется простотой их изготовления и обслуживания, а также тем, что они обеспечивают вполне удовлетворительные плавность хода и устойчивость автомобиля при современных скоростях движения.

В подвеске, где полуэллиптическая листовая рессора выпол­ няет функции направляющего устройства, большое значение имеет правильный выбор конструкции крепления рессор к раме автомобиля. Это связано с тем, что коренные листы рессор под­ вергаются воздействию комплекса сил и моментов, значительно возрастающих при эксплуатации автомобилей в тяжелых дорож­ ных условиях. Если недооценить влияния этих нагрузок, эксплу­ атационная надежность подвески резко снизится. Поэтому при выборе типа крепления рессор к раме был рассмотрен и проана­ лизирован ряд наиболее распространенных на грузовых автомо­ билях конструкций с учетом их надежности, удобства и простоты обслуживания (количество точек смазки), а также экономиче­ ской целесообразности.

Основные типы крепления концов рессоры к раме или кузову автомобиля следующие:

фиксированного конца рессоры (т. е. конца рессоры, воспри­ нимающего все силы, действующие на подвеску) — с витым или отъемным ушком или на резиновой опоре;

свободного конца рессоры (т. е. конца рессоры, восприни­ мающего все силы, кроме продольных, возникающих при дви­ жении автомобиля) — на серьге, на резиновой или скользящей опоре.

Сочетание креплений концов рессоры может быть самым раз­ личным. На практике чаще всего применяется крепление фикси­ рованного конца рессоры с витым ушком и свободного конца на серьге или скользящей опоре. Сочетание витого ушка с серь­ гой, опробованного на Московском автомобильном заводе им. И. А. Лихачева, показано на рис. 41.

116

Резиновые опоры обычно используют одновременно для креп­ ления обоих концов рессоры. Вариант этого крепления, разрабо­ танный и проверенный на заводе, изображен на рис. 42.

На автомобиле ЗИЛ-130 было решено применить отъемное ушко для крепления переднего конца рессоры и скользящую опору для заднего (рис. 43). Соображения, которыми при этом руководствовались, приведены ниже.

Крепление фиксированного конца рессоры с витым ушком отличается простотой конструкции, малой стоимостью и наи­ меньшей массой по сравнению с креплениями других типов. Однако применение такого типа крепления на автомобилях, эксплуатируемых в тяжелых дорожных условиях, встречает ряд затруднений, связанных с обеспечением необходимой прочности ушка.

Наиболее распространенный и простой способ повышения прочности ушка путем увеличения толщины коренного листа не всегда дает положительный результат. Если увеличивать тол­ щину только одного коренного листа, оставляя толщину осталь­ ных листов неизменной, то это может привести к значительному снижению долговечности рессоры из-за преждевременной уста­ лостной поломки утолщенного коренного листа. Если одновре­ менно увеличить толщину коренного и остальных листов, то для сохранения заданных в расчете прогиба и среднего расчетного напряжения потребуется удлинить рессору, что не всегда воз­ можно по компоновочным соображениям, и, кроме того, может привести к нерациональному увеличению массы рессоры в связи с уменьшением числа листов ‘.

Крепление концов рессор на резиновых опорах используется в подвесках автобусов и некоторых моделей грузовых автомоби­ лей. Резиновые опоры являются хорошим изолятором от шума и гасителем вибраций, их не надо смазывать и, кроме того, они позволяют при необходимости повысить долговечность рессор, когда по соображениям компоновки нельзя существенно увели­ чить их длину. Тем не менее эта конструкция в мировой практике автомобилестроения получила весьма ограниченное применение на грузовых автомобилях по следующим причинам: повышенная масса узла по сравнению с узлами с другими способами крепле­ ния (см. табл. 44 и 45); большая стоимость узла из-за необходи­ мости применения резины высокого качества; снижение долго­

1 См. раздел «Расчет листовых рессор».

118

44. Массы деталей крепления фиксированного конца рессоры (в кг)

45. Массы деталей крепления свободного конца крепления рессоры (в кг)

*Одна втулка.

**Под массой рессорного проката понимается масса концов рессорных листов, выхо­ дящих за пределы расчетной длины рессоры.

Масса деталей крепления свободных концов рессор одной подвески при различном креплении (в кг):

119