Современные технологии и производство
Энциклопедия
Автомобильный транспорт
Автомобили вчера, сегодня, завтра
Немного истории
Первый экипаж с механическим двигателем назывался по-французски "вуатюр отомобиль" (коляска самодвижущаяся); затем "вуатюр" для краткости отбросили и осталось только слово "отомобиль", которое, в свою очередь, берет начало от греческого "ауто" (сам) и латинского "мобилис" (подвижной).
Построить самодвижущуюся коляску, автомобиль, пытались уже очень давно, и очень многие изобретатели. Даже в XVII в. были люди, оспаривавшие честь называться создателями экипажа, в который не нужно запрягать лошадей. Такие экипажи передвигались усилиями самих пассажиров или стоящих на запятках лакеев. В 1769-1770 гг. французский инженер Никола-Жозеф Кюньо построил первый паровой автомобиль-тягач для артиллерийских орудий. Машина Кюньо хранится в Парижском музее искусств и ремесел, а ее изображение стало эмблемой французского общества автомобильных инженеров. Но эта машина еще не была автомобилем в том смысле, как мы понимаем это слово сегодня. Не были настоящими автомобилями и английские паровые омнибусы XIX в. Паровая машина была слишком тяжела, требовала большого запаса воды и топлива, длительной подготовки к действию - разведению паров.
Паровые омнибусы двигались медленно, разрушали и без того плохие дороги. Они не выдержали соревнования с железными дорогами и с появившимися в 80-х годах автомобилями, для которых источником энергии служил двигатель внутреннего сгорания. Этот новый двигатель был сравнительно легким, мощным и всегда готовым к действию. Все же паровая машина сыграла важную роль в автомобильной технике. С ее помощью была доказана сама возможность механического передвижения, были опробованы и усовершенствованы механизмы будущего автомобиля - рулевая трапеция, дифференциал, тормоза. Осталось от нее и слово "шофер", что по-французски означает "кочегар".
Изобретателями автомобиля считаются немцы Карл Бенц и Готлиб Даймлер. Их повозки, в отличие от множества других, оказались работоспособными и были запатентованы в 1885 г.
Первые автомобили выглядели очень смешно по нашим меркам. Это были обыкновенные кареты и коляски, только без вожжей, оглоблей и с бензиновым двигателем вместо лошадей. Надо заметить, что в конструкции автомобиля и по сей день сохранилось многое от коляски, конечно в измененном виде: колеса, оси, рессоры, рама, кузов, тормоза. В кузове помещаются пассажиры или груз, а колеса и оси служат для того, чтобы кузов с нагрузкой мог передвигаться по дороге. Колеса и оси подвешены к раме на рессорах. Эта система подвески поглощает удары колес на неровной дороге, защищает кузов от тряски. Подобную задачу выполняют и надетые на колеса и наполненные сжатым воздухом шины, которые появились почти одновременно на экипажах, велосипедах и автомобилях в конце XIX в. Тормоза служат для замедления хода автомобиля, вплоть до полной остановки. Когда-то их делали в виде колодок, или башмаков, которые кучер (или шофер) прижимал к шинам посредством рычага. Первые автомобили были открытыми, и, чтобы защититься от ветра, дождя, пыли и грязи, автомобилисты надевали тяжелые меховые шубы, кожаные шлемы и большие очки. Позже появилось ветровое стекло, а затем и застекленный закрытый кузов для пассажиров. Шофер, как и кучер, продолжал мерзнуть на открытом "облучке".
Двигатель ставили под сиденьями или между ними, передачу движения от него к колесам осуществляли ремнями или цепью, как у велосипеда, а для управления применяли либо поворотную ось, как у пролеток, либо одно переднее (велосипедное) колесо. Все эти устройства не оправдали себя: увеличивавшийся в мощности и размерах двигатель не размещался под сиденьем, ременная и цепная передачи оказались ненадежными, единственная передняя точка опоры не обеспечивала устойчивости автомобиля.
Пересмотр главных частей машины привел в начале XX в. к так называемой классической компоновке, применявшейся до недавнего времени почти на всех автомобилях. Двигатель и радиатор для его охлаждения расположены перед кузовом. Усилие от двигателя передается задним (ведущим) колесам через механизм сцепления, коробку перемены передач, карданный вал, главную передачу и полуоси заднего моста. Система рулевого управления воздействует на передние (направляющие) колеса.
К этому же времени относится окончательная победа бензинового автомобиля над соперничавшими с ним паровым и электрическим. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания оказались удобнее в эксплуатации. Правда, сейчас, через три четверти века, вновь обсуждается вопрос о возвращении к паровым и особенно электрическим автомобилям, но причины этого иные, и о них речь впереди.
Ранний и современный автомобили "классической схемы" имеют немало общего, например расположение двигателя, привод на задние колеса. Но многое в корне изменилось: коробка перемены передач 8 присоединена к двигателю 3, а главная передача и дифференциал 11 - к заднему мосту; цепная передача 12 уступила место карданной 9, передние рессоры 2 - пружинам, открытый кузов - закрытому несущему 10, к которому крепятся все механизмы, а рама 4 устранена. Прочие обозначения: 1 - радиатор охлаждения двигателя; 5 - рулевое управление; в - механизм сцепления; 7 - рычаги тормоза; 13 - задняя подвеска; 14 - бак для топлива.
Виды компоновок современных автомобилей и их колесные формулы. На двух нижних правых схемах дано сравнение длины платформы при капотной компоновке и при передней кабине.
Вначале автомобили изготовлялись в маленьких кустарных мастерских, где все делалось вручную, а поэтому и автомобили стоили очень дорого.
В царской России серийное производство автомобилей было налажено только в 1908 г. на рижском Русско-Балтийском вагоностроительном заводе. Но и там почти все части машины делались вручную, и за 1 лет завод выпустил около 500 легковых и грузовых автомобилей. Один из них демонстрируется в Государственном политехническом музее в Москве.
Первые автомобили советского производства -грузовой АМО-Ф15 и легковой НАМИ-1 - выпускались в 1924-1930 гг. в Москве, а массовое производство автомобилей началось в СССР после реконструкции завода АМО (ныне завод имени Лихачева -ЗИЛ) и постройки Нижегородского (ныне Горьков-ского) автозавода. К концу 30-х годов выпуск автомобилей в нашей стране достиг 200 тыс. в год. Уже тогда автомобили играли важную роль в народном хозяйстве - перевозили пассажиров в городах, миллионы кубических метров грунта на стройках первых пятилеток, доставляли на заготовительные пункты значительную часть урожая.
Значение отечественной автомобильной промышленности особенно возросло в годы Великой Отечественной войны. За годы войны автомобили перевезли свыше 145 млн. т военных грузов. Никогда не забудется подвиг автомобилистов на Дороге жизни - трассе, проложенной зимой 1941-1942 гг. по льду Ладожского озера для снабжения осажденного фашистами Ленинграда и для эвакуации на Большую землю его жителей. На автомобили устанавливали гвардейские минометы - знаменитые "катюши". Фронт получал от заводов броневики, полугусеничные артиллерийские тягачи, штабные и другие машины.
После войны наступил новый период развития советской автомобильной промышленности. Построены десятки заводов. Легковые автомобили выпускают теперь в Москве, Горьком, Запорожье, Ижевске, Луцке, Тольятти, Ульяновске; грузовые - в Москве, Горьком, Минске, Ульяновске, Миассе, Кременчуге, Кутаиси, Ереване, Набережных Челнах; самосвалы и другие специальные автомобили - в Жодине, Могилеве, Брянске, Мытищах (под Москвой), Саранске, Луцке, Фрунзе; автобусы - во Львове, Ликине (недалеко от Москвы), Павлове-на-Оке, Кургане, Риге, Энгельсе. Наша промышленность выпускает более 30 основных моделей автомобилей и сотни их разновидностей, а всего - более 2 млн. машин ежегодно.
Какие бывают автомобили
Издавна определились 3 основных вида автомобилей: транспортные (легковые, автобусы, грузовые), специальные и гоночные.
Легковыми считаются пассажирские автомобили с числом мест не более 8. Еще одним важным показателем легкового автомобиля считается рабочий объем цилиндров двигателя. Рабочий объем одного цилиндра - это произведение площади днища поршня на ход поршня от самого нижнего до самого верхнего положения. Иногда этот объем называют литражом. Отсюда пошли названия "малолитражный", "микролитражный". Прогресс техники привел к тому, что на 1 л рабочего объема приходится мощность 35 кВт и более (например, у "Москвича"), и даже небольшие по литражу двигатели стали пригодными для установки на большие быстроходные автомобили. Литраж теряет свое значение как мерило качества легкового автомобиля и сохраняется для условного деления на классы - особо малые автомобили, малые, средние, большие.
Автомобильные двигатели.
Двигатели эти бывают 3 видов: бензиновые,
дизельные и газовые. Первые рабо-, тают на бензине, вторые -
на дизельном топливе (соляровом масле), третьи - на генераторном или сжиженном
газе.
Основа любого двигателя - блок цилиндров - чугунная отливка с отверстиями (цилиндрами), в которые при сборке вставляются поршни. В последнее время все чаще блок отливают из алюминия, а чугунными делаются только стенки цилиндров - гильзы, которые запрессовывают в блок цилиндров.
В блоке может быть 4, 6 или 8 цилиндров (и соответственно поршней). Большее или меньшее число цилиндров встречается очень редко.
Каждый поршень связан с коленчатым валом с помощью шатуна. Один конец шатуна свободно качается внутри поршня на стальном пальце, а другой - опирается на шейку коленчатого вала с помощью подшипника. Сам коленчатый вал прикреплен к блоку цилиндров на нескольких коренных подшипниках. На заднем его конце насажен маховик, а на переднем - шестерня: она приводит во вращение кулачковый валик, управляющий клапанами, и насос, который впрыскивает в цилиндры двигателя горючее.
В цилиндрах двигателя сгорает смесь топлива и воздуха. Если эту смесь приготовляет особый блок - карбюратор, двигатель называют карбюраторным. Если горючая смесь образуется прямо в цилиндре, куда под давлением впрыскивается топливо в предварительно сжатый воздух, двигатель называют двигателем с непосредственным впрыском. Бензиновые двигатели по большей части карбюраторные, дизели - исключительно с непосредственным впрыском.
Чтобы двигатель заработал, нужно воспламенить горючую смесь, находящуюся в цилиндрах. У бензиновых и газовых двигателей для этого служит система зажигания: высоковольтная катушка, вырабатывающая электрический ток напряжением около 20 кВ; распределитель, направляющий ток высокого напряжения к нужному цилиндру; свечи зажигания, между электродами которых проскакивает электрическая искра, поджигающая горючую смесь. У дизельных двигателей воспламенение происходит само собой, потому что топливо впрыскивается в цилиндр, когда воздух там от сжатия нагревается до нескольких сотен градусов Цельсия.
Температура образующихся в цилиндрах двигателя газов при сгорании топлива достигает 2500° С. Чтобы он не расплавился, его охлаждают водой, которую насос подает через отверстия - водяную рубашку - блока цилиндров. Горячая вода охлаждается в радиаторе и снова поступает в рубашку. Можно охлаждать цилиндры и воздухом от вентилятора - так устроено охлаждение у "Запорожца".
Из истории автомобиля: 1 - первый трехколесный "Бенц" (Германия, 1885); 2 - "Панар-Левассор" (Франция, 1895) с двигателем спереди, шестеренной трансмиссией, рулевым поводком и "горным упором" ; 3 - фаэтон "Руссо-Балт" (Россия, 1911). Первые автомобили советского производства: 4 - АМО-Ф15; 5 -НАМИ-1; 6 - ГАЗ-А. Автомобили конца 30-х годов: 7 - пятиместный ГАЗ-MI; 8 -шестиместный ЗИС-101; 9 - четырехместный КИМ-10. Первый в мире легковой автомобиль массового производства с несущим кузовом, не имеющим "крыльев",- ГАЗ-М20 "Победа" (1945) - 10.
Основное назначение малого автомобиля - быть машиной для индивидуальных владельцев. Машины советских людей получили возможность быстро и с удобствами ездить на работу и с работы, совершать интересные путешествия в выходные дни и во время отпусков. То же назначение и у среднего автомобиля, но он может использоваться и учреждениями, и как такси (например, "Волга"). Примерами больших автомобилей служат "Чайка" и ЗИЛ-114.
Чтобы точнее описать легковой автомобиль, указывают тип его кузова. Выработано несколько наиболее практичных типов кузова. Все они закрытые, имеют обтекаемую форму, хорошо защищают пассажиров от ветра и непогоды, а их жесткий стальной корпус заменяет прежнюю раму: колеса с подвеской и все прочие механизмы автомобиля крепятся непосредственно к кузову. Кузов с 2 рядами сидений и 4 дверями (по две с каждой стороны) называется седаном. Это слово произошло от названия старинных крытых носилок - паланкина. Если за спинкой сиденья водителя имеется застекленная перегородка, то кузов называется лимузином; обычно в нем три ряда сидений, причем в среднем ряду сиденья откидные. Купе (в переводе с французского - укороченный, отрезанный) - это кузов с 2 дверями, иногда с более покатой, чем у седана, крышей и тесным задним отделением, предназначенным для детей.
В последнее время получили' распространение кузова типа универсал и комби (с наклонной задней стенкой). По форме они напоминают грузовой фургон, но застеклены, оборудованы складными сиденьями, дверями сбоку и в задней стенке. Универсалы применяются и для пассажирских, и для грузовых перевозок (отсюда их название).
Краткие данные о легковых автомобилях советского производства
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Легковые автомобили Ульяновского автозавода, выпускаемые для работы в сельской местности, имеют кузова типа фаэтон (со съемными матерчатыми боковинками).
Пассажирский автомобиль с числом мест не менее 9 считается автобусом. У городского автобуса -2;-3 широкие двери для быстрой посадки и высадки пассажиров; число сидений ограниченно, чтобы предоставить больше места стоящим пассажирам в часы "пик". По перевозкам пассажиров в городах нашей страны автобусы занимают первое место среди всех видов транспорта. В больших городах применяются так называемые сочлененные автобусы, состоящие из головной машины и прицепа, соединенных между собой гибким переходом.
У междугородных и туристских автобусов кузов обтекаемой формы с одной-двумя дверями, имеются удобные сиденья с откидными спинками (как в самолетах), а расстояние между сиденьями по ширине сведено к минимуму, так как оно предназначено только для прохода пассажиров к сиденьям, но не для стояния во время движения. В СССР тысячи автобусных линий, связывающих крупные города с районными и районные между собой.
Служебные автобусы (обычно это автобусы малой вместимости, так называемые микроавтобусы) обслуживают аэродромы, гостиницы, работают как маршрутные такси.
Главный показатель грузового автомобиля - его грузоподъемность. Наиболее массовые советские грузовые автомобили ГАЗ и ЗИЛ отличаются сравнительно высокой грузоподъемностью - 4 и 5 т. Их очень эффективно используют для работы в крупных колхозах и совхозах, для централизованных перевозок промышленных грузов. Ту же работу выполняют еще большие автомобили Минского, Кременчугского, Камского' и других заводов. Кроме того, они предназначены для магистральных междугородных и международных перевозок. Основные типы советских грузовых автомобилей вы можете посмотреть на схеме (стр. 431), а их грузоподъемность - в таблице.
Второй характерный признак грузового автомобиля - его компоновка, которую можно сразу определить по расположению кабины. При копотной компоновке кабина расположена позади двигателя, при вагонной компоновке - над двигателем, сбоку или впереди него (так называемая передняя кабина). Автомобиль с передней кабиной более короткий и поворотливый, чем капотный (при равной длине кузова), или имеет больший кузов при равной длине автомобилей. Однако при передней кабине увеличена нагрузка на передние колеса и уменьшена на задние, что особенно сказывается, если автомобиль идет порожняком. Ухудшается сцепление задних (ведущих) колес с грунтом, затрудняется движение по вязким и скользким дорогам. Поэтому передние кабины применяются пока главным образом на автомобилях, предназначенных для хороших дорог (если ведущие колеса - только задние), или в сочетании с приводом на все колеса. Чтобы улучшить распределение нагрузки по колесам, у некоторых новейших автомобилей с передней кабиной двигатель установлен под платформой - приближен к задним колесам. Передней кабиной снабжены машины Ульяновского, Минского, Кутаисского, Горьковского (ГАЗ-66) и Камского автозаводов. У большинства этих автомобилей кабина откидывается на шарнирах, чтобы облегчить доступ к расположенному под ней двигателю.
Основные типы советских грузовых автомобилей (грузоподъемность в т)
|
|
|
|
|
|
|---|---|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Третий важный признак грузового автомобиля -тип его кузова. Наиболее распространенный кузов -платформа с откидными бортами. Она постепенно уступает место специальным кузовам: фургонам -для перевозки товаров широкого потребления; холодильникам, или рефрижераторам,- для перевозки скоропортящихся грузов; цистернам - для перевозки жидкостей, цемента, пылевидных грузов; самосвальным кузовам - для строительных и дорожных работ, перевозки сыпучих грузов, для горных разработок.
Автомобили-самосвалы стали самостоятельным видом машин, существуют заводы специально для их производства. Хороший самосвал (например, БелАЗ-548) отличается от грузового автомобиля не только кузовом. У него одноместная кабина, укороченная база (расстояние между передней и задней осями), размеры кузова точно согласованы с вместимостью ковша экскаватора, на совместную работу с которым рассчитан этот самосвал. Нужно, чтобы в кузов полностью входило содержимое одного ковша, не меньше и не больше. Растет размах строительства, растут размеры экскаваторов и их ковшей, должны расти и самосвалы. Теперь у нас выпускаются самосвалы грузоподъемностью 3,5; 4,5; 8; 11,0; 25; 40; 75; 100 и даже 125 т.
Особую группу автомобилей образуют седельные тягачи с полуприцепами (автопоезда). Грузоподъемность автопоезда почти в 2 раза больше, чем грузового автомобиля, на основе которого сделан тягач, так как тягач может не только везти груз на себе, но и тянуть за собой. Достоинство полуприцепа заключается еще и в том, что во время его погрузки и разгрузки тягач можно отцепить, чтобы он совершил поездку с другим полуприцепом. Для устойчивой стоянки без тягача полуприцеп снабжен передними опорными колесами. На базе грузовых автомобилей ЗИЛ, МАЗ, КрАЗ, КАЗ, "УРАЛ" и КамАЗ выпускаются мощные тягачи. По нашим магистралям идет сплошной поток автопоездов и грузовых автомобилей с прицепами.
Всякий автомобиль характеризуется колесной формулой. Она состоит из 2 чисел, разделенных знаком умножения. Первое число показывает количество колес у автомобиля, а второе - количество колес, к которым подводится усилие от двигателя. Сдвоенные задние колеса грузовых автомобилей и автобусов считаются как одно. Легковые и грузовые автомобили общего назначения построены по формуле 4X2. У автомобилей высокой проходимости оба числа одинаковые (4X4 или 6 X 6), т. е. усилие от двигателя подводится ко всем колесам.
Зная расположение кабины и колесную формулу
грузового автомобиля, можно, как правило, представить себе все его строение.
Для представления о легковом автомобиле этого недостаточно. Дело в том,
что конструкторы в поисках наилучшего решения создали несколько схем расположения
главных частей автомобиля. Кроме уже известной нам классической компоновки
(двигатель спереди, ведущие колеса задние) распространены следующие схемы:
1) двигатель позади заднего моста, ведущие
колеса задние;
2) двигатель спереди, ведущие колеса передние;
3) двигатель перед задним мостом, ведущие
колеса задние.
Во всех трех случаях двигатель ставят либо продольно, либо, чаще, поперечно.
Первые две схемы обеспечивают лучшее, чем при классической компоновке, использование длины автомобиля. Машина при данных внутренних размерах кузова получается более короткой. Кроме того, можно опустить пол кузова, так как под ним нет передаточного (карданного) вала от двигателя к колесам. Четыре пятых всех автомобилей в Западной Европе строятся теперь по одной из этих схем. Из советских автомобилей двигатель расположен сзади у "Запорожца".
Сторонники второй схемы утверждают, что она дает автомобилю устойчивость на поворотах при высокой скорости и возможность лучше устроить кузова типа универсал и фургон. В то же время передние ведущие колеса теряют сцепление с дорогой на подъемах и при разгоне и требуют сложной конструкции ведущего моста.
Третья схема дает и устойчивость, и сцепление с дорогой, но двигатель занимает много места в кузове. Она широко применяется пока только на спортивных автомобилях. Конструкторы надеются, что в недалеком будущем можно будет уменьшить высоту и массу двигателя. Тогда автомобиль с расположением двигателя около заднего моста (перед ним или позади него) будет отвечать всем требованиям.
Здесь не описывается устройство главного агрегата автомобиля - двигателя, о нем вы прочтете в статьях "Двигатели, в которых работает пламя" и "Автомобильные двигатели", однако об особенностях двигателя, влияющих на компоновку и общую характеристику автомобиля, необходимо рассказать здесь.
На большинстве автомобилей установлены четырехтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания с числом цилиндров от 4 до 8, редко 2 или 12-16, работающие на смеси бензина с воздухом. Большегрузные автомобили и некоторые автобусы снабжены двигателями-дизелями, работающими на тяжелых сортах топлива. Двухтактные двигатели широко применяются на мотоциклах, а на автомобилях очень редко. Топливо для двигателя заливают в бак, расположенный обычно в задней части кузова легкового автомобиля, под платформой или кабиной грузового. Из бака оно подается механическим (приводимым от двигателя) или электрическим насосом к карбюратору бензинового двигателя или насос-форсункам дизеля, распыляется и поступает в камеры сгорания цилиндров.
Современные легковые автомобили советского
производства: 1 - "Запорожец 3АЗ-968"; 2- "Москвич-412" ;
3
- "Волга ГАЗ-24" с закрытым кузовом типа седан; 4 -"Жигули-2102";
5 -"ИЖ-2125"; в - "Волга ГАЗ-24-02" с грузопассажирским кузовом
типа универсал; 7-"Жигули"
повышенной комфортабельности (ВАЗ-2103);
8
- лимузин (с перегородкой) ЗИЛ-114; 9 -фаэтон (открытый кузов) на шасси
повышенной проходимости УАЗ-469.
Основные типы современных советских грузовых автомобилей.
Двигатели бывают рядные, V-образные и оппозитные. У рядных цилиндры расположены в один ряд вертикально, наклонно ("Москвич-412") или горизонтально. У V-образных - в два ряда под углом 90 или 60°. У оппозитных два ряда горизонтальных цилиндров расположены друг против друга. V-образ-ные и оппозитные двигатели отличаются малой длиной и поэтому выгодны при продольном их расположении: остается больше места для пассажиров или груза. Почти на всех советских грузовых автомобилях двигатели V-образные. Двигатели с горизонтальными цилиндрами отличаются малой высотой, их можно установить под полом кабины или кузова. Наклон цилиндров тоже уменьшает высоту двигателя. При поперечном расположении двигатель делают рядным, чтобы лучше использовать длину автомобиля.
Двигатель охлаждается жидкостью или воздухом. Преимущества жидкостного охлаждения - менее шумный двигатель, возможность хорошо обогревать кузов, сохранять температуру двигателя надолго после остановки. Преимущество воздушного охлаждения - меньшая масса двигателя, ведь при воздушном охлаждении не нужны ни радиатор, ни заполняющая систему охлаждения жидкость. На советских автомобилях применяется и та и другая система.
Итак, чтобы охарактеризовать в общих чертах автомобиль, нужно указать его вид, назначение, тип кузова, его вместимость или грузоподъемность, колесную формулу, расположение двигателя и кабины, вид охлаждения двигателя, для легковых автомобилей еще и рабочий объем двигателя.
Как работает автомобиль
У любого автомобиля есть двигатель,
кузов я колеса. Это его главные части.
Усилие от двигателя колесам передает силовая передача, или трансмиссия, состоящая из механизма сцепления, коробки перемены передач, карданного вала, главной передачи, дифференциала и полуосей (на полуосях сидят задние колеса). Главная передача, дифференциал и полуоси заключены в кожух, и вся эта конструкция называется задним мостом. Есть и передний мост: на его осях сидят передние колеса, которые поворачиваются вправо и влево благодаря системе рулевого управления. У легковых автомобилей двигатель, коробка перемены передач, задний и передний мосты, рулевое управление - все это прикрепляется непосредственно к кузову, а у грузовиков - к прочной несущей раме, к которой крепятся также кузов и кабина.
Чтобы лучше познакомиться с тем, что происходит в механизмах автомобиля, и одновременно с работой водителя, совершим автомобильную поездку.
Поворот ключа в замке зажигания. Пошел ток из аккумуляторной батареи, заработал пусковой электродвигатель - стартер. Его шестерня вошла в зацепление с зубчатым венцом на маховике двигателя, маховик начал вращаться, и через секунду-другую двигатель заработал сам. Однако автомобиль еще стоит, так как в коробке перемены передач установлено положение холостого хода. Двигатель вращает только ведущий вал коробки перемены передач и насаженные на нем ведущие шестерни всех передач. Ведомый вал и насаженные на нем ведомые шестерни, связанные через карданный вал и задний мост с колесами, еще неподвижны.
Чтобы тронуть автомобиль с места, нужно соединить одну из пар шестерен в коробке перемены передач. Их можно ввести в зацепление, передвигая рычаг, который находится справа от водителя (на некоторых прежних автомобилях - под рулевым колесом). Но прежде необходимо приостановить вращение ведущих шестерен, т. е. временно отсоединить их от двигателя. Для этого водитель нажимает левой ногой педаль сцепления.
Автомобиль тронулся. Водитель еще несколько раз выключает сцепление и передвигает рычаг передач, пока автомобиль не разгонится до определенной скорости.
Для чего эти операции? Нужно напомнить, что всякую повозку - будь то тачка или автомобиль -легко катить после разгона, но трудно сдвинуть с места и разогнать, так как действует инерция покоя.
Сила двигателя рассчитана на движение автомобиля уже после разгона. А для разгона, движения на подъем и по трудной грунтовой дороге силу двигателя умножают шестерни коробки перемены передач (иначе пришлось бы ставить на автомобиль очень мощный и тяжелый двигатель). Как это происходит?
Из коробки перемены передач выходят 2 вала: первичный (ведущий), которым она присоединяется через механизм сцепления к двигателю, и вторичный (ведомый), к которому прикреплен карданный вал. На валах коробки сидят шестерни с разным числом зубьев. Чтобы стронуть автомобиль с места, водитель рычагом переключения передач вводит в зацепление самую маленькую шестеренку ведущего вала и самую большую ведомого. Поэтому ведомый вал вращается во столько раз медленнее ведущего, во сколько раз больше зубьев на большой шестерне, чем на маленькой, например в 4 раза. Но эта медленность вращения окупается тем, что усилие на ведомом валу оказывается вчетверо больше - и автомобиль легко преодолевает инерцию покоя.
Однако максимальная скорость на этой первой передаче получается очень небольшой, поэтому после недолгого разгона шофер расцепляет шестерни этой передачи и вводит в зацепление две другие, с меньшим соотношением зубьев,- вторую передачу, потом таким же порядком третью и, наконец, четвертую. На этой последней передаче отношение зубьев шестерен ведущего и ведомого валов равно единице, иными словами, карданный вал вращается с такой же частотой (в об/мин), с какой вращается вал двигателя. Значит, можно обойтись без шестерен, соединив валы напрямую (прямая передача) с помощью муфты.
Итак, автомобиль, как по ступеням, достигает нужной скорости. Отсюда и названия коробок перемены передач - трехступенчатая, четырехступенчатая, шестиступенчатая (последняя - у грузовиков). На каждой ступени водитель увеличивает частоту вращения двигателя, а на прямой передаче поддерживает скорость автомобиля, нажимая правой ногой педаль подачи топлива - акселератор (в переводе с латинского - ускоритель).
Шестерню заднего хода вводят в зацепление между ведомой и ведущей шестернями первой передачи, чтобы изменить направление вращения ведомого вала и колес.
Существуют автомобили, например легковые ЗИЛ-114 и "Чайка", автобусы ЛиАЗ и самосвалы БелАЗ, у которых коробка перемены передач автоматическая, так что водителю не нужно все время переключать передачи.
Конечно, такая коробка - сложное и дорогое устройство. Но она очень облегчает труд водителя, и поэтому ее ставят на автомобили все чаще и чаще.
Однако вернемся к обычной коробке перемены передач. Дело в том, что сразу ввести в зацепление шестерни нельзя: ведь одна из них вращается вместе с валом двигателя, а другая неподвижна. Если их включить, автомобиль резко рванется с места. Двигатель при этом может заглохнуть, а зубья шестерен от такого резкого усилия - сломаться. Как остановить вращение шестерен ведущего вала? Для этого его соединяют с валом двигателя не напрямую, а через сцепление: 2 диска, прижатых друг к другу пружинами. Первый диск - маховик - прочно связан с валом двигателя, второй - диск сцепления - с ведущим валом коробки перемены передач. Когда водитель нажимает ногой на педаль сцепления, диск сцепления отходит от маховика двигателя и перестает вращаться; останавливаются и шестерни в коробке. После включения передачи водитель плавно отпускает педаль. Пружины сцепления прижимают диск к маховику. Теперь вращение вала двигателя будет передано ведомому валу коробки и дальше колесам.
Карданный вал соединяет коробку с задним мостом. На обоих концах этого вала шарниры-карданы (по имени изобретателя Джованни Кардано), поэтому и вал называется карданным. Шарниры нужны для того, чтобы задний мост мог свободно ходить вверх и вниз на ухабистой дороге. Впервые карданы были применены для установки компаса на кораблях. Корабль раскачивается на волнах, а компас должен оставаться в горизонтальном положении. Так и в трансмиссии автомобиля: углы между валами коробки перемены передач, ведущей шестерни главной передачи и карданным валом все время изменяются, но валы остаются соединенными, при этом не ломаются и продолжают вращаться, передавая усилие.
Современные автомобильные двигатели развивают около 6000 об/мин, а их мощность достаточна для движения машины со скоростью 150-200 км/ч и более. Однако если мы измерим периметр окружности колеса обычных размеров, то увидим, что оно должно совершать на такой скорости всего 1500-2000 об/мин. Эта разница покрывается за счет еще одной пары шестерен, расположенной в главной передаче заднего моста. Число зубьев на ведущей шестерне главной передачи в 3-4 раза меньше, чем на ведомой. Тем самым на всех передачах увеличивается усилие, передаваемое от двигателя колесам.
Итак, мы едем. Дорога прямая, но водитель то и дело немного поворачивает рулевое колесо. На автомобиль действуют внешние силы - боковой наклон дороги, неровности, порывы ветра. С помощью системы рулевого управления все время приходится держать машину "по курсу", тем более на поворотах. Система рулевого управления состоит из рулевого колеса, вала, механизма и тяг, идущих от механизма к передним (направляющим) колесам. Вращение рулевого колеса (например, для правого поворота -по часовой стрелке) передается валом на рулевой механизм, его рычаг (сошка) переводит поперечную тягу рулевой трапеции (влево), а тяга поворачивает передние колеса.
В момент поворота с колесами происходит нечто любопытное: левые (если машина поворачивает направо) вращаются быстрее правых. Это и понятно, ведь колеса должны идти по окружностям разной длины. Но как это достигается? Разгадка в том, что ось заднего моста не сквозная, а разделена на 2 полуоси. На внутренних концах полуосей насажены конические шестерни. Эти шестерни соединены между собой еще 2 коническими шестернями - сателлитами, которые насажены на короткий валик так, что могут свободно вращаться на нем. Такое соединение шестерен называется дифференциалом (от латинского слова "дифференс" - разница). Концы валика закреплены в цилиндрической коробке, на которой снаружи установлена ведомая шестерня главной передачи. Если автомобиль идет прямо, то коробка дифференциала вместе с его сателлитами и полуоси вращаются как одно целое, ось как бы не разделена. Но когда одно из колес замедляет свой бег, оно не мешает другому вращаться быстрее: просто сателлиты, которые раньше были неподвижны, начинают вращаться и как бы берут на себя разницу скоростей правой и левой полуоси.
Схема автомобиля "Жигули ВАЗ-2101" - первенца
Волжского автомобильного завода: 1 - щетка стеклоочистителя; 2
- распылитель омывателя ветрового стекла; 3 - бачки привода гидравлического
тормоза; 4 - бачок привода выключения сцепления; о - двигатель;
6
- воздухоочиститель; 7 - аккумуляторная батарея; 8 -радиатор;
9
- буфер; 10 - распределитель зажигания; 11 - амортизатор;
12
- педаль тормоза; 13 - педаль выключения
сцепления; 14 - коробка перемены
передач; 15 -рычаг перемены передач; 16 - рулевое колесо;
17 - карданный вал; I8 - главная передача и задний мост;
19 - пружина подвески;
20 - глушитель шума отработавших газов;
21 - багажное отделение;
22 - запасное
колесо; 23 - домкрат; 24 - топливный
бак.
Поворот пройден. Автомобиль попадает на разбитый участок дороги. Водитель лишь немного снизил скорость, однако машина едва заметно покачивается на выбоинах мостовой. Чем обеспечивается такая плавность хода?
Конечно же, рессорами, известными еще со времен конных экипажей! Но не только рессорами. Вместо прежних пакетов длинных стальных полос все большее распространение получают легкие и занимающие мало места пружины, скручиваемые стержни (торсионы) и даже пневматические валлоны, (например, на автобусах Ликинского завода). Далее, в передней подвеске легковых автомобилей ось, на которую раньше опирались рессоры, устранена. Каждое колесо крепится к кузову на качающихся рычагах, а между рычагами и кузовом поставлены пружины. Это независимая подвеска колес, при которой колеса лучше приспосабливаются к неровностям дороги, причем кузов почти не кренится. Но и это не все. Внутри пружин (или около них, или над рессорами) установлены наполненные вязкой жидкостью цилиндры - амортизаторы. Они предназначены для того, чтобы колесо не подскакивало на большой скорости и чтобы кузов не раскачивался на рессорах и пружинах. Один конец амортизатора шарнир-но закреплен на раме или кузове, другой - на качающемся рычаге подвески, или на кожухе заднего моста, или на передней оси (у грузовых автомобилей). Внутри амортизатора - 2 полости, разделенные клапаном. Амортизатор "разрешает" подвеске сработать однажды, при этом жидкость перетекает из одной полости в другую через открытый клапан, а обратное протекание жидкости происходит уже при закрытом клапане, через узкое отверстие, что сдерживает повторные колебания пружин или рессор.
Огромное значение для плавности хода автомобиля имеют колеса и особенно шины. Когда-то введение пневматических шин решило судьбу автомобилей. Без шин невозможно было быстро ездить. Теперь шины делают широкими, пухлыми, с большим внутренним объемом, а диски колес - все меньшими. Большой объем шины позволяет снизить давление воздуха в ней, шина становится более податливой, лучше поглощает неровности дороги. Раньше всякая шина состояла из покрышки и камеры. На многих нынешних шинах камера устранена. Покрышка плотно прилегает к ободу колеса и сама служит камерой. Она не сразу выпускает воздух в случае прокола, меньше нагревается во время движения (трение камеры о покрышку увеличивало нагрев). Но важнее всего то, что малое колесо с бескамерной шиной легче прежнего, оно с меньшей силой передает толчки на подвеску, ход машины становится еще более плавным. Правда, на очень плохой дороге с глубокими рытвинами малое колесо создает увеличенное сопротивление движению. Но обычный автомобиль редко попадает на такие дороги. Для них существуют автомобили высокой проходимости со всеми ведущими колесами, с крупными выступами - грунтозацепами на больших шинах. Типичные дорожные условия для автомобиля, на котором мы едем,- это асфальт, иногда укатанная проселочная дорога.
Наша поездка подходит к концу. Водитель снимает правую ногу с акселератора, ход машины замедляется. Затем нога переходит на среднюю, тормозную педаль. Чуть позже левая нога выключает сцепление, в коробке передач устанавливается холостой ход.
Вступают в действие тормоза. Движение педали толкает плунжер (поршень) главного тормозного цилиндра. Плунжер выжимает из цилиндра жидкость, ее давление передается по трубкам к рабочим цилиндрам тормозных барабанов, установленных на всех колесах. Поршни рабочих цилиндров раздвигают тормозные колодки (или скобу, если тормоз дисковый). Колодки прижимаются к внутренней поверхности барабанов. Между колодками и барабаном возникает трение. Накопленная автомобилем во время движения энергия расходуется на трение, а не на дальнейшее движение по инерции. Скорость падает. Еще немного, и автомобиль останавливается. Водитель выключает зажигание поворотом ключа, тянет на себя рычаг стояночного тормоза, который остается зафиксированным, чтобы автомобиль нельзя было стронуть с места без ведома хозяина или чтобы он не покатился под уклон.
В работе автомобиля участвует еще немало осветительных, контрольных и других приборов. На щите приборов перед водителем - спидометр (указатель скорости), указатели температуры воды, уровня бензина в баке, зарядки аккумулятора... Всего не перечислишь.
Работает и кузов. Его стальная оболочка напоминает ферму моста, только опорами служат не бетонные устои, а колеса с подвеской. Ферма несет на себе пассажиров, механизмы, воспринимает толчки от работы подвески, от замедлений и ускорений хода. В конструкции кузова есть и механизмы. Взять хотя бы дверь: тут и сложный, особо надежный замок, и подъемники стекол, и поворотная вентиляционная форточка, и хитроумные, скрытые под облицовкой петли, и ограничитель хода двери, и резиновый уплотнитель проема. Сложные устройства применены также для замка капота, для регулировки положения сиденья водителя. Еще более ответственными механизмами оборудованы самосвалы и другие специальные автомобили. У них есть многотонные гидравлические подъемники кузова, краны, лебедки.
Любой автомобиль - это целый комбинат механизмов и приборов.
Коротко о будущем
Проследив за развитием автомобиля в течение ряда лет, можно увидеть непрерывное увеличение скорости, быстроты разгона, улучшение удобств и безопасности, уменьшение удельного расхода топлива.
Легковые автомобили станут еще просторнее, а внешние размеры их не увеличатся: это произойдет потому, что двигатель будет располагаться не вдоль оси машины, а поперек и будет соединен в единый агрегат с ведущим мостом и коробкой передач. Колеса станут еще меньше, а ширина шин увеличится. Шины станут еще мягче, а от этого поездка в машине будет комфортабельнее. Широкое применение получит электроника: электронные приборы станут управлять зажиганием, работой двигателя, предотвратят заклинивание тормозов и позволят тормозить даже на самой скользкой дороге без опасности заноса, будут переключать свет с "дальнего" на "ближний" при разъезде со встречной машиной и т. д.
Серьезно усовершенствуются и грузовики. Кабина сместится еще дальше вперед, окажется перед колесами и опустится, а платформа разместится над кабиной водителя. Распределение массы по колесам станет равномерным. Доступ в кабину и к двигателю будет облегчен. Длина платформы увеличится.
Очень важной проблемой будет сочетание общественного и индивидуального транспорта. Каждый легковой автомобиль занимает на улице от 20 (на стоянке) до 250 м2 (при движении). А перевозит-то он в среднем 2 человека. В результате "пропускная способность" улиц становится недостаточной, несмотря на регулирование уличнрго движения, устройство тоннелей и перекрестков на разных уровнях. Вместе с тем один автобус заменяет 3-4 десятка легковых автомобилей, занимая на улице в 5 раз меньше места. Поэтому автобусы будут непременно совершенствоваться, становиться все более удобными, быстроходными, а сеть их маршрутов будет все гуще. Это даст возможность людям при поездке на работу и с работы не пользоваться своими машинами, а ездить в общественном транспорте. Понятно, что для этого автобусов должно стать намного больше, чтобы в них не было давки, не было стоящих пассажиров. Изменятся и внешний вид и конструкция автобусов. Они станут ниже, к каждому ряду сидений будет свой вход, а прохода между сиденьями не будет.
Будут созданы и специальные "городские" машины - очень маленькие, с двигателем под кузовом. Такие машины короче обычного легкового автомобиля. Они будут использоваться и как такси, и как прокатные. Причем в прокатной достаточно 2 мест (для поездки по служебным делам или за покупками), и ее длина не превысит 2 м. Образцы таких машин уже испытываются и показывают хорошие результаты. Может быть, когда-нибудь они будут стоять вдоль тротуаров и ими сможет пользоваться каждый, имеющий удостоверение водителя. А его можно будет получить вместе с дипломом об окончании школы, сдав соответствующий экзамен.
Хорошо налаженный общественный транспорт уменьшит приток личных машин на центральные улица города.
Заметную разгрузку улиц могла бы дать автоматизация управления автомобилем. Водители-автоматы работали бы точно и безошибочно, интервалы между машинами можно было бы сократить, а скорость увеличить.
И такие автоматы, несомненно, появятся. Автоматизация затронет прежде всего автобусы, развозные фургоны и другие машины, идущие по заранее определенным маршрутам. Водителей заменят электронные машины с программным управлением и радиолокаторами, предотвращающими наезды. Полосы движения автоматических автомобилей будут обособлены, да и пешеходы привыкнут к новому порядку, как привыкли к запрету звуковых сигналов.
Надо заметить, что автоматизация управления необходима и по другой причине. Число общественных машин растет, а рабочий день водителя-профессионала будет сокращаться. Может наступить момент, когда чуть ли не треть взрослого населения должна будет стать шоферами.
Другое дело - автомобили личного пользования. Во-первых, их движение почти невозможно программировать. Во-вторых, с их автоматизацией согласятся не все водители. Ведь управление автомобилем - это увлекательное занятие. Но в окружении автоматических автомобилей любителям нелегко будет соблюдать безопасность движения. Поэтому проезд по центральным улицам городов им, вероятно, будет запрещен. Уделом личных автомобилей станут воскресные и отпускные загородные поездки. Значит, для этих машин проблема сокращения размеров не очень существенна, их конструкция и внешний вид изменятся меньше, чем у "городских" автомобилей. Но и на личных автомобилях работа водителя будет облегчена и частично автоматизирована.
Примерно так должны выглядеть автомобили будущего. Сверху: городские автомобили - автобус, такси и прокатная двухместная аккумуляторная "каретка" ; снизу: междугородные автомобили - грузовой автопоезд и спортивно-туристский автомобиль.
Ликвидация уличных заторов сама по себе уменьшит загрязнение воздуха в городах. Но этого недостаточно. Сейчас конструкторы усиленно работают над заменой двигателя внутреннего сгорания электрическим, питающимся током от аккумуляторных батарей. Задача заключается в том, чтобы сделать аккумуляторы легкими и продлить время их работы без подзарядки. Когда эта задача будет решена, появятся городские электромобили - такси, прокатные, автобусы, фургоны, очистительные машины.
Электромобилю заправочная станция не нужна: он зарядит свои аккумуляторы от электророзетки.
Стоит свести воедино описание особенностей будущих автомобилей, и перед нами возникает картина города, по улицам которого быстро и бесшумно бегут эти машины, не оставляя дыма. Будет ли эта картина именно такой, или мы в чем-то ошиблись -покажет время.
Автомобильные дороги
Современная автомобильная дорога - это сложное сочетание инженерных сооружений. Она снабжена сигнальными знаками и указателями, наклонными виражами на поворотах, мостами вместо перекрестков. К ней относятся тротуары для пешеходов, велосипедные дорожки, разделительные полосы, автобусные остановки и автовокзалы, площадки отдыха, станции технического обслуживания автомобилей (через каждые 100-200 км), заправочные колонки (через 30-80 км), моечные пункты и др.
Дороги делятся на 5 категорий. Дорога V категории - это спрофилированный и улучшенный местными материалами грунтовый путь, повторяющий обычно рельеф местности. При прокладывании дорог IV-III категорий сначала строят специальное земляное полотно, чтобы выровнять рельеф местности. Затем на это полотно укладывают покрытие из булыжника, щебня, гальки, пропитывают его иногда битумом или дегтем. Такая дорога допускает движение автомобилей со скоростью 80-100 км/ч.
Дороги II и I категорий покрывают асфальтобетоном или цементобетоном. Повороты на них имеют большие радиусы, уклоны незначительные. По таким дорогам машины могут двигаться с большой скоростью (120-150 км/ч) в любое время года, одновременно в несколько рядов.
Не выезжая за пределы современной автомобильной дороги, водитель может заправить машину топливом, произвести ее ремонт на станции обслуживания, пообедать и отдохнуть в гостинице для автомобилистов - мотеле.
Полотно дороги разделено зеленым газоном на 2 полосы - для движения в разных направлениях. А каждая из этих полос, в свою очередь, делится специальными линиями разметки надвое-натрое. Получается 4-6 полос. По крайним полосам каждой половины идут грузовые автомобили и автобусы, а по средним - легковые (во время обгона по этим полосам могут ехать любые машины).
Пересечения дороги с другими дорогами напоминают, если смотреть на них сверху, цветок с четырьмя круглыми лепестками. Эти "лепестки" и связывают пересекающиеся дороги. Сами же дороги не пересекаются: одна из них проходит над другой по мосту-путепроводу.
Приближаясь к крупному населенному пункту, дорога раздваивается: одно из направлений ведет в город, другое - в объезд города. По объездной дороге идут транзитные машины, минуя и без того заполненные автомобилями улицы.
Где автомобилей особенно много, есть дороги с 6 и 8 полосами движения, а в городах - пересечения на 3 и 4 уровнях.
Сложность сооружения таких дорог вполне оправдана. Двигаясь с большой скоростью по хорошим дорогам, автомобили расходуют относительно мало топлива, хорошо сохраняются, быстрее перевозят грузы. За 2-4 года расходы на строительство современных автодорог полностью окупаются.
Некоторые новейшие автомобильные дороги имеют не только разные полосы для встречных потоков движения, но и раздельные трассы, иногда отдаленные друг от друга на десятки и сотни метров. Это обеспечивает безопасность движения и одновременно позволяет улучшить профиль дороги и удешевить ее строительство.
Посредине автомобильной дороги или улицы (если нет разделяющего газона) проходит сплошная или пунктирная линия разметки. Она делит встречные потоки автомобилей. Пешеходам предоставлены "островки безопасности", площадки около остановок транспорта.
Если движение на одной из пересекающихся дорог заметно больше, чем на другой, то первая считается главной, обозначается особыми знаками, и движущиеся по ней автомобили имеют преимущественное право проезда.
На оживленных перекрестках движение автомобилей регулируют милиционеры или светофор, который имеет 3 или 4 фонаря. Свет в зеленом фонаре означает "путь свободен"; свет в красном - "проезд запрещен"; желтый свет предупреждает о перемене сигнала. Стекло четвертого фонаря имеет вид стрелки: она разрешает (если фонарь горит) поворот влево или вправо. Совершая поворот, водитель обязан пропустить пешеходов, идущих "на зеленый свет". Но и у пешеходов есть обязанности: соблюдать сигналы светофора, переходить улицы только в установленных местах.
Над улицами и по сторонам дорог установлены сигнальные знаки с условными обозначениями и надписями. Они предупреждают водителя о приближении к опасному месту (треугольные знаки с красной каймой), запрещают проезд, стоянку, остановку или ограничивают скорость (круглые знаки, красные или с красной каймой), указывают разрешенное направление движения (круглые и прямоугольные знаки с белыми стрелами и другими обозначениями на голубом фоне).
Линии разметки, эстакады и тоннели, светофоры и сигнальные знаки оберегают автомобилистов и пешеходов от опасности и дают возможность автомобилям двигаться быстро.
2i.SU ©® 2015