Компоновка автомобилей

Наиболее распространены четыре варианта схем компоновки грузовых автомобилей. Они различаются расположением двигателя и кабины.

I. Капотная компоновка. Двигатель располагается над передним мостом, кабина за двигателем (КрАЗ-6505). Обеспечивается хороший доступ к двигателю, удобный вход и выход из кабины, наименьшая нагрузка на передний мост. Недостаток – ограничена передняя обзорность.

II. Короткокапотная компоновка. Двигатель располагается над передним мостом, кабина частично надвинута на двигатель (ЗИЛ-433100). Уменьшается длина автомобиля, умеренная нагрузка на передний мост. Недостатки: повышается высота пола кабины, затруднен доступ к задней части двигателя, уменьшается ширина двери, увеличивается уровень шума.

III. Кабина над двигателем. Двигатель располагается над передним мостом, кабина над двигателем (ГАЗ-66). Преимущества: уменьшается длина автомобиля, для полноприводного автомобиля увеличивается нагрузка на переднюю ось, хорошая обзорность. Недостатки: большая высота пола кабины, затруднен вход и выход, в кабине не размещаются три человека, для доступа к двигателю нужно откидывать на шарнирах всю кабину.

IV. Передняя кабина. Двигатель располагается сзади переднего моста, кабина сдвинута вперед (МАЗ-5432). Преимущества: хорошая обзорность, удобство входа и выхода, умеренная высота пола, ровный пол. Недостатки: для доступа к двигателю нужно поднимать кабину, действие на водителя больших вертикальных ускорений (больше трясет).

Применяются три варианта компоновочных схем автобусов.

I. Двигатель впереди (ЛиАЗ-677). Применяется для городского автобуса, вариант считается не перспективным. Недостатки: перегрузка передней оси, место водителя стеснено, неудобная компоновка салона, шум и загазованность кабины, высокий уровень пола салона.

II. Двигатель под полом между передней и задней осями (Икарус-260). Недостатки: требуется специальный двигатель с горизонтальным расположением цилиндров, высокий уровень пола, уменьшается объем багажного отделения по полом. Преимущества: ровность пола, применяется стандартный задний мост, удовлетворительное распределение нагрузок на оси.

III. Двигатель сзади. Преимущества: наилучшее распределение нагрузок по осям, наименьший уровень пола в передней части салона, снижены уровень шума и загазованность салона. Недостатки: нестандартный задний мост, в задней части салона поднимается пол. Этот вариант наиболее перспективен.

Существует классификация автомобилей по числу осей. Автомобили подразделяют на двухосные, трехосные, четырехосные и многоосные автомобили. Для обозначения многоосных автомобилей применяют колесную формулу, показывающую число осей и число ведущих осей.

Наибольшее распространение имеют двухосные автомобили. Трехосные автомобили имеют широкое распространение и применяются для повышения несущей способности и проходимости. Выпускаются специальные автомобили с четырьмя и более осями.

У седельных тягачей ведущими являются мосты тягача. Редко применяются активные автопоезда, которых мосты полуприцепа выполняются ведущими. На сочлененных автобусах ведущим мостом чаще является мост базового автобуса, реже оба моста. Часто применяется сочлененный автобус с одним ведущим задним мостом: это позволяет существенно уменьшить высоту пола.

Схемы трансмиссий

Двигательпреобразует тепловую энергию сгорания топлива в механическую работу. С маховика двигателя снимается крутящий момент. Двигатель закрепляется на кузове (легковой автомобиль) или на раме (грузовой автомобиль).

Трансмиссия автомобиля состоит из следующих агрегатов.

Крутящий момент двигателя передается к колесам через сцепление. Сцепление предназначено для плавного троганья с места и кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии при переключении передач.

От сцепления крутящий момент подводится к коробке передач. Коробка передач представляет собой редуктор с различным передаточным числом. Коробка передач предназначена для подвода наибольшего крутящего момента к колесам при движении автомобиля с различной скоростью.

От коробки передач крутящий момент передается к ведущему мосту с помощью карданной передачи. Она обеспечивает передачу момента при изменяющемся угле и расстоянии (от коробки передач до моста) к ведущему мосту.

Ведущий мост обычно включает главную передачу и дифференциал. Главная передача обеспечивает увеличение крутящего момента и передачу его под углом 90 градусов. Дифференциал обеспечивает независимое вращение колес оси. Он распределяет крутящий момент поровну между колесами. Это позволяет колесам вращаться с разной скоростью при движении автомобиля на повороте и по неровной дороге. Снижается износ шин и деталей трансмиссии, повышается безопасность движения на повороте, сокращается расход топлива, но снижается проходимость автомобиля.

Автомобиль с приводом на задние колеса и расположением двигателя спереди часто называют автомобилем классической компоновки (рис.1, а).

Рис. 1. Трансмиссии автомобилей: а) заднеприводный автомобиль;

б) Переднеприводный; в) – Полноприводный 4х4; г) трехосный автомобиль 6х4;

д) Полноприводный 6х6; Заднеприводный с электрической трансмиссией 4х2

Крутящий момент двигателя 1 снимается с маховика и подается к сцеплению 2. Затем он преобразуется в коробке передач 3 и подводится к карданной передаче 4. На некоторых грузовых автомобилях выходной вал коробки передач используется для торможения автомобиля стояночной тормозной системой. Карданная передача раскручивает ведущий вал моста 5, и крутящий момент подводится к ведущим колесам. Передние колеса крепятся к балке переднего моста, которая подвешивается на пружинах передний подвески. Широко применяется независимая подвеска передних колес, обеспечивающая лучшую плавность хода автомобиля.

В настоящее время легковые автомобили выпускаются с приводом на передние колеса (рис.1,б). К двигателю 1 крепится сцепление 2, коробка передач 3, карданная передача и дифференциал 5. Образуется единый силовой агрегат. К ведущим колесам крутящий момент подводится с помощью двух карданных передач. В них используются карданные шарниры равных угловых скоростей 6.

При применении переднего привода задние колеса не нагружены тяговыми силами. Сопротивление боковому уводу задних колес выше, возрастает критическая скорость движения автомобиля. Повышаются безопасность движения и проходимость автомобиля. Недостаток: снижается максимальный, преодолеваемый угол дороги при движении в гору.

Полноприводные автомобили оснащаются более сложной трансмиссией (рис.1,в). Для подвода крутящего момента к передним и задним колесам устанавливается раздаточная коробка передач 7. Равные по величине моменты передаются карданными передачами 4 к ведущим мостам. На передней оси устанавливается ведущий мост, включающий главную передачу и дифференциал 5. Такие автомобили предназначены для перевозки грузов и пассажиров по бездорожью.

Трехосные автомобили чаще всего оборудуются двумя ведущими мостами (рис.1,г). Применяются ведущие мосты одинаковой конструкции. Их устанавливают на одной подвеске, образующуюся конструкцию называют тележкой. На современных автомобилях в средний мост устанавливает дополнительный, межосевой дифференциал.

Трансмиссия полноприводных, трехосных автомобилей (рис.1,д) оснащается раздаточной коробкой 7, с которой снимаются три одинаковых крутящих момента. На передней оси останавливается ведущий мост с главной передачей и дифференциалом. Для сокращения расхода топлива применяют межосевые дифференциалы, снижающие проходимость автомобиля. Для повышения проходимости используют блокировку дифференциалов.

В настоящее время для большегрузных, карьерных самосвалов применяется электрическая трансмиссия (рис.1,е). К дизельному двигателю подсоединяется генератор постоянного тока 9. В ведущие колеса большого размера устанавливают электродвигатели и редукторы.

Тема лекции 8 Основы общей компоновки грузовых автомобилей

8.1 Задачи общей компоновки

Основными задачами общей ком­поновки автомобиля являются:

— выполнение требований техни­ческого задания с соблюдением законодательных ограничений и предписа­ний (габаритные размеры, осевые на­грузки, полные массы и др.);

— рациональное относительное раз­мещение основных агрегатов и обору­дования с целью обеспечения выполне­ния автомобилем его функционального назначения с наибольшей эффективно­стью, обеспечение необходимых экс­плуатационных качеств (проходи­мость, устойчивость, маневренность и т. д.) и удобства при выполнении тех­нического обслуживания и ремонта ав­томобиля.

8.2 Анализ компоновочных схем грузовых автомобилей

Эксплуатационные свойства авто­мобиля в значительной степени зависят от основных параметров компонов­ки: базы, осевых нагрузок, переднего и заднего свеса и других, которые за­висят от схемы компоновки.

В современном автомобилестроении получили широкое распространение две основные схемы компоновки гру­зовых автомобилей (рисунок 8.1): с каби­ной, расположенной за двигателем; с кабиной, расположенной над двига­телем.

К преимуществам компоновки «ка­бина над двигателем» относятся: более рациональное использование колесной базы и габаритной длины автомоби­лей; возможность получения макси­мальной допустимой загрузки перед­него моста автомобиля, а следователь­но, увеличение грузоподъемности авто­мобиля; снижение собственной массы автомобиля при одновременном исклю­чении трудоемких в изготовлении де­талей облицовки, крыльев капота и уменьшение длины автомобиля; улуч­шение маневренности автомобиля и обзорности с места водителя; улучше­ние доступа к двигателю и связанным с ним узлам и механизмам, так как в данном случае кабина опрокидывается относительно передних точек креп­ления.

Для автомобилей, оборудованных кабинами со спальными местами, применение схемы «кабина над двигате­лем» предпочтительно из-за лучшего использования колесной базы и габаритной длины автомобиля.

Компоновка автомобиля по схеме «кабина над двигателем» для седельных тягачей также позволяет макси­мально использовать потенциальную их грузоподъемность при прочих рав­ных показателях по сравнению с дру­гими схемами.

Например, при создании авто­мобилей семейства МАЗ-500 впервые в практике отечественного автомобиле­строения была принята компоновка по схеме «кабина над двигателем», кото­рая по сравнению с компоновкой автомобилей МАЗ-200, выполненной по схеме «кабина за двигателем» (рисунок 8.2), позволила сократить колес­ную базу на 570 мм, общую длину автомобиля на 480 мм, увеличить длину платформы на 310 мм и грузоподъем­ность автомобиля на 1000 кг. Несмот­ря на большую грузоподъемность, ав­томобиль МАЗ-500 имел собственную массу, не превышающую массу МАЗ-200. Новая компоновка автомо­билей обусловила и новое конструктивное и эстетическое решение кабины.

Рисунок 8.2. Сравнительные параметры компоновки автомобилей

МАЗ-500 и МАЗ-200

Отсутствие выступающего капота, передних крыльев и возможность по­нижения нижней кромки ветрового стекла позволили улучшить обзорность с места водителя.

К недостаткам компоновки «кабина над двигателем» относятся: усложне­ние конструкции кабины из-за устрой­ства механизма опрокидывания и за­пирания кабины; менее удобный вход и выход из кабины; усложнение приво­да управления коробкой передач, сцеплением и тормозами. При удачной конструкции кабины и правильной компоновке автомобиля в целом указанные недо­статки сводятся до минимума.

При компоновке автомобиля по схе­ме «кабина над двигателем» увеличи­вается передняя осевая нагрузка и, следовательно, ухудшается проходи­мость автомобиля вследствие снижения коэффициента сцепного веса.

Существующая тенденция увеличе­ния передней осевой нагрузки магистральных автомобилей до 60 кН и вы­ше связана с дальнейшим перемеще­нием кабины вперед, что уменьшает сцепной вес ненагруженного автомо­биля и соответственно ухудшает прохо­димость на скользких дорогах при движении без груза. Поэтому вопрос о минимально до­пустимой нагрузке на ведущие колеса ненагруженного автомобиля является важным и требует проведения теорети­ческих и экспериментальных исследо­ваний по определению проходимости и устойчивости автомобиля на разных дорогах в зависимости от сцепного веса.

8.3 Организация рабочего места водителя и выбор основных параметров кабины

Общие сведения. Рациональная организация рабочего места водителя имеет большое значение для безопас­ности движения, повышения производительности труда и сохранения здо­ровья водителя. Решение данной зада­чи при проектировании в настоящее время осуществляется с соблюдением эргономических требований.

Основным нормативным докумен­том при проектировании рабочего места водителя является ГОСТ 12.2.023-76, устанавливающий эргономические требования к относительному расположению основных элементов ра­бочего места водителя (сиденье, руле­вое колесо, педали управления), но­менклатуру показателей, характери­зующих степень соответствия рабочего места эргономическим требованиям к рабочей позе и пространству для раз­мещения водителя. Тип и конструкцию кабин стандарт не определяет.

Рабочее место водителя проектиру­ется с использованием двухмерных плоских манекенов, согласованных с трехмерным посадочным (ГОСТ 20304-74). Трехмерный манекен вос­производит форму и массу человека, двухмерный (рисунок 8.3) — положение основных частей тела водителей раз­личного уровня репрезентативности (представительности). Он используется на всех стадиях разработки автомо­биля — от первого проекта до оконча­тельного варианта опытного образца.

Ниже приведены переменные зна­чения различных уровней репрезентативности: уровень репрезентативности, % — 10, 50, 90; А, мм — 390, 417, 444; В, мм — 408, 432, 456.

Шарниры, соединяющие отдельные элементы манекена, снабжены шкала­ми для измерения углов между осями элементов и фиксаторами. На торсе манекена шарнирно укреплена линей­ка с фиксатором и шкалой для уста­новки торса под необходимым углом к вертикали.

Положение манекена на сиденье (рисунок 8.4) задается значениями коорди­нат а и Ь, углом наклона оси торса к вертикали и углами , и между осями отдельных элементов. Манекены выполняются из листово­го дюралюминия или органического стекла.

Размещение водителя. Чтобы опре­делить положение водителя, вначале строят линии внутренних границ пола кабины автомобиля, его наклонной части и перегородки моторного отсека (поверхность ковра или обивки), которые используют в качестве базы для координирования размеров, определяющих посадку. При этом длина на­клонной части пола должна быть не менее 306 мм.

Затем наносят на чертеж линию уровня подушки сиденья, сжатой под действием силы тяжести водителя. Ее высоту над уровнем пола выбирают на основании опыта и изучения авто- мобилей-аналогов, на которых посадка водителя была признана удобной.

Сиденье водителя должно иметь устройство для регулирования его положения относительно органов управ­ления и ветрового окна в продольном и вертикальном направлениях, чтобы приспособить сиденье к индивидуальным особенностям телосложения каж­дого водителя. Перемещение сиденья водителя в продольном направлении должно быть не менее 100 мм, а в вер­тикальном — не менее 80 мм.

Сначала сиденье принимают уста­новленным в крайнее заднее нижнее положение и используют 90%-ный ма­некен. Номинальный угол наклона а оси торса к вертикали равен 12°. Под этим углом устанавливают и фиксируют линейку, укрепленную к торсу. Ко­гда стопа находится на линии наклон­ной части пола, нижняя точка бедра лежит на уровне сжатой подушки сиденья, а линеика располагается вер­тикально, шаблон занимает «свое» положение. Посадка признается удов­летворительной, если углы между ося­ми отдельных элементов не выходят из определенных указанных ниже преде­лов. Угол между осями: торса и бед­ра — 95. 120°; бедра и голени — 95. 135°; голени и стопы 90. 110°.

Найденное положение манекена фиксируют на чертеже, а затем наносят траекторию перемещения сиденья и проводят проверку для среднего и крайнего переднего верхнего положе­ний сиденья, используя соответственно 50- и 10 %-ный манекены. Для найден­ного крайнего заднего нижнего поло­жения сиденья строят контурную ли­нию его задней стороны (предполага­ется, что его конструкция уже разра­ботана или заимствована). Эта линия определяет положение задней стенки кабины автомобиля.

Расстояние от точки Н для сиденья, установленного в крайнее заднее ниж­нее положение, до обивки крыши должно составлять не менее 1000 мм вдоль прямой, наклоненной под углом 8° к вертикали.

Параметры сиденья водителя, рег­ламентированные ГОСТ 12.2.023—76, показаны на рисунке 8.5.

Литература: 289

Контрольные вопросы:

1) Какие задачи должен решать конструктор при общей компоновке автомобиля?

2) Представьте основные компоновочные схемы грузовых автомобилей.

3) Назовите преимущества и недостатки компоновочной схемы «кабина над двигате­лем».

4) Назовите преимущества и недостатки компоновочной схемы «кабина за двигате­лем».

5) С какой целью используют манекены?

6) Как осуществляют размещение водителя в кабине?