В течение длительного времени темпы роста объемов автомобильных перевозок, выпуска грузовых и легковых автомобилей (до 10% в год) опережали темпы роста протяженности дорог с твердым покрытием, что привело к нарастанию интенсивности движения на дорогах. При увеличении за последние 10 лет протяженности автомобильных дорог общего пользования на 15% автомобильный парк вырос почти на 75%.

Весьма существенным является то, что значительная часть протяженности существующих дорог имеет тонкослойную дорожную одежду, способную пропускать в расчетный период автомобили с осевой нагрузкой не более 6 т., в то время как автомобильная промышленность выпускает почти все грузовые автомобили и автобусы с параметрами выше расчетных для этой части дорог. Нагрузка на одиночную ось для стандартного современного автопоезда составляет 11,6 т., на двухосную тележку – 24 т. Один большегрузный автомобиль по нагрузке на дорожное полотно равен 10 тыс. легковых автомобилей.

Лишь незначительный процент региональных и межмуниципальных дорог могут без последствий пропустить транспорт с осевой нагрузкой, превышаюшей 10 т. По данным ассоциации «Радор», протяженность сети региональных дорог, способных обеспечить проезд фур с нагрузкой на одиночную ось 6-10 т составляет 29,7%. Большая часть федеральных автодорог - 57% также рассчитана на осевые нагрузки 6-10 т, и лишь 29% - на осевые нагрузки от 10 до 11,6 т [4].

Рост доли большегрузных автомобилей (за последние 5 лет парк грузовых автопоездов вырос на 60%) и объема перевозок, наблюдаемый в последнее время, приводит к ускоренному износу дорожных покрытий, ямочности, пучинистости, колейности, ухудшая состояние дорог в дополнение к прочим факторам.

Из программного документа «О Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года» [1] следует, что протяженность федеральных автомобильных дорог, соответствующих нормативным транспортно-эксплуатационным показателям, составляет 17,7 тыс. км. или 38%. По данным на 2011 год 92 % протяжённости федеральных трасс страны представляют собой дороги, где движение осуществляется по одной полосе в каждом направлении. Федеральные автомобильные дороги исчерпали свою пропускную способность. С превышением нормативной загрузки эксплуатируется 13 тыс. км дорог, особенно на подходах к крупнейшим городам, что составляет почти 29% протяженности сети.

Около 76% протяженности автодорог регионального назначения не соответствует нормативным требованиям по транспортно эксплуатационному состоянию [2]. Местная дорожная сеть развита недостаточно, поэтому значительная часть локальных перевозок производится по федеральным дорогам[7].

За период 2г. в соответствии с федеральной целевой программой "Модернизация транспортной системы России (2годы)" (Распоряжение Правительства РФ от 01.01.2001 N 1734-р) было отремонтировано более 100 тыс. км дорог федерального и регионального уровня, выполнен капитальный ремонт 5 тыс. км дорог федерального уровня. Ежегодно в России ремонтируется около 30 тыс. км дорог, а расходы на эти цели возрастают на 20—30 %. Указанные объемы работ позволяют сохранить существующую сеть дорог от разрушения, но явно недостаточны для приведения транспортно-эксплуатационного состояния дорог в соответствие с нормативными требованиями [6].

Ускорение автомобилизации страны пока не привело и к соответствующему росту объемов строительства и реконструкции дорожной сети, а даже наоборот. В "лихие 90-е годы" () в стране в среднем ежегодно вводилось в строй около 6,1 тысячи километров дорог с твердым покрытием. В годах - уже лишь 2,85 тысяч километров (для сравнения в 2007 г. в Китае были построены 47 тыс. км автомобильных дорог, а в России – всего 495). Всего же за 20годы было построено порядка 25 тысяч км федеральных и региональных автодорог [4].

Ежегодный прирост сети дорог общего пользования с твердым покрытием за счет нового строительства и реконструкции составляет 0,5—0,8 % (такие темпы строительства не покрывают даже выбытия дорог из этой категории). С учетом перевода в сеть общего пользования сельских дорог этот прирост составляет около 3 % в год для всех дорог. Следовательно, более 97 % всех автомобильных перевозок осуществляется, и будет осуществляться по старым дорогам, от состояния которых в первую очередь зависит эффективность работы автомобильного транспорта [8].

По общему уровню расходов на дорожно-транспортную сеть Россия среди развитых государств является аутсайдером. В пересчете на одного человека в России тратится на дорожно-транспортную инфраструктуру в 8 с лишним раз меньше, чем в Канаде, в 5,5 раз меньше, чем в Швеции и в 7 с лишним раз меньше, чем в Финляндии. В пересчете на 1 единицу транспортного средства в России, по данным за 2009 год, было потрачено на дорожную сеть 125-150 евро, а в маленькой Финляндии (без учета транзитного транспорта) - около 1100 евро. Ежегодные объемы бюджетных инвестиций в дорожное строительство – около 700 мрлд. руб. – капля в море. В Европе затраты на дорожную инфраструктуру в структуре ВВП – около 3%, в Китае – около 6%, в России – 1% [4].

Плохое состояние автодорог страны влечёт за собой крайне низкую среднюю скорость перемещения коммерческих грузов автотранспортом — около 300 км в сутки (в странах Европы — приближается к 1500 км в сутки. Со скоростью перемещения связан и выброс загрязняющих веществ автомобилем. В зависимости от режимов движения транспорта происходит неодинаковый выброс ингредиентов. Исследования российских ученых показали: качественное дорожное полотно способствует сокращению выбросов выхлопных газов - для грузовых автомобилей на 13%, для легковых - на 9%, а равномерное движение с оптимальной скоростью позволяет сократить не только расход горючего, но и выброс выхлопных газов на 25-30%.

Несовершенное качество дорог увеличивает стоимость пере­возок на 30—50%, расход горючего повышается в 1,5 раза, срок службы уменьшается на 30%, а стои­мость эксплуатации автомобиля возрастает в 2—3 раза [9].

Из-за плохого качества дорог в России от года к году растет количество ДТП, в среднем оно колеблется в пределах от 18 до 30%. Однако в отдельных регионах, таких как Пермь, этот показатель достигает 45%.

Почему в России строится так мало дорог, и качество их оставляет желать лучшего? Первая причина понятна – это недофинансированность. Объемы финансирования дорожного строительства упали с 2,3 процента ВВП в 2000 году до 1 процента ВВП в 2008 году. Из-за острого дефицита финансирования стало деградировать качество строительства и ремонта. На региональной сети выполнялось всего около 15% ремонтных работ от ежегодной нормативной потребности [4].

Вторая причина - неэффективное расходование тех средств, что имеются (включая воровство и коррупцию). По некоторым экспертным оценкам строительство дорог в России в расчете на 1 км обходится в пять раз дороже, чем в Китае и в два раза дороже, чем в Европе. Правда есть объективные факторы, которые делают нашу дорогу более дорогой, нежели за рубежом. Так, например ставка налога на добавленную стоимость у нас 18 процентов, а в среднем по Европе 8 процентов [2]. Существует различие и в методике подсчета. В большинстве стран подготовка территории (выкуп земли, перенос коммуникаций и т. д.) не входит в стоимость автодороги. У нас же в некоторых проектах на работы по переустройству коммуникаций приходится уже до 36% сметной стоимости. В структуре затрат на стройматериалы транспортные издержки могут достигать 75% из-за завышенных тарифов на железнодорожные перевозки, дефицита подвижного состава. По данным Федерального дорожного агентства (Росавтодора) [4] в структуре расходов на строительство федеральных дорог в 2011 г. подготовка проекта занимала 1,9%, выкуп земли и компенсации -7,3%, переустройство инженерных сетей 12,8%.

Следующий момент – это наши российские расстояния, что удорожает доставку материалов. Ширина проезжей части у нас 3,75 м, а в Европе этот показатель плавающий - от 3 до 3,75 м. Это ведет к увеличению объемов земляных работ и соответственно объемов асфальтирования. Если же не брать во внимание НДС, то средняя стоимость строительства 1 км автодорог в России даже дешевле. Так, в ценах 2010 г. она составляла 460 млн. руб/ /км, в Норвегии - 490, в Германии - 580 млн. руб. /км [4].

Третья причина - отсталые технологии строительства и низкая производительность труда [10].

Значительное отставание в развитии дорог по сравнению с другими странами должно быть преодолено в будущем. По расчетам специалистов потребная минимальная протяженность автодорог в России — 1,5—2 млн. км.

Как решить эту сложную задачу? Во – первых, все новые магистрали должны быть построены с применение инновационных технологий в сфере методов проектирования, укладки дорожного покрытия, использования новых материалов и конструкций, позволяющих продлить работоспособность отремонтированных дорог на 25-35 лет. Такими инновациями является применение в строительстве биотехнологий, новых геосинтетических материалов для армирования дорожного полона, укрепления откосов, различных добавок в асфальтобетон, в том числе измельченной до размера наночастиц автомобильной крошки на основе переработки отработанных автомобильных покрышек, устройство основания дороги не из рыхлых материалов типа щебня, а из материалов укрепленных минеральновяжущим цементом, известью. Переход на технологию цементобетонных жестких покрытий дорог одновременно решает проблему радикального повышения грузоподъемности и долговечности автотрасс, и может значительно уменьшить объемы затрат не только песка и щебня, но и слишком дорогого теперь битума, применяемого в России для строительства автодорог. Пока что протяженность цементобетонных дорог в нашей стране невелика. По федеральным дорогам она составляет 2700 км.

Маршрутный метод ремонта – «ноу-хау», позволяющее вести ремонтные работы на больших, «протяженных» участках трасс. Широкое распространение при ремонте региональных участков федеральных трасс получила технология ресайклинга. Это метод, при котором для строительства новой дороги повторно перерабатывается старое дорожное полотно, снимаемое с помощью специальной техники – ресайклера. Измельченный материал смешивается с вяжущим (битумом или цементом), а затем используется повторно.

Во - вторых – планирование строительства платных дорог. Первые платные дороги появились в России еще в начале 2000-х годов (трасса «Дон»). Трасса "Дон" не единственный масштабный проект федеральных властей: в 2014г. должно завершиться строительство первого участка платной магистрали Москва - Санкт-Петербург (43 км). На выезде из Москвы трасса будет 10-полосная, в Московской и Ленинградской областях - 8-полосная, в Тверской и Новгородской - 6-полосная. Эта трасса должна стать самой быстрой на территории России, расчетная скорость - 150 км/час. Весь проект скоростной дороги Москва-Санкт-Петербург длиной в почти 650 километров оценивается в 200-240 миллиардов рублей. На магистрали планируется также построить до 32 развязок, 85 мостов и 167 путепроводов.

На дороге М1 "Беларусь" до 2015г. платными станут обновленные 200 км на территории Московской и Смоленской областей. Здесь опробуют пилотный проект, при котором оплачивать проезд автовладельцы станут стикерами (абонементами), которые можно будет купить в любом сервисном пункте вдоль трассы. Информация с них будет считываться специальными устройствами. Впоследствии эту схему планируется внедрить и на других российских магистралях.

По данным Федерального дорожного агентства, сегодня в стране свыше 450 км трасс эксплуатируются на коммерческой основе. Однако уже через 5 лет - к 2016г. - их протяженность должна увеличиться в 6,7 раза - до 3 тыс. км. В соответствии с транспортной стратегией РФ на период до 2030 г. предусматривается поэтапное внедрение принципа платности пользования автомобильными дорогами. Основная схема строительства платных автодорог при этом следующая: государство предоставляет участок земли и частичное софинансирование, а частный инвестор, вкладывая частные и заемные средства, строит новую высококачественную магистраль и получает право взимать плату за проезд по ней на оговоренный срок.

Между тем эксперты и автомобилисты до сих пор так и не сошлись во мнении, нужны ли в РФ коммерческие магистрали. Одни говорят об отсутствии достойных альтернатив и высоком ценнике. Недавно принятые поправки в федеральный закон о платных дорогах разрешают властям любого уровня (от федерального до местного) сделать из бесплатных трасс платные, как целиком, так и частями. Цены не регламентируются, проще говоря, региональные чиновники могут устанавливать их по своему хотению, что они вполне успешно и делают. Другие уверяют, что спрос на такие услуги будет всегда. Как бы то ни было, в настоящее время федеральные власти вынашивают множество планов по строительству платных дорог, а вот что из этого получится, будет понятно лишь после ввода их в эксплуатацию [11].

Третье направление - заключение долгосрочных контрактов, включающих проектирование, строительство или реконструкцию, ремонт и содержание автомобильных дорог или так называемых контрактов жизненного цикла дороги (КЖЦ).

Предполагается, что эта бизнес-схема создаст условия для привлечения частных инвесторов в инфраструктурные проекты, а также будет стимулировать строительных подрядчиков к ответственному исполнению взятых на себя обязательств. Заложенные в КЖЦ концессионные механизмы таковы, что плохая дорога попросту разорит недобросовестного исполнителя [3].

В-четвертых это, конечно же, увеличение бюджетных расходов на строительство, реконструкцию и ремонт дорожной сети. Основным источником финансирования дорожного хозяйства являются возрожденные в 2011 г. Федеральный и региональные дорожные фонды.

Запланированный объём отчислений в Федеральный дорожный фонд в 2011 году составлял 386,7 млрд. руб. (в 2013 г. он вырастет до 408 млн. руб., а к 2020 г. в Федеральном и региональных дорожных фондах будет аккумулировано более 8 трлн. рублей., из них 2,7 триллионов на строительство и реконструкцию дорог, а 1,8 трлн. руб. на ремонт и содержание дорог [4].

Развивая все эти направления можно будет надеяться, что российские автомобильные дороги по своему качеству будут соответствовать зарубежным аналогам. Единственное, что не подлежит сомнению, это то, что уже созданная дорожная сеть является национальным богатством страны, и заслуживает к себе отношения именно как к национальному богатству, которое нужно беречь, преумножать и эффективно использовать.

БИБЛИОГРАФИЯ

1.  «О транспортной стратегии Российской Федерации». Распоряжение Правительства РФ от 01.01.2001 N 1734-р (по состоянию на июль 2011г.)

2.  "Российская газета" - Спецвыпуск "Дороги России" № 5от 01.01.2001.

3.  Российская газета"- Спецвыпуск «Экономика. Транспорт» № 5от 01.01.2001.

4.  «Российская газета» - Спецвыпуск «Экономика. Дорожное строительство» № 000(17) от 27.

5.  ru. wikipedia. org.wiki

6.  www. *****/federalnoje/ea-instrukcii/y2a. htm

7.  www. *****/info/transportnaya-strategiya-rossiiskoi-federatsii-na-period-do-2030-goda

8.  www. *****

9.  Архив›251/v-ekol1

10.  www. necok. *****

11.  http://top. *****/economics/26/07/2011/607330.shtml

УСИЛИТЕЛИ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ И ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме

Гидравлический усилитель руля (ГУР) не только обеспечивает комфорт, но и повышает безопасность движения. Он помогает водителю сохранить контроль над автомобилем даже в случае разрыва передней шины. Надежность этого дорогостоящего устройства зависит от своевременного обслуживания.

К появлению усилителей привела необходимость снизить усилие, прилагаемое водителем к рулевому колесу, что особенно важно для грузовых автомобилей. Даже при сложном устройстве и, как следствие, высокой стоимости гидроусилители получили большое распространение благодаря тому, что помимо основной функции (усиления) они:

позволяют уменьшить передаточное отношение рулевого механизма. Это снижает количество оборотов руля между его крайними положениями и, соответственно, увеличивает маневренность;

смягчают удары, передаваемые на руль от неровностей дороги, снижая утомляемость водителя и помогая удержать руль при разрыве передней шины;

сохраняют возможность управления автомобилем при выходе усилителя из строя;

обеспечивают «чувство дороги» и кинематическое следящее действие.

Усилитель руля представляет из себя гидравлическую систему, состоящую из следующих элементов.

Насос – обеспечивает давление и циркуляцию рабочей жидкости в системе. Наибольшее распространение получили пластинчатые насосы благодаря их высокому КПД и низкой чувствительности к износу рабочих поверхностей. Насос крепится на двигателе, а его привод осуществляется ременной передачей от коленчатого вала.

Распределитель – направляет (распределяет) поток жидкости в необходимую полость гидроцилиндра или обратно в бачок. Если его золотник (подвижный элемент) перемещается при этом поступательно - распределитель называют осевым, если вращается - роторным. Он может находиться на элементах рулевого привода или на одном валу с рулевым механизмом. Распределитель – это прецизионный (высокоточный) узел, очень чувствительный к загрязнению масла.

Гидроцилиндр – преобразует давление жидкости в перемещение поршня и штока, который через систему рычагов поворачивает колеса. Может быть встроен в рулевой механизм или располагаться между кузовом и элементами рулевого привода.

Рабочая жидкость (специальное масло) передает усилие от насоса к гидроцилиндру и смазывает все пары трения. Резервуаром для жидкости служит бачок. В нем расположен фильтрующий элемент, а в пробке - щуп для определения уровня.

Соединительные шланги обеспечивают циркуляцию жидкости по системе усилителя. Шланги высокого давления соединяют насос, распределитель и гидроцилиндр, а по шлангам низкого давления жидкость поступает в насос из бачка и возвращается в него из распределителя.

В современных автомобилях электронный блок корректирует работу гидроусилителя в зависимости от скорости движения. Это дополнительно повышает безопасность на высокой скорости, так как водителю сложнее резко (непроизвольно) повернуть руль и, соответственно, отклонить автомобиль от траектории.

При неподвижном рулевом колесе золотник удерживается в среднем (нейтральном) положении центрирующими пружинами. Полости распределителя соединены между собой так, что жидкость свободно перетекает из нагнетательной магистрали в сливную. Насос усилителя работает только на прокачку жидкости по системе, а не на поворот колес.

При повороте руля золотник перемещается и перекрывает сливную магистраль. Масло под давлением поступает в одну из рабочих полостей цилиндра. Под действием жидкости поршень со штоком поворачивает колеса. Они, в свою очередь, перемещают корпус распределителя в сторону движения золотника. Как только рулевое колесо перестает вращаться, золотник останавливается и корпус его «догоняет». Восстанавливается нейтральное положение распределителя, при котором опять открывается сливная магистраль и прекращается поворот колес. Так реализуется кинематическое следящее действие усилителя - обеспечение поворота колес на угол, задаваемый водителем при вращении руля.

«Чувство дороги» - это обратная связь от управляемых колес через усилитель к рулю. Дает информацию об условиях, в которых происходит поворот колес. Для этого, как и на автомобиле без усилителя, на скользкой дороге руль должен поворачиваться легче, чем на сухом асфальте. «Чувство дороги» (силовое следящее действие) помогает водителю правильно работать рулем в любых условиях. Для его осуществления в различных конструкциях распределителей предусмотрены плунжеры, камеры или реактивные шайбы. Чем больше сопротивление повороту колес, тем выше давление в цилиндре и распределителе. При этом одна из реактивных шайб с большим усилием стремится вернуть золотник обратно в нейтральное положение. В результате руль становится «тяжелее».

При наезде на препятствие (например, камень) оно воздействует на управляемые колеса, стремясь их повернуть, что особенно опасно на высоких скоростях. Колеса, начав вынужденный поворот, перемещают корпус распределителя относительно золотника, перекрывая сливную магистраль. Масло под давлением поступает в полость цилиндра. Поршень передает усилие на колеса в обратном направлении, не позволяя им поворачиваться дальше. Так как ход золотника небольшой (около 1 мм.), автомобиль практически не изменит направление движения. Гидроусилитель не только облегчает водителю поворот колес, но и оберегает пальцы его рук от ударов спицами руля при наездах на препятствия. Небольшой толчок на руле все же будет ощущаться из-за реактивных шайб, давление над которыми возрастет.

В случае прекращения работы насоса (например, при обрыве ремня привода) возможность управления автомобилем сохраняется. Усилие от рулевого механизма в этом случае будет передаваться самим золотником на корпус распределителя и далее на колеса. Жидкость, перетекая через перепускной клапан из одной полости гидроцилиндра в другую, практически не будет препятствовать повороту колес.

В состав системы электроусилителя руля (ЭУР) входит электродвигатель, сервопривод, датчики крутящего момента и угла поворота руля, блок управления. Также может устанавливаться датчик скорости вращения руля. Электродвигатель - современный, бесщеточный. Конструкция сервопривода может быть различной, в зависимости от типа автомобиля. Датчик крутящего момента - основной датчик системы. В разрез рулевого вала встраивается торсион. Элементы датчика устанавливаются на разных его концах. Принцип его работы может быть различным (например, магнитный или оптический).

При повороте рулевого колеса происходит закручивание торсиона. Чем больше усилие - тем больше закручивается торсион. По величине изменения взаимного положения частей датчика оценивается величина приложенного усилия. Угол поворота руля также измеряется соответствующим датчиком. Кроме этого, блок управления получает данные о скорости автомобиля от системы ABS и об оборотах двигателя от контроллера. На основании этих параметров электронный блок управления рассчитывает значение необходимого вспомогательного усилия на руле и подает на электродвигатель питание нужной величины и полярности. Электродвигатель через сервопривод либо вращает рулевой вал, либо перемещает рейку.

Вариантов конструктивного исполнения узлов ЭУР существует множество. Для примера рассмотрим электроусилители, производимые одним из лидеров рынка компанией ZF под маркой Servolectric. В зависимости от типа автомобиля различаются и применяемые ЭУР. На компактных легковых автомобилях усилители устанавливаются на рулевую колонку, на автомобилях среднего класса вспомогательное усилие передается на рейку с помощью дополнительной шестерни, а на внедорожниках и легких коммерческих машинах применяется так называемая «параллельно-осевая» (paraxial) конструкция.

На легких автомобилях большое усилие от ЭУР не требуется, поэтому и электродвигатель, и сервопривод получаются настолько компактными, что легко умещаются под рулем в салоне автомобиля. Заодно там же размещаются и датчики. Таким образом, вся конструкция надежно защищена от пыли, грязи и высоких температур подкапотного пространства, что благоприятно сказывается на надежности.

На автомобилях среднего класса устанавливается ЭУР с двумя шестернями. Через одну шестерню на рейку передается усилие от руля, а через другую - вспомогательное усилие от электромотора.

Чтобы создать большое дополнительное усилие применяется ЭУР параллельно-осевой конструкции. Для преобразования вращательного движения электродвигателя в линейное перемещение рулевой рейки используется зубчато-ременной привод и механизм «винт - гайка на циркулирующих шариках». Гайка, вращаемая зубчатым ремнем, через шарики перемещает ось рейки. Шарики циркулируют по резьбе, возвращаясь через специальный канал в гайке.

При любом конструктивном исполнении в случае поломки водитель может продолжать безопасно управлять транспортным средством благодаря наличию механической связи между рулем и управляемыми колесами.

Главными преимуществами электроусилителя по сравнению с гидроусилителем являются экономичность и надежность. ЭУР не отбирает мощность у двигателя, что позволяет экономить от 0,4 л до 0,8 л топлива на 100 км пути в зависимости от режима движения. Это, в свою очередь, снижает выбросы углекислого газа от 10 до 20г/км. ЭУР вступает в работу только при вращении руля, при движении по прямой он не потребляет энергии. Конструктивно электроусилитель компактнее и легче гидроусилителя и не требует обслуживания. Работа электроусилителя отличается более низким уровнем шума. Стоимость ЭУР ниже, однако его ремонт обойдется гораздо дороже, потому что при поломке вышедшие из строя узлы меняются целиком.

Электронная «сущность» ЭУР наделяет его широкими возможностями по настройке значения вспомогательного усилия в зависимости от условий движения и типа транспортного средства. Чем выше скорость - тем меньше усилие и «тяжелее» руль. При желании водитель может отключить ЭУР от датчика скорости кнопкой на панели приборов. В этом случае руль постоянно «легкий», что облегчает вождение в городских условиях. Одна и та же модель электроусилителя может быть легко программно перенастроена для разных моделей автомобилей. ЭУР обладает функциями автовозврата руля в первоначальное положение и автоматического удержания колес в среднем положении (например, при разном давлении в шинах).

Интеграция с другими электронными системами автомобиля позволяет использовать ЭУР для:

-  стабилизации автомобиля, например, при резком объезде неожиданно возникшего препятствия;

-  удержания автомобиля на полосе движения;

-  помощи при парковке.

БИБЛИОГРАФИЯ

1.  Вахламов . Основы конструкции : Учебник. - 5-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия".- 2010.

2.  , . Устройство автомобилей. Издательство: Форум. – 2010.

3.  Соргеев . Конструкция и элементы расчета: учебное пособие / , . - М.: Изд-во МГОУ. – 2009

4.  *****

5.  *****

6.  avtonov. svoi. info

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ: ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И ПЛАНЫ НА БУДУЩЕЕ

студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме

В этом году двигатель внутреннего сгорания будет праздновать свой 152-й день рождения, так как в далеком 1860 году, когда по всему миру «царствовали» конные экипажи, гражданин Франции механик Э. Ленуар сконструировал первый рабочий газовый двигатель. Этот мотор был достаточно капризен и несовершенен, что, в принципе, не странно. Через долгих 6 лет достаточно хорошо известный изобретатель Н. Отто предложил миру свою, довольно совершенную по тем временам конструкцию 4-тактного газового двигателя. Прообразом же двигателя внутреннего сгорания послужила в первую очередь паровая машина, так как единственное принципиальное отличие – отсутствие достаточно громоздкой парокотельной установки. С «потерей» парового агрегата в процессе эволюции ДВС приобрел свои плюсы: значительно больший КПД, меньшую массу и размеры.

В нашей же стране ДВС был «изобретен» только в 80-х годах XIX века, именно в это время наш соотечественник работал над конструкцией бензинового карбюраторного двигателя. Дальнейшее же развитие ДВС связано в первую очередь с именем немецкого инженера Рудольфа Дизеля, так как в 1897 году именно он предложил использовать сжатие для воспламенения топлива. Это было рождением двигателей, работающих на тяжелом топливе, – дизельных двигателей.

Время, прошедшее со времени сотворения первого ДВС, безусловно, повлияло и на концепцию создания современного поршневого автомобильного двигателя. Девиз двигателя наших дней – больше мощность, меньше расход. Казалось бы, эти два понятия противостоят друг другу, но, оказывается, это не так. И для того, чтобы это подтвердить, конструкторы различных автомобильных компаний не спят ночами, придумывая различные системы, позволяющие поднять КПД двигателя до предела.

Для того чтобы понять, в каком направлении в дальнейшем будет развиваться двигателестроение, необходимо уяснить, какие препятствия стоят на пути. А препятствия следующие: механические потери, неполное использование энергии сгорания топлива, вопросы, связанные с экономичностью, высокая себестоимость современных двигателей и систем управления, увеличение массы мотора, улучшение характеристик двигателя.

Начнем по порядку. Механические потери в современных двигателях можно снизить несколькими способами.

Во-первых, значительно ужесточить допуски на изготовление деталей двигателей.

Во-вторых, необходимо уменьшить инерционность кривошипно-шатунной системы, то есть необходимо максимальное облегчение поршней, шатунов, коленчатого и распределительного вала, а также маховика. Недаром в современных моторах используются поршни с короткой «юбкой», изготовленные на основе алюминиевых сплавов. Распределительные валы изготавливаются пустотелыми по следующей технологии: на охлажденную в жидком азоте трубчатую заготовку вала насаживаются отдельно изготовленные кулачки. Маховик делают максимально легким, чтобы не утруждать двигатель вращением лишней массы, да и отклик на нажатие педали газа при этом сократится.

В-третьих, необходимо упомянуть современные моторные масла с низкой вязкостью, которые тоже делают небольшой вклад в копилку увеличения КПД, так как снижаются потери на трение, как при перекачке по масляным каналам, так и внутри самого масла.

В-четвертых, расширить применение различных антифрикционных покрытий, способных значительно уменьшить силу трения, а также использование деталей, изготовленных на основе соединений нитрида и карбида кремния, то есть керамики.

Но дело в том, что вне зависимости от того, кто какой концепции придерживается, все используют практически одинаковые технологические наработки. Сегодня, например, невозможно увидеть современный двигатель с двумя клапанами на цилиндр. «Почему?» – спросите вы. Да потому, что применение многоклапанного (от 3 до 5 клапанов на цилиндр) газораспределения позволяет снизить насосные потери и увеличить мощность и экономичность двигателя. За примером далеко ходить не надо: попробуйте закрыть одну ноздрю и пробежать метров 300, а потом повторить эксперимент без наложенных ранее ограничений. Почувствовали разницу? То же самое происходит и с двигателем. Кстати говоря, стоит вспомнить наш автопром, а именно 4‑цилиндровые 8‑ и 16‑клапанные двигатели АвтоВАЗа: при одинаковом объеме 1,5 литра один из них выдавал 78 л. с., а другой – 92.

Кроме многоклапанного газораспределения применяются фазовращатели на газораспределительных валах, с помощью них осуществляется постоянная регулировка фаз впуска и выпуска. Особенно в этой области преуспели немецкие и японские инженеры. Например, система VANOS от BMW, которая впервые появилась на моторе серии М50 в 1992 году и позволяла регулировать фазы открытия и закрытия только впускных клапанов. Через некоторое время появилась система BI-VANOS, которая заведовала уже как впускными, так и выпускными клапанами.

Необходимо отдельно упомянуть системы регулирования величины подъема клапанов (Honda i-VTEC, BMW Valvotronic, Porsche VarioCam Plus), благодаря которым значительно улучшаются как характеристики двигателя, так и топливная экономичность. Для примера рассмотрим знаменитую систему Valvetronic от компании BMW. Разрабатывая эту системы, инженеры решили кардинально отказаться от дроссельной заслонки, хотя в процессе доводки ее все-таки оставили, она стала служить для диагностики системы Valvetronic и находится постоянно в открытом положении. Регулирование количества воздушной смеси в системе Valvetronic должно было происходить за счет изменения величины подъема клапанов, то есть сам клапан при этом выполнял функцию дроссельной заслонки. Для этого был разработан специальный механизм, позволявший регулировать подъем клапана в пределах от 0 до 10 мм.

Кроме таких высокотехнологичных мер, как электропривод помпы, отключаемый генератор, электроусилитель руля, применяемых для увеличения экономичности двигателей, используются также и другие, более радикальные способы. Например, отключение части цилиндров на холостом ходу или в режимах частичных нагрузок у многоцилиндровых двигателей. Причем до недавнего времени этими системами пользовались в основном американские конструкторы, взять хотя бы систему отключения цилиндров Displacement-on-Demand («рабочий объем по требованию») от компании General Motor. Замысел системы достаточно прост: по достижении двигателем рабочей температуры электроника начинает опрашивать различные датчики, и если она обнаруживает, что мотор работает в режиме частичной нагрузки, то прекращает подачу топлива в половину цилиндров, то есть в 4. Максимальный достигнутый эффект экономии топлива составил 25% от номинального, и это достаточно неплохой результат.

Повысить экономичность и КПД двигателя можно также с помощью более совершенной системы зажигания. Достаточно вспомнить знаменитые моторы с системой Twin Spark от Alfa-Romeo, где использованы две свечи на цилиндр. Эта система, как, в принципе, и многое другое, перекочевала в автомобильное двигателестроение с авиационных двигателей еще в 20‑е годы прошлого столетия. Вторая свеча зажигания позволила обеспечить более полное сгорание топлива, отчего увеличился КПД, да плюс ко всему прочему снизилось потребление топлива и увеличилась детонационная стойкость.

Невозможно не упомянуть в нашем разговоре о современных веяниях двигателестроения: непосредственном впрыске топлива в цилиндры. Идея подавать топливо непосредственно в цилиндры достаточно не нова, впервые ее воплотили в жизнь инженеры компании Robert Bosch еще в 30‑х годах XX века при конструировании авиационных двигателей, причем управление системой было механическим. Долгое время система непосредственного впрыска топлива не находила должного применения, хотя периодически появлялись автомобили, оснащенные ею. Свое второе рождение система непосредственного впрыска пережила в начале 90‑х годов прошлого века, когда стали появляться достаточно надежные и современные электронные системы управления.

Большой шаг в развитие и внедрение этих систем сделала компания Mitsubishi со своими двигателями GDI. Уникальность этого двигателя была в том, что он мог работать на сверхобедненной топливовоздушной смеси, в которой соотношение бензина к воздуху по массе достигало 40:1, это при том, что идеальное соотношение 14,7:1. То есть настолько обедненная смесь вообще не должна была гореть, но благодаря специальной форме поршня и узконаправленного факела распыла смесь с идеальным стехиометрическим составом попадала прямо на свечу зажигания, хотя по всему объему цилиндра была очень бедной. В данном двигателе было организовано три режима работы системы.

Первый – впрыск топлива происходил на тактах впуска и сжатия, этот режим был необходим для увеличения крутящего момента на малых оборотах двигателя.

Второй – впрыск в момент впуска, этот режим применялся для достижения двигателем максимальной мощности.

Третий режим – режим впрыска обедненной смеси на такте сжатия применялся для увеличения топливной экономичности на режимах малой нагрузки и холостого хода.

Отдельно стоит сказать о том, что впрыск бензина непосредственно в камеру сгорания позволяет повысить детонационную стойкость двигателя, так как при испарении бензин забирает часть тепла у нагретого в цилиндре воздуха. Этот фактор позволяет повысить степень сжатия и, соответственно, еще больше уменьшить расход топлива. При всех своих преимуществах, а именно увеличении мощности, топливной экономичности и уменьшении выбросов вредных веществ, двигатель получился достаточно дорогим, так как в нем применялись высокотехнологичные компоненты.

То, что произойдет в мире двигателестроения в ближайшие 10 лет, предсказать достаточно сложно, но определить генеральные линии развития все-таки можно. Самое главное направление – это гибридизация, причем пока акцент, надо сказать, ставится на бензино-электрический тандем, хотя дизельно-электрическое сотрудничество, более оправданно, особенно если главной целью является экономия топлива, а не маркетинговые хитрости. «Игры» с водородом, скорее всего, прекратятся, так как выгода от автомобилей, оснащенных двигателями на сверхлегком топливе, достаточно туманна. Необходимо сначала получить водород, а из водорода уже с помощью дорогущих топливных элементов – электричество.

Скорее всего, достаточно скоро будет представлен двигатель, оснащенный гидравлическим или электромагнитным приводом клапанов. Это новшество позволит отказаться сразу от двух систем: регулировки фаз газораспределения и величины подъема клапанов. Да и КПД от этого нововведения тоже подрастет, так как не нужно будет приводить во вращательное движение массивные элементы системы газораспределения. Хотелось бы наконец увидеть и серийный двигатель, оснащенный системой регулировки степени сжатия, теоретически он должен стать очень экономичным.

Дальнейшее развитие получат и маленькие «злые» моторчики, оснащенные турбонаддувом, так как соотношение лошадиных сил и крутящего момента к единице массы у них достаточно велико. К выхлопной трубе, кстати говоря, может переехать и генератор, так как энергия выхлопных газов имеет большую величину, а практически не используется. Говоря о двигателях, не стоит забывать дизельные моторы, они, скорее всего, и получат численное превосходство в будущем, потому что уже сегодня в Европе продается больше дизельных автомобилей, чем бензиновых.

БИБЛИОГРАФИЯ

1.  avtohim-rost. *****

2.  *****

3.  *****

4. 

5.  *****

РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ОБСЛУЖИВАНИИ И РЕМОНТЕ АВТОМОБИЛЕЙ

, ст преподаватель филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в

г. Вязьме, студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме

В настоящее время автомобильный транспорт является наиболее массовым и удобным видом транспорта, обладающий большой маневренностью, хорошей проходимостью и приспособленностью для работы в различных климатических и географических условиях. Он является эффективным средством для перевозок грузов и пассажиров. Автомобильная промышленность систематически работает над улучшением технологических процессов обеспечения работоспособности с целью обеспечения безотказности, долговечности и улучшению технического состояния автомобильного транспорта.

Основанием и исходными данными для разработки темы реферата является необходимость информирования специалистов автомобильного комплекса о современном состоянии и направлениях развития технологических процессов обеспечения работоспособности автомобилей. Проблема технической надежности автомобилей является комплексной и предполагает использование современных методов проектирования, контроля технологических процессов.

Актуальность проблемы. Проблема улучшения технологических процессов обеспечения работоспособности современных автомобилей, уменьшения вероятности рисков неисправностей при эксплуатации транспортного средства обусловлена постоянно возрастающими требованиями потребителей – её решение базируется на комплексном применении современных методов проектирования, производства и технического обслуживания автомобильных узлов.

Научная новизна заключается в следующем: основы применения технологических процессов; современных легковых и грузовых автомобилей; рассмотрение основных схем применения объектов исследования в обеспечении работоспособности современного автомобиля; перспективы развития и пути решения проблем объектов исследования; оценка эффективности использования перспективных технологических процессов обеспечения работоспособности современных легковых и грузовых автомобилях; перспективы адаптирования технологических процессов к применению в реальном масштабе времени; перспективы совершенствования объектов исследования в направлении облегчения технического обслуживания и ремонта.

Ремонт или обслуживание автомобиля, его узлов выполняется по определенной технологии. Технология ТО и ТР автомобиля – это совокупность методов изменения его технического состояния с целью обеспечения работоспособности.

Технологический процесс – это совокупность операций, выполняемых планомерно и последовательно во времени и пространстве над автомобилем (агрегатом).

Операция – законченная часть технологического процесса, выполняемая над данным объектом (автомобилем) или его элементом одним или несколькими исполнителями на одном рабочем месте.

Часть операции, характеризуемая неизменностью применяемого оборудования или инструмента, называется переходом. На проведение технического обслуживания и текущих ремонтов специализированными проектными организациями разрабатываются типовые технологии, которые для каждого конкретного АТП требуют привязки с учетом категории условий эксплуатации и особенно состояния производственно-технической базы.

Технологические процессы на технические обслуживания требуют минимальной привязки. Вызвано это тем, что периодичность и объем каждого вида обслуживания регламентированы, существует перечень работ по узлам (агрегатам), оценена трудоемкость этих работ.

Привязка технологических процессов на текущий ремонт сложнее, поскольку отказы автомобиля случайны по месту, времени, трудоемкости и количеству возникновения, труднее поддаются регламентации.

При внедрении технологических процессов следует учитывать оснащенность рабочих постов оборудованием, инструментом, приборами, технологической документацией, проводить обучение исполнителей выполнению закрепленных операций и соблюдению технических условий. Правильно организованный технологический процесс обеспечивает оптимальные затраты и безопасность труда, высокое качество работ, сокращение передвижения исполнителей, особенно, если один человек выполняет несколько операций, уравнивание загрузки между исполнителями и постами, персональную ответственность за качество выполнения закрепленных операций. Совокупность технологических процессов технического обслуживания и текущего ремонта представляет собой производственный процесс автотранспортного предприятия.

Технологический процесс ТО и его организация определяются количеством рабочих постов и мест, необходимых для выполнения производственной программы, технологическими особенностями каждого вида воздействия, возможностью распределения общего объема работ по постам с соответствующей их специализацией и механизацией.

Основным структурным элементом производственных зон автотранспортного предприятия является рабочее место или рабочий пост.

Рабочее место – это зона трудовой деятельности исполнителя, оснащенная технологическим оборудованием, приспособлениями и инструментом для выполнения конкретной работы. Рабочий пост – это участок производственной площади, оснащенный технологическим оборудованием для размещения автомобиля и предназначенный для выполнения одной или нескольких однородных работ. Пост включает одно или несколько рабочих мест. Рабочие места в условиях современного автотранспортного предприятия представляют собой систему неразрывно, связанных звеньев. Эта связь определяется единством производственного процесса, пропорциональным соотношением сменных заданий на всех рабочих местах, коммуникацией промышленных разводов, подающих сжатый воздух, электроэнергию, охлаждающую жидкость, смазочные материалы и т. д. Соответствие рабочего места данными условиями выясняется на основании его аттестации.

Совокупность технологических процессов представляет собой производственный процесс предприятия. Оптимизация технологических процессов позволяет применительно к конкретным условиям производства определить наилучшую последовательность выполнения работ, обеспечивая высокую производительность труда, максимальную сохранность деталей, экономически оправданный выбор средств механизации и диагностики.

Завершенная часть технологического процесса, выполняемая одним или несколькими исполнителями на одном рабочем месте называется технологической операцией.

Часть операции, характеризуемая неизменностью оборудования или инструмента, называется переходом. Переходы технологического процесса могут быть расчленены на движения исполнителя. Совокупность этих движений представляет собой технологический прием.

Изучение вопросов совершенствования организации технологических процессов показало, что до настоящего времени нет четких и обоснованных рекомендаций по методике расчета количества постов текущего ремонта, специализации постов, снижению вариации трудоемкости работ, организации диагностики при текущем ремонте, типизации технологических процессов текущего ремонта, комплекту технической документации по рациональной организации производства постовых работ и др.

Установлено, что в настоящее время существуют три основных метода расчета количества постов: по суммарной трудоемкости постовых работ; по дням простоя в ТО, и ТР автомобилей; вероятностный метод.

Имеющиеся рекомендации по специализации постов текущего ремонта автомобилей предусматривают до семи типов специализированных постов. При этом в большинстве случаев рекомендуется совместное производство работ технического обслуживания и крупнообъемного текущего ремонта автомобилей, что является нецелесообразно.

В настоящее время в АТП применяется большое количество вариантов планировок зон текущего ремонта с использованием разных типов осмотровых канав (тупиковых, проездных, изолированных, траншейных), а также с применением подъемников различной конструкции, приспособлений для замены агрегатов и оргоснастки. Такое многообразие используемого при текущем ремонте оборудования не имеет ни технологических, ни экономических обоснований.

В большинстве АТП при проведении работ применяются технологические процессы, имеющие существенные недостатки, что обусловливает большие простои автомобилей в ремонтах, потери рабочего времени и недостаточное качество ремонтных работ. Работы по текущему ремонту, как правило, выполняются на универсальных постах, оснащенных смотровыми канавами, или на напольных постах, которые не имеют полного комплекта оборудования, необходимого для механизации трудоемких работ, контроля качества выполненных ремонтов и обеспечения благоприятных условий труда.

Совершенствование эксплуатационных свойств автомобилей связано с усложнением их конструкций, и для качественного выполнения работ по их техническому обслуживанию и ремонту требуется использование современного сложного оборудования, приспособлений, контрольно-измерительных приборов, а также совершенствование технологических процессов.

Повышение эффективности производства, его интенсификация достигаются в значительной мере благодаря использованию принципиально новых прогрессивных технологий и технологических процессов. Рассматривая в общем виде технологию технического воздействия как способ и приемы, методы изменения технического состояния автомобиля с целью обеспечения его работоспособности, принято определять перечень входящих в нее технологических операций, базируясь на конструкции объекта обслуживания и требованиях к надежности агрегатов и систем автомобиля. Однако конструкция и технология должны подвергаться тщательному анализу. Технология формируется на начальном этапе заводом-изготовителем, затем совершенствуется и дополняется научно-исследовательскими и проектными организациями, приобретая форму нормативного документа - типовой технологии. Дальнейшее совершенствование технологии происходит в региональных проектных бюро, которые в соответствии с конкретными условиями АТО (производственными площадями, числом автомобилей и др.) предлагают организационную форму технологического процесса. Реализация предложенной ОФТП методами управления и материально-технического обеспечения представляет собой производственный процесс ТО и ремонта автомобилей. В рассматриваемом случае технология ТО и ремонта представляет собой упорядоченный перечень операций, обязательных при выполнении того или иного вида воздействий и составленных на основе анализа особенностей конструкции и надежностных характеристик деталей, агрегатов и систем автомобиля. Прогрессивность технологии можно оценить с использованием в комплексе таких показателей, как производительность труда, качество предоставляемых услуг и уровень безопасности и экологичность производства. Задача комплексной оценки состоит в том, чтобы выявить преимущества и недостатки различных проектных решений, вариантов технологий, комплектов оборудования, оценить экономическую эффективность, особенности технологии организаций и их производственных подразделений.

На основе анализа существующих технологий ТО и ремонта автомобилей разработана классификация факторов, влияющих на прогрессивность технологий.

Механизация работ оказывает первостепенное влияние на основные показатели технической эксплуатации - коэффициент технической готовности и затраты на ТО и ремонт. Поэтому сокращение трудоемкости работ, оснащение рабочих мест и постов высокопроизводительным оборудованием и на этой основе повышение механизации производственных процессов ТО и ремонта подвижного состава следует рассматривать как одно из главных направлений технического прогресса.

Технологические процессы обеспечения работоспособности автомобилей предназначены для полноценного функционирования составных частей автомобиля: двигателя, ходовой части, а также и всего автомобиля в целом. Оно также является техническим элементом ТО и ремонта. На автотранспортных предприятиях технологические процессы обеспечения работоспособности автомобилей и станциях технического обслуживания производится на постах, оснащённым необходимым технологическим оборудованием, документацией. Порядок проведения технологических процессов указан в документах.

Перспективны совершенствования технологических процессов обеспечения работоспособности заключаются не только в совершенствовании технологического оборудования с целью сделать его более точным, простым в использовании, ресурсосберегающим. К перспективам относится и совершенствование научной базы, повышение уровня знаний специалистов в этой области.

Технологические процессы обеспечения работоспособности проводится неэффективно, что отрицательно сказывается на техническом состоянии автомобиля его долговечности и безопасности, оценивая эффективность технологических процессов, следует отметить, значение модернизации и усовершенствование технологий, моментальное внедрение в производство перспективных технологических процессов способных в любой момент времени предоставлять качественный ремонт и диагностику автомобиля. В материале реферата представлены основные аспекты современного состояния и перспективы развития технологические процессов обеспечения работоспособности автомобиля. Современный инженер должен знать о целях, задачах, состоянии, технологическом процессе современного производства, уметь разрабатывать оборудование и техническую документацию.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7