2. Автотранспортные средства и условия их эксплуатации

2.1. Эксплуатационные свойства автомобилей

Стремление к конструктивному усовершенствованию и эффектив­ному использованию автомобилей обусловливает потребность в оцен­ке качества их конструкции.

Под качество автомобиля, как и любого другого сложного из­делия, понимается совокупность свойств, определяющих его пригод­ность удовлетворять определенные потребности в соответствии с его назначением. При этом сравнение различных автомобилей должно базироваться на определенном перечне свойств, которые отражают их способность выполнять заданные функции и подлежат измерению с помощью соответствующей систему количественных показателей и ха­рактеристик. Совокупность таких показателей и характеристик должна обеспечивать всестороннее и объективное измерение всех основных эксплуатационных свойств АТС.

Под эксплуатационными свойствами автомобиля понимаются объ­ективные особенности его конструкции, которые проявляются в про­цессе эксплуатации и обусловливают способность автомобиля выпол­нять заданные функции. Выявление эксплуатационных свойств авто­мобиля и их количественная оценка позволяют судить о тон, на­сколько конструкция автомобиля соответствует условиям эксплуата­ции и режимам его использования.

Метод оценки качества конструкции автомобилей по значениям показателей его эксплуатационных свойств, предложен еще в 1928 году Е.А. Чудаковым. В докладе "Основные измерители для опреде­ления качеств автомобиля" он впервые сформулировал основные экс­плуатационные свойства автомобиля и определил некоторые количественные показатели их измерения. Важный вклад в развитие ме­тода оценки эксплуатационных свойств автомобиля внес также Д.П. Великанов, который дал теоретическое обоснование более широ­кого комплекса эксплуатационных свойств автомобилей, подлежащих измерению, а также соответствующего "набора эксплуатационных по­казателей. Им, в частности, было предложено учитывать и измерять такие эксплуатационные свойства, как "долговечность", "прочность и надежность", "легкость управления", "удобство использования", и некоторые другие.

Автомобили, трактора, с/х техника, как и другие сложные изделия, обладают очень большим числом свойств, которые образуют иерархическую систему, которую принято называть деревом свойств (рис. 2.1).

КАЧЕСТВО

Топливная экономичность

Динамичность

Проходимость

Управляемость

Устойчивость

Плавность хода

Скоростная

Тормозная

Тяговая

Разгонная

Рис. 2.1. Дерево свойств

В настоящем учебном пособии рассматриваются только те эксплуатационные свойства автомобиля, которые отражают его способность выполнять основную функцию - перемещать грузы и пассажиров, т.е. те. которые непосредственно проявляются в процессе движения. К ним прежде всего, относятся: динамичность, топливная экономичность, проходимость, управляемость, устойчивость. плавность хода. Комплекс перечисленных свойств составляет научный раздел, который со времен Е.А. Чудакова принято называть "Теория автомобиля". По мнению автора, в настоящее время указанный перечень должен быть дополнен таким свойством, как "экологическая безопасность", которое стало важнейшим компонентом качества автомобиля.

Физический смысл и содержание каждого из указанных свойств, а также лежащие в их основе рабочие процессы анализируются в соответствующих разделах данного учебного пособия. Все указанные эксплуатационные свойства автомобиля носят комплексный характер, т.е. каждое из них, в свою очередь, можно рассматривать как систему, состоящую из более простых (единичных) свойств. Например, динамичность автомобиля следует рассматривать как систему четырех более простых свойств: разгонных, скоростных, тормозных и тяговых (рис.1.1). В соответствии с этим показатели и характе­ристики, используемые для их измерения, также делятся на комп­лексные и единичные.

Под единичным понимается показатель, характеризующий только одно эксплуатационное свойство автомобиля, а под комплексным - одновременно несколько эксплуатационных свойств. Если комплексный показатель отражает всю совокупность свойств, по которым производится оценка конструкции, то он называется обобщенным. При оценке совершенства конструкции автомобилей и решении тех или иных задач важно иметь как единичные, так и комплексные показатели. В настоящее время номенклатура оценочных показателей эксплуатационных свойств автотранспортных средств и методы их определения устанавливаются государственными (ГОСТ), отраслевыми (ОСТ) и международными стандартами и правилами (стандарты ИСО, Правила ЕЭК ООН). По своей сути как единичные, так и комплексные показатели признаны количественно выражать, степень удовлетворения тех или иных требований, которые устанавливаются в соответствующей нормативно-технической документации в виде различных норм. Необходимость в количественной оценке конструкций АТС тре­бует регламентации не только номенклатуры показателей, но и ме­тодов и условий их определения (испытаний), без чего невозможно обеспечить сопоставимость результатов измерений, производимых в разное время, разными заводами-изготовителями или организациями.

Инженерам-эксплуатационникам следует иметь в виду, что номенклатура показателей и методы их определения, предусмотренные промышленными стандартами, направлены в основном на то, чтобы вы­явить и оценить влияние конструкции на те пли иные эксплуатаци­онные свойства. Для этого испытания автомобилей проводят в стан­дартных дорожных и атмосферно-климатических условиях при строгой регламентации скоростных и нагрузочных режимов. Другими словами, в процессе промышленных исследований единственным фактором, ко­торый варьируется, является фактор конструкции автомобиля. При этом влияние других факторов на показатели сознательно исключа­ется. Такой подход дает возможность сравнить разные автомобили или оценить эффективность различных вариантов конструктивных ре­шений одного и того же автомобиля. Вместе с тем такой подход к автомобилям не позволяет в полной мере выявить и оценить влияние условий эксплуатации, а также различных нагрузочных и скоростных режимов движения на их эксплуатационные свойства. Поэтому испытания, проводимые в стандартных атмосферно-климатических и до­рожных условиях при фиксированных скоростных и нагрузочных режи­мах, носят, зачастую, условный характер, т.к. они не соответс­твуют реальным условиям эксплуатации автомобилей и режимам их работы.

В реальных условиях эксплуатации автомобиль в процессе своего движения испытывает, как известно, воздействие перевозимого груза (пассажиров), опорной поверхности (дороги), атмосфер­но-климатических факторов, а также управляющих действий водите­ля, задающего режим его движения. Поэтому численные значения эксплуатационных показателей представляют собой результат слож­ного взаимодействия автомобильной конструкции с водителем (опе­ратором) и внешней средой (грузом, опорной поверхностью, возду­хом...). Так как в реальных условиях эксплуатации автомобили работают в очень широком диапазоне дорожных и атмосферно-климатических условий, при интенсивном и широком варьировании ско­ростных и нагрузочных режимов, то на их эксплуатационные свойс­тва первостепенное влияние оказывают факторы внешней среды и режим управляющих воздействий водителя. При этом, чем меньше ухуд­шение показателей эксплуатационных свойств автомобиля при откло­нении условий эксплуатации и режимов работы от номинала, тем, при прочих равных условиях, выше качество его конструкции. На это справедливо обращается внимание в трудах Д.П. Великанова и некоторых других ученых.

Условия внешней среды и режим управляющих воздействий определяют не только уровень качества автомобильных конструкций, но и эффективность использования автомобиля.

Под эффективностью автомобиля понимается степень достижения полезных результатов при использовании автомобиля в конкретной эксплуатационной ситуации с учетом эксплуатационных затрат. Показатель эффективности выражает соотношение полезного эффекта (транспортной работы) и затрат на его достижение, т.е. затрат на перемещение груза или пассажиров. Для автотранспортных средств, выполняющих обычную работу по перевозке грузов, в качестве основного показателя эффективности выступает себестоимость перево­зок, т.е. затраты, приходящиеся на единицу транспортной работы:

с_п = (2.1)

где 3 - суммарные затраты на выполнение транспортной работы;

W- величина транспортной работы.

Величина себестоимости перевозок главным образом зависит от совершенства конструкции автомобиля, т.е. его эксплуатационных свойств, которые определяют как размер транспортной работы, со­вершаемой автомобилем на том или ином отрезке времени, так и ве­личину затрат на их выполнение, при этом производительность автомобиля определяется, прежде всего, его динамичностью, а вели­чина затрат - топливной экономичностью и надежностью. Значитель­ное влияние на эффективность оказывают и все другие эксплуатаци­онные свойства, а также условия и режим эксплуатации, влияние которых на показатели эксплуатации (3 и W) весьма сложно и мно­гообразно.

2.2. Предельные параметры дорожных автомобилей

Автомобили, трактора, эксплуатируемые на дорогах общего пользования, должны отвечать ряду требований, которые устанавливают отрасле­вые (ОСТ), государственные (ГОСТ) и международные технические регламенты, Правила и Директивы, а также другие нормативные документы. К числу основных параметров АТС, которые регламентируются указан­ными документами, прежде всего, относятся: габаритные размеры, осевые нагрузки и полная масса. В настоящее время предельные значения указанных параметров дорожных автомобилей определяет Инструкция по перевозке крупногабаритных и тяжеловесных грузов автомобильным транспортом Российской Федерации, которая вступила в силу с 1 сентября 1996 года. Согласно инструкции все дорожные автомобили в зависимости от осевой массы (т.е. массы, приходя­щейся на ось) подразделяются на две группы: А и Б.

• к группе А относятся АТС с предельной осевой массой наиболее нагруженной оси свыше 6 т до 10 т включительно, предназначенные для эксплуа­тации на дорогах 1-3 категории, а также на дорогах 4 категории, одежды которых построены или усилены под осевую массу 10 т.

• группу Б составляют АТС с осевыми массами наиболее нагруженной оси до 6 т включительно, предназначенные для эксплуатации на всех дорогах России (табл. 2.1.).

Таблица 2.1

Предельная осевая масса на каждую ось* двухосных АТС и двухосных тележек, т

Расстояние между осями, м	Группа
	А	Б
Свыше 2.00	10.0	6.0
Свыше 1.65 ПО 2,00 включительно	9.0	5.7
Свыше 1,35 ДО 1.65 включительно	8.0**	5.5
Свыше 1,00 ДО 1.35 включительно	7.0	5.0
До 1,00	6.0	4.5

* - допускается увеличение осевой массы: а) у городских -и пригородных двухосных автобусов при расстоянии между осями свыше 2,0 м для группы А - до 11.5 т. для группы Б - до 7 т; б) у АТС группы А при расстоянии между осями двухосной тележки свыше 1,35 до 1.65 м включительно - до 9 т, если осевая масса, приходящаяся на смежную ось, не превышает 6,0 т.

** - для контейнеровозов - 9,0 м.

Полная масса и габариты дорожных АТС не должны превышать значений, приведенных в (табл.2.2 и 2.3).

Таблица 2.2

Предельные полные массы дорожных АТС, т

ВИДЫ АТС	Число осей	Группа		Расстояние между крайн. осями АТС гр. А не менее, м
		А —	Б
Одиночные автомобили	Две Три	18 25	12 16.5	3.0 4.5
Седельные автопоезда	Четыре Три Четыре Пять и более	30 28 36 38	22 18 23 28,5	7.5 8.0 11,2 12,2
Прицепные автопоезда	Три Четыре Пять и более	28 36 38	18 24 28,5	10,0 11,2 12,2
Двухзвенные сочлененные автобусы		29		10.0

Таблица 2.3

Предельные габариты дорожных АТС

	Параметры АТС	Россия	За рубежом
1	Ширина, м	2.5*	2. 5... 2. 6
2	Высота, м	4.0	3.8. -.4.0
3	Длина (м) :
	- одиночные АТС	12.0	11.0. ..12. 4
	- двухзвенные автопоезда	20,0	15... 24
	- двухзвенные сочлененные
	автобусы	18,0	15... 20

*-для рефрижераторов и изотермических фургонов - 2,6 м

Ограничения осевых нагрузок и полной массы автотранспортных средств обусловлены тем, что многократные динамические воздействия колес на дорогу приводят к накоплению пластических деформа­ций в дорожной одежде, нарушению внутренних связей между ее словами и ее постепенному разрушению. Чем больше масса АТС и осевая нагрузка, тем больше величина динамических нагрузок и меньше срок службы дороги и инженерных сооружений (мостов, эстакад, путепроводов).

Регламентация предельно допустимых габаритных размеров АТС направлена, прежде всего, на обеспечение безопасности дорожного движения. Так, например, ограничение длины и ширины автомобилей и автопоездов имеет целью облегчение их обгонов по параллельной полосе движения. Ограничение высоты необходимо для беспрепятственного проезда автомобилей под мостами, путепроводами, арками зданий линиями электропередач.

АТС, у которых полная масса (с грузом или без груза), осевая нагрузка или габариты превышают значения, указанные в (табл. 2.1), относятся к внедорожным АТС. Движение таких АТС по дорогам осуществляется только по специальному разрешению.

В странах Европейского Союза (ЕС) предельные значения параметров дорожных АТС регламентируют Директивы ЕС 85/3. 86/360,88/212,89/338 и др. (табл.2.1-2.6).

При этом предельные осевые нагрузки для одиночной оси установлены в зависимости от ее типа и количества колес:

Таблица 2.4

Предельные габариты дорожных АТС

	Параметры АТС	Значения
1. 2. 3.	Ширина, м Высота, м Длина (м): - одиночные АТС - седельные автопоезда - седельные автопоезда (с низким ц. т.) - автопоезда с одним прицепом - автопоезда с двумя прицепами	2.55* 4.0 12.0 16.5 18.0 18,75 25.9

• - для рефрижераторов и изотермических фургонов - 2.6 м

Таблица 2.5

Предельные полные массы АТС. т

ВИД АТС	Количество осей	Значения
Одиночные автомобили	Две Три Четыре	18.0 25.0/26.0* 32,0
Седельные автопоезда	Три Четыре Пять Шесть	28.0 36.0/38.0* 40.0 44.0**
Прицепные автопоезда	Четыре	36.0

• - при наличии двойных шин и пневматической подвески;

• ** - зарезервировано для комбинированных контейнеров 150 длиной 40 футов (около 12 м).

Таблица 2.6

Предельные нагрузки на тележку АТС, кН

Тип тележки	Расстояние между осями, м	Значения
2-х осная с близко распо­ложенными осями	1.02. ..1.05 1.05. ..1.20 1,20. ..1,35 1.35. ..1.50 1,50. ..1.80 1.80. ..1,85 1.85. .,2.50	162,6 172.8 183,0 188,0 193,2 200.0 203,4
3-х осная полуприцепа-	менее 3,0 3.0... 3,9 3,9... 4.6 4,6 и более	182.9 203,3 223.6 243.9

* - при превышении нагрузки на каждую ось 75 кН

115 кН - для ведущей оси со сдвоенными колесами:

101.7 кН - для несведущей оси со сдвоенными колесами:

92 кН - для ведущей оси с одинарными колесами;

71,2 кН - для одинарной оси с управляемыми колесами.

Для тележек АТС предельные нагрузки на них устанавливается в зависимости от расстояния между смежными осями (табл. 2.6.).

Важное значение для эксплуатации автомобилей имеет не толь­ко распределение масс и нагрузки по осям, но и положение центра масс относительно осей и поверхности дороги.

Расстояния от центра масс самого автомобиля соответственно до переднего (а₀) и заднего (в₀) моста (тележки) можно опреде­лить по формулам:

а₀ = (М_{о 2/}/ М_о)L; в₀ = (М_о1/ М_о)L (2.2)

где L - база автомобиля;

М₀₁ и М_о2 - собственная масса автомобиля, приходящаяся соответственно на переднюю и заднюю оси.

У загруженного автомобиля положение центра масс отличается от незагруженного (порожнего). Его координаты можно найти по Формулам:

а = (2.3)

B = L - a (2.4)

Как видно из формул (1.7) и (1.8), значение а и в зависит не только от положения центра масс самого автомобиля (а₀), но и от массы (М_гр) и расположения (В_гр) груза (рис. 1.10).

Высота центра тяжести (центра масс) автомобиля в загруженном состоянии (h_ЦТ) превышает высоту центра масс самого автомобиля (h₀) и может быть найдена по формуле:

h_ЦТ =(2.5)

Значение h₀ ориентировочно составляет:

h_{0 =} 0,50 ...0,60 и - у легковых автомобилей;

h_{0 =} 0,65 ... 1.00 м - у автобусов:

h_{0 =} 0,75 ...1.05 м - у грузовых автомобилей.

Рис. 2.2. Координаты центра масс автомобиля и груза

При эксплуатаций автомобилей особую роль играет так называемая специальная масса (М), т.е. масса, приходящаяся на ведущие колеса. Отношения массы (М) к общей массе (М_а) автомобиля показывает долю нагрузки, приходящуюся на ведущие колеса, и называется коэффициентом сцепной массы (к).

Для заднеприводного автомобиля значение К можно определить по формуле:

К = =(2.6)

Для отечественных грузовых автомобилей коэффициент сцепной массы при полной нагрузке находится в пределах 0.62...0.75. а при незагруженном 1.5 - 2 раза меньше: 0.35. ..0,55.

Значение коэффициента сцепной массы (К) для переднеприводного находится аналогично:

К = =(2.7)

Для полноприводных автомобилей независимо от загрузки К = 1