новая папка / Кривые распределения вертикальных динамических нагрузок в задней рессоре автомобилей ЗИЛ-164А н ЗИЛ-130

 Дорожные условия влияющие на надежность и долговечность автомобиля

Далее: Климатические условия влияющие на надежность и долговечность автомобиля

Дорожные условия работы автомобиля характеризуются типом и состоянием дорожного покрытия, величиной и продолжительностью дорожных уклонов, интенсивностью прямого и встречного движения и степенью запыленности воздуха. В зависимости от дорожных условий в широких пределах изменяются число оборотов коленчатого вала, а также степень использования мощности-и крутящего момента двигателя. Дорожные условия влияют также на нагрузочные режимы агрегатов силовой передачи, ходовой части и упругих элементов подвески автомобиля.

Экспериментальные исследования показали, что на грунтовых дорогах, находящихся в хорошем состоянии, средние технические скорости автомобиля меньше в 1,3—1,4 раза, чем на дорогах с усовершенствованным покрытием, а на дорогах с твердым изношенным покрытием средние технические скорости уменьшаются более чем в 2 раза. При движении автомобиля по плохим дорогам увеличиваются амплитуды скоростей и число оборотов коленчатого вала (по отношению к среднему значению). Движение приобретает импульсный характер. Величина средней технической скорости в условиях движения по плохим дорогам ограничивается не динамическими качествами автомобиля, а толчками и колебаниями, которые передаются через рессоры кузову, и устойчивостью автомобиля. Исследования Н. Я. Говорущенко показали, что основное влияние ка относительные перемещения кузова и колес автомобиля оказывает высота неровностей. Изменение формы неровностей оказывает меньшее влияние.

При ухудшении дорожных условий увеличиваются число оборотов коленчатого вала на единицу пути, расход топлива и число включений сцепления, тормозов и передач. Аналогично на

работу двигателя влияет и увеличение веса прицепной нагрузки.

Исследования влияния режима работы на износ двигателя ГАЗ-51 показали, что при увеличении числа оборотов коленчатого вала (при Ре = const) и повышении нагрузки (при n = const) абсолютный износ двигателя увеличивается, причем в первом случае эта зависимость степенная, а во втором — линейная.

При увеличении скорости вращения коленчатого вала от 800 до 1600 об!мин интенсивность изнашивания двигателя уменьшается, так как при этом увеличиваются скорость поршня, подача масла к трущимся поверхностям, вследствие чего граничное трение переходит в жидкостное. При дальнейшем увеличении вала интенсивность изнашивания температурного режима числа оборотов коленчатого увеличивается вследствие повышения двигателя и ухудшения условий смазки. Следовательно, для данного двигателя существует число оборотов (1600—1700), при котором интенсивность изнашивания его минимальная. Оптимальное число оборотов зависит также от качества применяемых топлива и масла.

Рис. 1. Графики относительного износа двигателя ГАЗ-51: а — в зависимости от оборотов коленчатого вала (Ре = const — 2,38 кГ/см’‘); б — в зависимости от нагрузки (п — const = = 1600 об/мин).

Очевидно, пользование такими скоростями должно иметь ограниченное применение. В ряде случаев некоторое увеличение скорости движения может дать такое повышение производительности автомобиля, при котором изнашивание двигателя на единицу работы будет меньше, чем при оптимальной скорости. Однако ценность этого исследования состоит в том, что оно устанавливает связи между скоростью движения и интегральным изнашиванием двигателя.

При увеличении среднего эффективного давления интенсивность изнашивания двигателя возрастает вследствие ухудшения условий смазки трущихся поверхностей и увеличения работы сил трения. Опытами, проведенными на Ярославском моторном заводе, установлено, что длительная работа двигателей ЯАЗ-204 при максимальной подаче топлива и при 1200 об/мин коленчатого вала приводит к увеличению износа поршневых колец в 4—8 раз и гильз цилиндров в 10 раз по сравнению с работой двигателя при максимальной мощности и 2000 об/мин коленчатого вала

Такое интенсивное изнашивание двигателей обусловливается резким снижением несущей способности масляной пленки между поршнем и стенкой цилиндра в результате уменьшения скорости движения поршня.

При резком изменении числа оборотов коленчатого вала карбюраторного двигателя также нарушается процесс смесеобразования и интенсивно образуется жидкая топливная пленка на внутренних стенках всасывающей системы. Если при установившемся режиме количество топливной пленки не превышает 1—2% от общего количества подаваемого топлива, то при определенных режимах количество ее может достигать 15—20%. При перемещении этой пленки от карбюратора к цилиндрам (скорость 0,2—1,0 м1сек) часть ее испаряется, а неиспарившая-ся часть поступает в цилиндры, смывает смазку с их зеркала и разжижает масло в картере двигателя, что приводит к повышенному износу цилиндров, поршневых колец и других деталей..

На рис. 2 показан график зависимости фракционного состава автомобильного бензина и топливной пленки от температуры конца разгонки бензина. Как следует из графика, в топливной пленке отсутствуют легкие фракции, поэтому значительная часть ее поступает в картер двигателя в жидкой фазе. На процесс образования топливной пленки при неустановившихся режимах работы двигателя большое влияние оказывает температура всасывающего трубопровода, работа на переобогащенных смесях и температура конца разгонки бензина.

По результатам экспериментальных испытаний был получен следующий износ двигателя в зависимости от состава смеси и качества топлива: если принять износ двигателя на экономичном составе смеси (а = 1,15) за единицу, то при работе на мощностном составе смеси (а = 0,8) и на облегченном бензине износ составит 1,3, а на утяжеленном бензине— 1,8. Изменение износа двигателя в зависимости от состава смеси имеет такую же закономерность, как и изменение количества топливной пленки в цилиндрах (рис. 3).

Рис. 2. График зависимости фракционного состава бензина и жидкой топливной пленки от температуры конца разгонки: 1 — бензин; 2 — жидкая пленка.

Распыливание жидкой пленки можно осуществлять специальным пленкораспылителем, устанавливаемым во всасывающую систему.

При неустановившихся режимах работы двигателя интенсивность его изнашивания увеличивается также вследствие ударного приложения нагрузок, нестабильного теплового режима и режима смазки трущихся поверхностей. Сравнительные стендовые испытания двигателей ГАЗ-51 и ЗИЛ-120, проведенные в НИИАТ, показали, что при переменном режиме изнашивание двигателя ГАЗ-51 оказалось в 1,7, а двигателя ЗИЛ-120 —в 1,8 раза больше, чем при сопоставимом установившемся режиме. Дорожные исследования автомобилей при вождении их способом разгон — накат показали, что интенсивность изнашивания этом случае у двигателей ГАЗ-51 увеличивается на 28%, а у ЗИЛ-150—-на 42%, чем при вождении с установившейся скоростью.

Рис. 3. Изменение количества жидкой топливной пленки Р во всасывающей системе двигателя в зависимости от состава горючей смеси: 1 — бензин с температурой конца кипения 225 °С; 2 — бензин с температурой конца кипения 205 °С; а—коэффициент избытка воздуха.

Следовательно, повышенный износ двигателя при работе на плохих дорогах обусловливается переменным режимом его работы, при котором изменяются условия смазки трущихся поверхностей и тепловой режим, происходит интенсивное образование топливной пленки во всасывающей системе, разжижение смазки и другие явления.

“При использовании автомобилей на сухих грунтовых или на твердых дорогах с быстроизнашивающимся дорожным покрытием происходит интенсивное изнашивание деталей цилиндро-порш-невой группы, колец двигателя, а также пальцев и втулок рессор, шкворней поворотных цапф и других деталей в результате попадания пыли на трущиеся поверхности деталей вместе с воздухом, топливом или маслом.

На рис. 4 показан график зависимости износа верхней части гильз цилиндров от размера частиц пыли и степени запыленности воздуха, поступающего в цилиндры. Как видно из графика, при увеличении размеров частиц пыли до 10—15 мк износ гильзы при запыленности воздуха 4 мг/м3 увеличивается более чем в 3 раза по сравнению с износом при технически чистом воздухе, а при увеличении размеров частиц до 20—30 мк — на 18%. Очевидно, значительная часть крупных частиц пыли выбрасывается вместе с отработавшими газами.

Наиболее агрессивным компонентом пыли является кварц, частицы которого обладают высокой твердостью (порядка 1100— 1200 кг/см2).

Загрязнение масла, циркулирующего в системе смазки, абразивными частицами вызывает также ускоренный износ шеек коленчатого вала и подшипников, распределительного вала, толкателей и других деталей. При работе двигателя в условиях запыленного воздуха увеличение зазора в подшипниках происходит в 9—10 раз быстрее, чем в условиях чистого воздуха.

Рис. 4. График зависимости износа верхней части гильзы цилиндра от размеров частиц пыли и степени запыленности воздуха: 1 — степень запыленности воздуха 2 мг/м3; 2 — 4 мг/м3; 3— 6 мг/м.3\ 4 — 8 мг/м3.

Современные воздухоочистители автомобилей при надлежащем уходе за ними задерживают 98—99% пыли, содержащейся в воздухе. Таким образом, только 1—2% пыли поступает с воздухом в цилиндры двигателя. При плохом уходе (загрязнены фильтрующие сетки, недостаточный уровень масла в поддоне воздухоочистителя или очень вязкое масло) воздухоочиститель задерживает 80—85% пыли.

Исследованиями установлено, что только 1/6 часть пыли, попавшей в цилиндры, выбрасывается при выхлопе, а остальная часть задерживается в двигателе. Один грамм пыли, попавшей в цилиндр, может вызвать увеличение его диаметра в верхнем поясе до 10 мк.

Дорожные условия работы автомобиля оказывают большое влияние на срок службы упругих элементов подвески. Исследования показали, что усталостная прочность рессор зависит от пределов изменения напряжений в листах рессор при движении автомобиля по неровной дороге. Повышение амплитуды напряжений сверх определенной критической величины резко сокращает срок службы рессор. При возрастании амплитуды напряжений в два раза (с ±15 кг!мм2 До ±30 кг!мм2) срок службы рессор грузовых автомобилей по количеству циклов сокращается с 275 до 58 тыс., или почти в 5,6 раза; при изменении прогиба рессоры от нуля до максимума срок службы ее меняется обратно пропорционально величине максимального напряжения приблизительно в девятой степени.

На рис. 5 показаны кривые распределения вертикальных динамических нагрузок в задней рессоре автомобилей ЗИЛ-164А и ЗИЛ-130.

Как следует из кривых, распределение вертикальных нагрузок в рессоре близкое к нормальному распределению. Критерии согласия Пирсона Р(Х2) для всех случаев имеют величину более 0,5. Величина этих нагрузок зависит от дорожного покрытия, скорости движения и веса груза в кузове. При увеличении неровностей динамические нагрузки резко возрастают, а срок службы рессор уменьшается. Величина динамических нагрузок и деформации рессор в большей степени зависят от жесткости рессор и сопротивления амортизатора. Поэтому правильный выбор соотношения этих параметров имеет важное значение при проектировании подвески автомобиля.

Рис. 5. Кривые распределения вертикальных динамических нагрузок в задней рессоре автомобилей ЗИЛ-164А н ЗИЛ-130: т — частость; 1 — ЗИЛ-164А— асфальтированное шоссе, нагрузка 1650 кГ, скорость 30 км/vac. Р„(!) = 0,06; 2 — ЗИЛ-164А, гравийное шоссе, нагрузка 1650 кГ, скорость 30 км/час. Рo(!) = 0,07; 3 -ЗИЛ-164А, бетонное шоссе, нагрузка 4 000 кГ, скорость 30 км/час, Р„(*!) = 0,08; 4 — ЗИЛ-130, асфальтированное шоссе, нагрузка 4500 кГ, скорость — 60 км/час, Р о(хг) = 0,06.

Кроме вертикальной нагрузки, листовые рессоры подвергаются действию боковой и скручивающей нагрузок, воспринимаемых ушками и первыми листами рессор. В случае движения автомобиля с поперечными колебаниями кузова вокруг продольной оси (езда по колее разной глубины, по разбитому булыжному шоссе и др.) и при поворотах автомобиля боковые и скручивающие нагрузки в рессорах, установленных на пальцах, Достигают большой величины, что и является причиной разрушения коренных листов около ушек.

Основными эксплуатационными мероприятиями, обеспечивающими повышение срока службы рессор, являются: соблюдение установленных норм нагрузки автомобиля и равномерное распределение груза в кузове; уменьшение сил межлистового трения рессор, которое зависит от чистоты листов, регулярной их смазки, правильной затяжки хомутиков и стремянок; предохранение листов от коррозии установкой защитных чехлов или покраской. Большое влияние на долговечность рессор оказывает правильное действие амортизаторов (оптимальное значение относительного коэффициента затухания).

Коррозия листов рессор или пружин независимой подвески значительно уменьшает их усталостную выносливость. Это объясняется тем, что в результате знакопеременных деформаций листов рессор образующиеся на их поверхности окислы непрерывно удаляются, обнажая слон металла, которые снова корродируют. Следовательно, процесс коррозии рессор имеет циклический характер.

Характер дороги также оказывает большое влияние на режим работы механизмов силовой передачи автомобиля. При движении автомобиля по тяжелым дорогам увеличивается путь, проходимый на пониженных передачах, а также резко увеличивается число включений сцепления и коробки передач, что влияет на надежность и долговечность этих механизмов.

Характер изменения интенсивности износа для различных нагрузочных режимов имеет общую закономерность. На рис. 6 показана зависимость интенсивности износа шестерни главной передачи автомобиля ГАЗ-51 при движении по дороге с асфальтобетонным покрытием.

Если при движении автомобиля по дороге с асфальтобетонным покрытием интенсивность износа принять за единицу, то при движении по дороге с булыжным покрытием она равна 2,41 и по грунтовой дороге — 1,98. Соответственно при движении с прицепом — 1,62; 3,84 и 2,98.

В особых случаях движения коэффициент динамичности, т. е. отношение максимального крутящего момента на карданном валу к максимальному крутящему моменту двигателя для автомобиля ЗИЛ-585 (на I передаче) может составлять более 3,0; для автомобиля МАЗ-200Г (на II передаче)—2,5 и на пря-пой передаче — 4,4; для автомобиля ГАЗ-51 — от 3,0 (на II передаче) до 3,7 (на IV передаче).

Рис. 6. Кривые зависимости интенсивности износа главной передачи автомобиля ГАЗ-51 при движении по дороге с асфальтобетонным покрытием: 1 — от величины крутящего момента на ведущих колесах; 2 — от скорости движения.

Такое увеличение крутящего момента вызывает высокие контактные давления на поверхностях деталей и разрушение шестерен коробок передач и главных передач, крестовин и подшипников карданных валов, полуосей, шпилек фланцев полуосей и других деталей.

По данным Горьковского автомобильного завода, при испытании па статическую прочность задних мостов автомобиля ГАЗ-51 поломки отдельных деталей происходят при крутящем моменте, превышающем максимальный крутящий момент, развиваемый двигателем, в 3,5—4 раза.

Исследования режима работы ведущих мостов автомобиля ЗИЛ-151 показали, что при движении в условиях бездорожья динамическое воздействие неровностей дороги на напряженное состояние балки моста может быть оценено коэффициентом, равным 4,2, в то время как при движении по булыжному шоссе динамический коэффициент равен 2,0 и по асфальту — 1,7.

Дорожные условия оказывают большое влияние и на нагрузки, воспринимаемые подшипниками задних колес. При движении автомобиля ЗИЛ-110 по асфальтированному шоссе со скоростью 38 км/ч на подшипниках заднего колеса кратковременно действует нагрузка, превышающая статическую в 1,9 раза, а при движении его по проселочной дороге со скоростью 12 км/ч 8,0% от общего времени движения действует нагрузка, превышающая статическую в 4—5 раз.

Для цилиндрических шестерен коробок передач, роликоподшипников и цилиндрических шестерен редуктора заднего моста т = 6; для зубьев конических шестерен главной передачи т=7; Для шарикоподшипников т.—10.

Между напряжениями и вызывающей их нагрузкой существует также степенная зависимость. В шариковых подшипниках напряжение пропорционально кубическому корню из приложенной нагрузки (или из действующего на валу момента); в роликовых подшипниках и шестернях оно пропорционально квадратному корню из приложенной нагрузки. Поэтому срок службы этих деталей (по числу циклов до разрушения) в зависимости от приложенной нагрузки Р можно выразить уравнением

Следовательно, при увеличении нагрузки на цилиндрические шестерни и роликоподшипники в 2 раза их срок службы сокращается в 8 раз; при двукратном увеличении нагрузки на шариковый подшипник его срок службы сокращается в 10 раз, а конических шестерен главной передачи — в 12,25 раза.

Экспериментальными исследованиями, проведенными в Киевском автодорожном институте, установлено, что ресурс редукторов задних мостов и коробок передач хорошо апроксимируется распределением Вейбулла.

При расчете деталей на выносливость задаются величиной фактических нагрузок, возникающих в трансмиссии автомобиля, длительностью действия этих нагрузок и их повторяемостью. Характер действия нагрузки учитывается коэффициентом динамичности.

В условиях эксплуатации действительная долговечность подшипника будет ниже расчетной, так как на срок его службы окажет влияние ряд дополнительных факторов, которые не учитываются при расчете: загрязнение смазки продуктами износа, перекосы, вызываемые действующими нагрузками, монтажные деформации и др.

В зависимости от дорожных условий, особенно от ровности дорожного покрытия, изменяются ресурс автомобиля, средняя техническая скорость и производительность, что оказывает весьма существенное влияние на себестоимость перевозок.

Для уменьшения влияния дорожных условий на износ автомобиля необходимо выбирать и поддерживать постоянные оптимальные скорости движения, тщательно следить за своевременной и качественной смазкой деталей механизмов и агрегатов, не допускать перегрузок автомобиля сверх установленной нормы и длительной работы с буксованием, принимать эффективные меры по защите двигателя от пыли, соблюдать оптимальный тепловой режим двигателя и режим подогрева горючей смеси; при работе на плохих дорогах не применять топливо с высокой температурой конца разгонки, а также обогащенного состава горючей смеси.

http://stroy-technics.ru/article/dorozhnye-usloviya-vliyayushchie-na-nadezhnost-i-dolgovechnost-avtomobilya