ТРАНСМИССИЯ И ХОДОВАЯ ЧАСТЬ

Прежде чем рассматривать особенности подготовки к соревнованиям трансмиссии и ходовой части специаль­ных кроссовых автомобилей, разберем основные вопро­сы, связанные с движением автомобиля но грунту: про­ходимость автомобиля; его устойчивость и управляе­мость; колебания автомобили.

Так называют его способность двигаться по плохим дорогам или в условиях бездорожья. Единой оценки проходимости до настоящего времени нет и, как прави­ло, о ней судят по соотношению каких-либо параметров автомобиля. У «багги» это качество обычно оценивают по максимально возможной средней скорости на трассе

Проходимость зависит от многих параметров автомобиля: тяговых, опорно-сцепных, геометрических. Кроме того, на нее существенно влияют устойчивость, управляемость и маневренность машины.

Тяговые и опорно-сцепные параметры определяв проходимость автомобиля при движении по мягким грунтам а также на подъемах. Эти параметры зависят от максимальной силы тяги автомобиля, его массы, давле­ния колес на опорную поверхность, типа шин и других конструктивных факторов.

Для того чтобы автомобиль равномерно, не буксуя, двигался по горизонтальной дороге при отсутствии боко­вых сил, необходимо выполнение следующего условия:

где Р_f ⁼ f*G_а- сила сопротивления качению;

P_φ= φ* G_вед - сила сцепления;

f- коэффициент сопротивления качению;

φ - коэффициент сцепления;

G_a - полный вес автомобиля;

G_вед - вес автомобиля, приходящийся на ве­дущие колеса.

В табл. 9 и 10 представлены значения коэффициен­тов сопротивления качению и сцепления для наиболее характерных для кросса дорожных условий
Таблица 9

Коэффициенты сопротивления качению для наиболее характерных для кросса дорожных условий

Дальнейшее ее увеличение действует на сопротивление качению незначительно.

Большое влияние на силу сопротивления качении оказывают параметры шины, ее размеры и давление ней. Например, при всех прочих равных условиях она тем меньше, чем больше диаметр колеса и чем больше давление воздуха в шине.

Сопротивление качению на мягком грунте во многой определяется характеристиками грунта, например величиной его остаточной деформации, т. е. глубиной коле! которая в основном зависит от соотношения жесткости шин и опорной поверхности, а также от размера колес?

Зависимость среднего фактического давления в контакте q от абсолютного давления воздуха в шинах Рw приблизительно определяется уравнением:

где с - коэффициент, характеризующий жесткость кар­каса шин и грунта.

Эксперименты по определению среднего давления в контакте при номинальной нагрузке на колесо показа­ли, что величина коэффициента с колеблется в пределах от 1,05 до 1,45 (причем меньшие значения коэффициен­та относятся к шинам низкого давления). На мягких грунтах при неизменном давлении воздуха в шинах и неизменных нагрузках на колесо оно снижается вслед­ствие увеличения площади контакта. Погружение коле­са в мягкий грунт продолжается до тех пор, пока не на­ступит равенство между снижающимся давлением в' контакте и возрастающим сопротивлением почвы смя­тию вследствие ее уплотнения. Снижение давления воз­духа в шинах вызывает уменьшение глубины колеи, при этом каждому грунту в зависимости от его твердости и состояния (сухой, увлажненный и т. п.) соответствует некоторое оптимальное значение давления Рw.

Для улучшения проходимости автомобиля по мягко­му грунту необходимо, чтобы колея колес всех осей бы­ла одинаковой, а давление в контакте шин передних ко­лес, прокладывающих колею, было на 20-30% меньше, чем задних, которые катятся по уплотненному грунту. Это достигается в основном соответствующим распреде­лением массы автомобиля по осям, а также установле­нием различного давления воздуха в шинах передних и; задних колес. При одинарных передних и сдвоенных задних колесах, вследствие того, что их колея различна, проходимость значительно ухудшается по сравнению с автомобилем, все колеса которого односкатные и имеют одинаковую колею, хотя общая площадь контакта в первом случае больше. Этим, в частности, объясняются неудачи при установке на некоторых «багги» задних двухскатных колес.

Увеличение размеров шин, т.е. их ширины и диаметра также уменьшает глубину колеи и, следовательно, сопротивление качению по мягким грунтам.

Как отмечалось ранее, проходимость автомобиля определяется также его тяговыми параметрами, поэтому увеличение максимальной удельной силы тяги сущест­венно ее улучшает.

где М_е- эффективный крутящий момент двигателя;

Удельная сила тяги автомобиля определяется по сле­дующей формуле:
Где

Ме - эффективный крутящий момент двигателя

η - КПД трансмиссии;

С другой стороны, Р_к ≤ Ру , где Р_φ - сила сцепле­ния, т. е. для реализации силы тяги необходимо обеспе­чить не только достаточный коэффициент сцепления шин, но и необходимый сцепной вес, т. е. нагрузку на ведущие колеса автомобиля.

По поводу того, каково должно быть распределение массы специального кроссового автомобиля по осям, су­ществует несколько мнений. Некоторые конструкторы и спортсмены считают, что на задние ведущие колеса «багги» должно приходиться 65-70% массы, т. е. им руководит стремление загрузить как можно больше ведущие колеса автомобиля. По мнению других, в данной вопросе нельзя руководствоваться только обеспечение!) максимальной проходимости автомобиля, необходимо также учитывать требования к его управляемости и устойчивости, в частности продольной, и маневренности Поэтому, на их взгляд, оптимальное распределение массы «багги» на оси такое: примерно 55% на заднюю 45% на переднюю ось.

Проходимость автомобиля зависит также от его геометрических параметров, которые должны быть таки ми, чтобы машина преодолевала неровности пути, не за] девая их своими частями. Наиболее важными из них являются дорожные просветы (клиренс), углы и радиусы проходимости (рис. 8).

При езде по пересеченной местности, в частности при переездах через рвы и канавы, большое значение имеют величины углов въезда γ₁ и съезда γ₂, образуемые опорной поверхностью и плоскостями, касательными к колесам и выступающим спереди и сзади точкам авто­мобиля. Увеличение этих углов за счет уменьшения пе­реднего и заднего свесов улучшает проходимость авто­мобиля. Положительно влияют на нее уменьшение ра­диусов продольной и поперечной проходимости.

Радиус продольной проходимости pi определяет кри­визну окружности, касательной к передним и задним ко­лесам и к нижней точке в средней части автомобиля. Радиус поперечной проходимости рг - к левым и правым колесам и к нижней точке в средней части автомобиля. Уменьшение радиусов достигается сокращением базы ав­томобиля, увеличением просветов и приближением ниж­них точек к колесам.

Табл. 11 позволяет сравнить средние геометрические Показатели проходимости «багги» с этими же показа­телями других автомобилей.

Все вышесказанное относится к случаям преодоле­ния порога с места. Максимальная высота порога, пре­одолеваемого автомобилем с ходу, может быть больше, так как в последнем случае при столкновении с порогом освобождается кинетическая энергия. Однако следует учитывать, что при подобном способе преодоления пре­пятствия динамические нагрузки могут привести к поломке деталей ходовой части и трансмиссии.

Под устойчивостью автомобиля понимается совокуп­ность его качеств, обеспечивающих движение в требуемом направлении без опрокидывания и бокового скольжения (заноса).

Одним из важнейших элементов устойчивости авто­мобиля является его управляемость, т. е. качество, обе­спечивающее движение в заданном направлении. Машина будет иметь хорошую управляемость, если ее конст­рукция удовлетворяет следующим требованиям: управляемые колеса при повороте катятся без бо­кового скольжения; обеспечена хорошая стабилизация колес, их произ­вольные колебания исключены; рулевой привод обеспечивает правильное соотноше­ние углов поворота управляемых колес, а рулевое упра­вление имеет обратную связь, позволяющую водителю судить о величине и направлении сил, действующих на управляемые колеса; параметры направляющих и упругих элементов под­весок, а также шин подобраны таким образом, что углы увода передней и задней осей находятся в определен­ном соотношении. (Под углом увода понимается угол, образованный плоскостью вращения колеса и углом смещения следа колеса за счет деформации шины.)

Потеря автомобилем устойчивости выражается в оп­рокидывании или скольжении автомобиля. В зависимо­сти от их направления различают продольную и попе­речную устойчивость.

Поперечная устойчивость. Ее нарушение, возникающее вследствие действия боковых сил, являет­ся более вероятным. Поперечная устойчивость автомо­биля оценивается следующими показателями:

β опр- максимальный (критический) угол косогора, соответствующий началу опрокидывания автомобиля;

Vопр - максимальная (критическая) скорость дви­жения по кругу, соответствующая началу опрокидыва­ния автомобиля;

β эан - максимальный (критический) угол косогора, соответствующий началу поперечного скольжения ко­лес;

V зан - максимальная (критическая) скорость дви­жения по кругу, соответствующая началу опрокидывания при равномерном прямолинейном движении автомобиля:

Таким образом, опрокидывания автомобиля при ука­занных условиях не произойдет, если линия действия силы тяжести не выйдет за пределы точек опоры авто­мобиля.

Критическая скорость движения по кругу, соответ­ствующая началу опрокидывания при движении авто­мобиля по горизонтальной опорной поверхности может быть определена по формуле:

Рассмотрим теперь условия, при которых возникает' боковое скольжение (занос) автомобиля, движущегося по кругу. Заноса не будет до тех пор, пока выполняется! условие:

Критическая скорость, соответствующая началу за­носа, определяется следующим образом:

таким образом, для горизонтальной опорной поверхности (h=0)

Так как занос автомобиля менее опасен, чем опро­кидывание, условия безопасности движения автомобиля на повороте определяются разницей в его предельных скоростях по заносу и опрокидыванию:

Сопоставление величин, входящих в последнее выра­жение, показывает, что для автомобилей, двигающихся на повороте без отрицательного поперечного уклона, за­нос более вероятен, чем опрокидывание, особенно если учесть влияние силы тяги на ведущие колеса, снижаю­щую критическую скорость по заносу.

Продольная устойчивость. В случае поте­ри продольной устойчивости автомобиль может опроки­нуться вокруг точек соприкосновения передних или зад­них колес с дорогой. Ее нарушение возможно при дви­жении на подъеме или спуске, торможении или разгоне, а также при наезде на препятствия. При высокой ско­рости нарушение продольной устойчивости (также как и поперечной) может быть вызвано также аэродинамиче­ским воздействием.

Для любого из вышеперечисленных случаев про­дольная устойчивость не будет нарушена до тех пор, пока сумма нормальных реакций на передние или зад­ние колеса автомобиля будет больше нуля. В качестве примера представим предельный угол подъема при рав­номерном движении с небольшой скоростью (т. е. когда отсутствует сила инерции, а сопротивление воздуха и сопротивление качению незначительны):

При движении по пересеченной местности колебания автомобиля определяют его возможную скорость. Ма­рины, участвующие в соревнованиях по пересеченной местности, в большей степени подвергаются самым раз личным колебаниям, и чем «безболезненней» автомобиль преодолевает препятствия, тем лучше плавность его хода, тем выше его скорость. Причем эта скорость! определяется не только прочностью отдельных агрега­тов машины, но и физиологическими особенностями че­ловека. Считается, что наиболее отвечают возможностям человека колебания с частотой идущего пешехода. Так, при скорости пешехода 4 км/ч и длине шага 0,7 м их число составляет 60-70 в минуту. Как показывают эксперименты, частота колебаний легковых автомобилей близка к указанной, а у загруженных грузовых составляет 90-120 а минуту (без груза выше). Возникающие при движении автомобиля колебания приводят к дополнительными затратам энергии и поэтому их уменЯ шение способствует повышению эффективности использования мощности двигателя. Для оценки плавности хо­да применяются такие понятия, как частота колебаний или их период, амплитуда, ускорение и скорость изменения ускорения. Наиболее важным из них является чЛ стота колебаний. Подсчитывают ее следующим образом:

В связи с тем, что общее количество неподрессоренных масс автомобиля составляет обычно 12-20% от масс подрессоренных, а жесткость подвески в 5-8 раз меньше жесткости шин, частота колебаний последних значительно ниже, чем первых. Это позволяет повысить и улучшить условия работы водителя при движение. При этом немаловажную роль играет правильный подбор жесткости сиденья. Для гашения колебаний применяются, как правило, гидравлические амортизаторы. Ин­тенсивность гашения колебаний оценивается величиной отношения последующей к предыдущей амплитуде и называется декрементом затухания:

У современных автомобилей обычно d ≈ 3,5-6, что дозволяет за первый же период колебаний перевести до 95% механической энергии в тепловую.

При изменении нагрузки плавность хода автомобиля существенно меняется за счет изменения частоты собст­венных колебаний и в отдельных случаях может приве­сти к недопустимым физиологическим воздействиям на организм человека. Для устранения этого явления под­веска автомобиля должна иметь прогрессивно увеличи­вающуюся жесткость. С этой целью наряду с рессорной подвеской применяются подрессорники, однако более полное решение этой проблемы достигается при исполь­зовании в качестве упругого элемента резины и приме­нении гидропневматической подвески. Среди показате­лей плавности хода автомобиля, помимо частот, боль­шое влияние имеют ускорения, воздействующие на. во­дителя, и их производные по времени. При этом следует иметь в виду, что одни и те же ускорения могут вызвать различные ощущения в зависимости от амплитуды, ча­стоты и продолжительности колебаний.

В табл. 12 приведены оценки плавности хода автомо­биля в зависимости от числа и величины ускорений на 1 км пройденного пути.

Кроме колебаний, возникающих от неровностей до­рог, в автомобиле наблюдаются вибрации, возникающие главным образом за счет работы агрегатов автомобиля и имеющие значительно более высокую частоту и мень­шие амплитуды. Если колебания совершаются с частотой 60-150 в минуту, то вибрации - с частотой более 600 в минуту. Помимо того, что вибрация - неприятное шумовое явление, она отрицательно влияет на на­дежность всех соединений и работу отдельных прибо­ров. Снижение уровня вибраций достигается балансиров­кой вращающихся деталей и применением вибропоглощающих прокладок.



КОНСТРУКЦИИ СПЕЦИАЛЬНЫХ КРОССОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

ОСНОВНЫЕ КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ

Используемые в автомобилестроении компоновоч­ные схемы можно разбить на следующие группы s (рис. 9)

а) с передним расположением двигателя и задними ведущими колесами, так называемая классическая;

б) с передним расположением двигателя и передни­ми ведущими колесами, так называемая переднепри­водная;

в) с центральным расположением двигателя и задними ведущими колесами;

г, д, е) с задним расположением двигателя и задни­ми ведущими колесами;

ж) со всеми ведущими колесами (4х4).

Схема с передним расположением двигателя и зад­ними ведущими колесами (а) наиболее распространена среди серийных легковых автомобилей. Используется она и на «багги». К ее преимуществам относится сравнительная простота изготовления за счет использования агрегатов от массовых моделей автомобилей. Однако целый ряд показателей автомобиля существенно ухудшается, приводя к снижению его конкурентоспособности. Схема с передним расположением двигателя и пе­редними ведущими колесами (б) довольно широко распространена среди легковых автомобилей малого класса. Ее преимущества, помимо чисто конструктивных, заключаются в лучшей устойчивости и управляемости автомобиля, особенно на поворотах. Но для «багги», двигающихся в условиях пересеченной местности, подобная схема нецелесообразна из-за снижения тяговой динамики при старте и разгонах, а также вследствие худших тяговых качеств на подъеме из-за снижения нагрузки на ведущие колеса.

Схема с задним расположением двигателя и задними ведущими колесами наиболее распространена на «багги». В рамках данной схемы встречаются три ее разновидности. Первая (г) - двигатель расположен сзади вне базы, причем передняя часть коленчатого вала направлена назад, как у автомобиля «Запорожец». К Двигателю на фланцах прикреплена коробка передач в блоке с главной передачей. Подобный вариант приводит к большому смещению массы двигателя за задней осью и в ряде случаев к неоправданно большому повышению заагрузки задних колес. Кроме того, вынос двигателя за пределы задней оси приводит к повышению момента инерции относительно вертикальной и горизонтальной осей, что вызывает увеличение склонности автомобиля к заносу и галопированию. Другим вариантом такой схемы является компоновка е, при которой момент передается от коробки передач, сблокированной с двигателем через промежуточный карданный вал или без него на поворотный редуктор, а от поворотного редуктора - карданным валом на главную передачу.

Самая предпочтительная для «багги» третья разновидность схемы (д). Двигатель расположен передней частью коленчатого вала вперед и находится непосредственно за спиной гонщика. Как и в первом случае, он сблокирован с коробкой передач и главной передачей но крайней задней точкой силовой передачи являете» коробка передач. Распределение массы автомобиля по осям, как правило, удачнее. Моменты инерции вокруг поперечных осей существенно меньше, что в конечном счете повышает динамические качества автомобиля, его маневренность, снижает склонность к галопированию. Наиболее существенный недостаток третьей разновидно­сти схемы - уменьшение заднего угла съезда.





Схема с передним расположением двигателя и всеми ведущими колесами (ж) широко применяется на ав­томобилях повышенной проходимости. При использова­нии на «багги» она не подвергается существенным из­менениям. Однако на «багги» со всеми ведущими коле­сами возможно расположение двигателя, как в предыдущих схемах.

Общий вид автомобилей, выполненных по некоторым из схем, дан на рис. 10-13.

ДВИГАТЕЛЬ

О том, какого рабочего объема двигатели можно ус­иливать на специальные кроссовые автомобили, рассказано на с 31-32 Там же коротко говорится об ограничениях по форсировке двигателя. Перейдем более конкретно к рассмотрению подготовки двигателя для «багги».

В 0-м классе большей частью применяются двигателя ИЖ-ЮЗ с номинальной мощностью 18 л/с

Могут так же устанавливаться двигатели мотоцикла «ИЖ-споот» с мощностью 28 л. с. В связи с тем, что в этом классе допускается форсировка двигателей, отдельные их образцы , после нее развивают мощность 40-45 л/с при 8000-10 000 об/мин. Учитывая, что при грамотно сконструированной машине ее масса может не превышать 250 кг, то масса, приходящаяся на 1 л. с. без водителя составит примерно 6 кг/л, с, а с водителем массой 75 кг - примерно 8 кг/л. с.

В 0-м и 1-м классах могут использоваться двигатели ЧЗ, ЯВА-ЭССО и другие.

Во 2-м 7-м классах двигатели воздушного охлаж­дения ЗАЗ-968 с мощностью 43 л. с. при 4400 об/мин и мотоциклетные. Возможности повышения мощности в связи с временными ограничениями подготовки двига­теля по группе 1 технических требований незначительны, несмотря на это для двигателя 7-ого класса, напри­мер ВАЗ-21011, мощность может быть повышена при подготовке по 1-й группе до 75-80 л. с. при 7000 об/мим. Удельная мощность автомобилей 0-го класса с учетом

массы водителя 75 кг составит

а 7-го класса –

В 7-10-м классах устанавливаются двигатели ВАЗ-21011, ВАЗ-2106 с мощностью 69 и 80 л. с. при 5600 об/мин и ГАЗ-24 с мощностью 98 л. с. при 4500 об/мин. С учетом допустимой форсировки мощность двигателей ВАЗ увеличивается соответственно до 75-80 _и 90-92 л. с. при 7000 об/мин и для ГАЗ-24 до 105- 110 л. с. при 5500 об/мин.

Несмотря на большую мощность «багги» с двигате­лем ГАЗ-24, практика не показала их преимуществ. Это объясняется как несколько большей массой двигателя ГАЗ-24, а следовательно, и всего автомобиля, так и меньшей приемистостью двигателя. Более того, «багги» с двигателями ВАЗ-21011, ВАЗ-2106 и ГАЗ-24 показы­вают практически равные ходовые качества.

В соответствии с техническими требованиями подго­товка двигателей автомобилей 0-го и 1-го классов заклю­чается как в их тщательной сборке, так и форсировке по степени сжатия, наполнению и частоте вращения колен­чатого вала. Геометрическую степень сжатия двигате­лей ИЖ-ЮЗ повышают до 13-15 путем подрезки пло­скости головки цилиндра. При этом иногда меняют форму камеры сгорания для улучшения процессов газо­обмена и с целью интенсификации процесса сгорания с учетом максимально возможного снижения требований к октановому числу топлива. Для повышения наполне­ния цилиндров и их лучшей очистки от отработавших газов проводят довольно сложный комплекс мероприя­тий. Например, как правило, максимально расширяют фазу впуска и выпуска, а для увеличения фактора «вре­мя - сечение» - впускные и выпускные окна. Преде­лом расширения является обеспечение надежной работы поршневых колец без их поломки. С той же целью уве­личивают число впускных и выпускных окон. Такие же мероприятия проводят и с перепускными окнами, при этом поверхность их обрабатывают как можно чище, чтобы не было острых кромок и переходов. Большое значение имеют углы наклона стенок, образующих про­дувочные каналы в цилиндре как в поперечной, так и в продольной плоскости. Некоторые варианты изменения этих углов, обеспечивающих улучшение мощностных по­казателей работы двигателя, применительно к двигате­лю ЧЗ-125 модели 984-8, прошедшего форсировку в ЛСА МАДИ, приведены на рис. 14.

Для улучшения наполнения цилиндра иногда во впускных каналах устанавливаются лепестковые пла­стинчатые клапаны (рис. 15). Наполнение в этом случае повышается за счет снижения обратного выброса смеси из кривошипной камеры во впускной тракт и дополнительного продувочного канала, который образу­ется при закрытии клапана.

Большое значение имеет настройка выпускной си­стемы, для чего подбирают длины и объемы отдельных элементов глушителя. Пример изменения глушителя для двигателя 43-125 модели 984-8 приведен на рис. 16.

Проведение комплекса мероприятий по перечислен­ной схеме позволяет поднять литровую мощность серий­ного двухтактного двигателя до 200 л. с/л. На рис. 17 приведены внешние характеристики двигателя при последовательном изменении перечисленных элементов.

1. 
   снижением величины механических потерь путем
   селективной сборки двигателя;
   
2. 
   повышением наполнения за счет снижения газо­
   динамических потерь системы газообмена, т. е. впуск-'
   кой и выпускной системы, и регулировкой системы пи-1
   тания и газораспределения;'
   
3. 
   тщательной регулировкой и настройкой других
   систем двигателя (зажигания, выпуска и т. д.).
   

Двигатели ВАЗ-21011 серийного исполнения по дан­ным завода-изготовителя имеют при контрольных стен­довых испытаниях мощность в пределах 68-72 л. с.

В ЛСА МАДИ были подготовлены двигатели ВАЗ-21011 с учетом технических требований к двигателям автомобилей группы 1. Их мощность после этого со­ставляла 78-80 л. с.

Ниже приводятся основные мероприятия по довод­ке деталей и систем двигателя и их результаты.

Коленчатый вал

Для спортивных двигателей целесообразно использовать вал, коренные шейки которого изготовлены в нижнем пределе допусков, так как увеличенный зазор во вкладышах благоприятно влияет на легкость враще­ния коленчатого вала. Приведенные замеры показали, что найти вал, у которого все шейки выполнены по ниж­нему допуску, очень трудно, поэтому выбирается такой, у которого занижены размеры большей части шеек.

При выборе вала обращают внимание на чистоту ра­бочих поверхностей шеек, смотрят, нет ли на нем цара­пин, задиров или других дефектов. Очень важной явля­ется величина взаимной несоосности коренных шеек. В ЛСА МАДИ использовались валы с отклонениями от этого размера на 0,01-0,015 (заводской допуск на взаимную несоосность коренных шеек равен 0,03 мм).

Большое значение для двигателя, работающего с превышением номинальной частоты вращения коленча­того вала, имеет динамическая балансировка вала в сборе с маховиком и нажимным диском сцепления. Дис­баланс заводского вала составляет 8-14 гсм при 2000 об/мин, а в сборе с маховиком и нажимным диском 28-32 гсм при 2000 об/мин. После произведенной в ЛСА балансировки суммарный дисбаланс вала состав­лял 2-2,5 гсм при 2000 об/мин. Металл снимался толь­ко с маховика

Шатуны и поршни

Для снижения нагрузки на коренные шейки и вы­равнивания на шатунные нужно обеспечить одинаковое расположение центров тяжести и одинаковые моменты инерции всех шатунов. Это достигается подбором шату­нов. Важно их равенство не только по массе, но и оди­наковое распределение массы шатуна между нижней и верхней головками. При ограниченном числе шатунов ^подгонка их по массе осуществлялась путем съема с них металла.

Диаметры поршней двигателя ВАЗ-21011 колеблют­ся в пределах заводского допуска, составляющего 0,05 мм. Рекомендуемый заводом зазор между поршнем " Цилиндром составляет для нового двигателя 0.05-0,07 мм. Однако, как показывает практика, увеличение определенных пределах зазора между поршнем и цилиндром в некоторой степени снижает уровень механических потерь. На основании опыта работы ЛСА МАДИ можно считать, что оптимальный монтажный зазор между поршнями и цилиндром - 0,09-0,1 мм. В этом случае после 10 ч обкатки эта величина составляет 0,1-0,11 мм.

Система смазки

Увеличенные зазоры между шейками коленчатого вала и коренными и шатунными вкладышами предъяв­ляют дополнительные требования к производительности масляного насоса. Можно дать следующие рекоменда­ции по сборке масляного насоса:

1. 
   зазор между зубьями шестерен не должен превы­шать 0,15 мм (заводской зазор до 0,25 мм);
   
2. 
   зазор между зубьями шестерен и расточкой в корпусе масляного насоса следует делать не более 0,11-0,12 мм;
   
3. 
   по высоте шестерни, установленные в корпусе на­соса, должны быть ниже плоскости разъема между
   корпусом и крышкой насоса на 0,03-0,05 мм.
   

Основной критерий отбора головок блока цилинд­ров - объем камеры сгорания, определяющий степень сжатия двигателя. Руководствоваться следует сообра­жениями не только минимального объема камеры сго­рания, но и минимальной разницы по объему между ка­мерами всех четырех цилиндров.

При установке трубопроводов производили тщатель­ную их подгонку снятием металла в целях исключения етупенек при переходе от канала в головке к трубопро­воду, создающих гидравлические потери при течении смеси и отработавших газов. Перед окончательной сборкой двигателя головки обрабатывали на притироч­ной плите. То же самое делали с фланцами впускного и выпускного трубопроводов.

Газораспределительный механизм

На основании стендовых испытаний был установлен предел двигателей ВАЗ по частоте вращения, до которо­го не происходит нарушений в работе газораспредели­тельного механизма. Этот предел равен 7400-7500 об/мин и определяется жесткостью клапанных пружин. Технические требования к двигателям автомобилей группы 1 запрещают замену клапанных пружин или из­менение каким-либо способом: их жесткости. Однако жесткость стандартных пружин неодинакова, поэтому целесообразен подбор клапанных пружин по следую­щим критериям:

1. 
   пружины комплекта должны иметь наибольшую жесткость из числа выбираемых;
   
2. 
   пружины одноименных клапанов должны иметь одинаковую жесткость (насколько это возможно);
   
3. 
   наибольшую жесткость должны иметь пружины выпускных клапанов.
   

Как показала практика, после обкатки двигателя появляется разница в профиле кулачков, что отрица­тельно влияет на мощностные показатели двигателя. Хотя влияние это не столь заметно и для обычного транспортного двигателя не имеет большого значения, пренебрегать им при подготовке спортивного двигателя не следует. Поэтому для обеспечения более равномер­ной работы двигателя целесообразно заменять распре­делительный вал новым.

Приборы с и с т е мы з а ж и г а н и я

Если двигатель форсирован по частоте вращения, то к приборам системы зажигания предъявляются повы­шенные требования. Во всем диапазоне частоты враще­ния от них требуется надежная и четкая работа, высо­кая стабильность угла опережения зажигания и доста­точная для нормальной работы двигателя энергия искрообразования, так как с уменьшением времени замкну­того состояния контактов прерывателя-распределителя энергия искрообразования с ростом частоты вращения коленчатого вала уменьшается

В ЛСА МАДИ для проверки и регулировки прибо­ров системы зажигания использовался стенд СПЗ-6. Ме­тодика испытаний изложена в главе IV книги М. М. На­зарова «Автомобильный кросс» (М., 1978). Прерывате­ли-распределители проверялись и регулировались сле­дующим образом:

1. 
   проводился внешний осмотр, во время которого особое внимание обращалось на состояние контактов, шлицов вала, отсутствие чрезмерного радиального за­зора вала;
   
2. 
   устанавливался оптимальный зазор с помощью прибора проверки угла замкнутого состояния контак­тов стенда СПЗ-6. Угол замкнутого состояния контак­тов равен 53-54° для одного кулачка, что соответству­ет зазору между контактами 0,3-0,35 мм;
   
3. 
   проверялись стабильность и отсутствие разброса искрообразования по углу поворота вала прерывателядля каждого кулачка и работа регулятора опережения зажигания.
   

На этом же стенде подбиралась катушка зажигания с помощью отрегулированного прерывателя-распредели­теля. Контролировалась надежность искрообразования по всему диапазону частоты вращения с помощью иск­рового разрядника, отсутствие пробоя высоковольтного изолятора и надежность искрообразования. При п - 4000 об/мин (частота вращения прерывателя-распределителя, что эквивалентно 8000 об/мин коленчатого вала) длина искрового промежутка должна быть не менее 8,5 мм.

Проверка конденсатора проводилась по его емкости 1 и отсутствию тока утечки на том же стенде.

В результате проведенных работ было установлено, что приборы системы зажигания двигателя ВАЗ-21011 имеют высокое качество изготовления и обладают высокой надежностью, что позволяет использовать их на двигателях, работающих в форсированных режимах. Однако для исключения неточности изготовления и peгулировки приборов, в частности для обеспечения Достаточной точности установки угла замкнутого состояния контактов прерывателя-распределителя, рекоменду­ется использование стенда СПЗ-5 или ему подобных.

Система выпуска двигателя

Одним из способов улучшения наполнения цилинд­ров и увеличения мощности двигателя является на­стройка его системы выпуска, для чего используют ко­лебания давлений в выпускном трубопроводе. Настрой­ка должна быть такой, чтобы при открытии выпускного клапана и особенно в конце такта выпуска за клапаном создавалось наименьшее давление. Это приводит к по­вышению наполнения цилиндра в результате его более полной очистки от продуктов сгорания.

Многие современные серийные двигатели, в том чис­ле и двигатели ВАЗ-21011, имеют системы выпуска, спроектированные с учетом колебательных процессов в выпускном трубопроводе. В данном случае это так на­зываемая сдвоенная система выпуска, широко приме­няемая на четырехцилиндровых двигателях. В системах этого типа попарно соединяются выпускные патрубки цилиндров, работающих через промежутки, равные двойному углу поворота коленчатого вала между так­тами выпуска, затем эти пары снова объединяются в общую выпускную трубу. Суть заключается в том, что­бы волна давления, возникающая в выпускном трубо­проводе от такта выпуска одного из цилиндров, не ме­шала выпуску из следующего по порядку работы ци­линдра. Об эффективности подобной системы можно судить по результатам исследований, проведенных в проблемной лаборатории транспортных двигателей Мо­сковского автомобильно-дорожного института (ПЛТД МАДИ) на опытном четырехцилиндровом двигателе

При замене стандартной системы выпуска сдвоен­ной максимальное значение эффективной мощности возросло при п = 4200 об/мин с 76,8 до 80,9 л. с, т. е. бо­лее чем на 5%. Максимальный крутящий момент уве­личился с 17,1 до 17,8 кгм. Вопросы, касающиеся сдво­енных систем выпуска, изложены в книге К. А. Моро­зова, Б. П. Черняка, Н. И. Синельникова «Особенности Рабочих процессов высокооборотных карбюраторных Двигателей» (М., 1971).

В последнее время на спортивных двигателях широко применяются более сложные системы выпуска, на­пример «четыре в одну». Колебательный процесс в них строится таким образом, чтобы волна разряжения име­ла максимальное значение у выпускного клапана в мо­мент его перекрытия. По мнению некоторых исследова­телей, такая настройка выпускной системы в комплек­се с впускной при достаточно широком перекрытии кла­панов (60-80°) оказывает положительное влияние на условия впуска и может дать прирост мощности до 18-20%.

Настройка подобных систем - сложный и трудоем­кий процесс. Здесь играет роль не только длина, но и объем элементов выпускной системы, а следовательно, диапазон настройки таких систем значительно уже. В настоящее время не существует ни точных формул, описывающих волновые явления в выпускных трубо­проводах, ни общепринятой методики эмпирического подбора элементов выпускных систем.

Некоторые фирмы, специализирующиеся на подготовке серийных двигателей для гонок, используют ре­зультаты расчетов по эмпирическим формулам (с по­следующей их корректировкой) при стендовых испыта­ниях двигателя. В частности, для свободного выхлопа (без глушителя) применяется следующая формула (В этой и следующих до конца раздела формулах - размеры в дюймах.)

где: 5100 и 6 - эмпирические коэффициенты;

Θоп - опережение открытия выпускного клапа­на до НМТ в градусах п. к. в. плюс 180°;

п - частота вращения коленчатого вала, при которой желательно получить максимальный эффект настройки (на­пример, обороты максимальной мощ­ности);

L₁ - длина первичной трубы плюс длина канала в головке цилиндра (т. е. дли­на от тарелки выпускного клапана до объединителя).

Диаметр первичной трубы определяется из соображений, что объем, заключенный в ней, должен быть ра­вен удвоенному рабочему объему цилиндра 2Vh_цил

Так как расчет ведется для цилиндрической трубы, а реальная первичная, как правило, сильно изогнута, то для компенсации сопротивлений изгиба рекомендуется некоторое увеличение сечения:

Длина вторичной трубы L₂, (т. е. от объединителя) должна быть равной или кратной длине первичной:


Объем, заключенный во вторичной трубе, должен быть равен четырем рабочим объемам цилиндра, по­скольку речь идет о четырехцилиьдровом двигателе. Следовательно, для L₁ = L₂

Окончательный подбор параметров элементов вы­пускной системы производится при стендовых испыта­ниях. В ЛСА МАДИ получены следующие данные системы выпуска «четыре в одну» путем корректировки параметров, рассчитанных по приведенным выше фор­мулам, при стендовых испытаниях двигателя (для стандартных фаз газораспределения): п = 6200-6300 об/мин; D\ = 35 мм; D₂ = Ь0 мм; L_x = L₂ = 750 мм (в L) включена также длина канала в головке блока Цилиндров).

Объединитель первичных труб был выполнен сим­метричным. Угол, под которым первичные трубы под­ходили к объединителю, - в пределах 12-16°.

Как уже говорилось, настроенная система выпуска «четыре в одну» дает возможности, получения более высоких мощностных показателей двигателя, чем сдво­енная, но в гораздо более узком диапазоне оборотов. К тому же изготовление и настройка этой системы на­много сложнее.

С учетом вышесказанного, а также требований, предъявляемых к двигателям специальных кроссовых автомобилей спецификой соревнований, целесообразно использовать на «багги» сдвоенные системы выпуска.

ШАССИ, КОЛЕСА, КУЗОВ, ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ

Выделим в автомобиле три условных компонента: кузов, двигатель и шасси. Дополнительными компонен­тами в этом случае будут колеса, органы управления и приборы контроля. (Трансмиссий и ходовая часть - элементы шасси.)

В качестве несущего элемента вce современные спе­циальные кроссовые автомобили имеют трубчатую ра­му в виде пространственной фермы. Основой простран­ственной фермы является каркас безопасности, изго­товленный из холоднотянутых стальных труб с разме­рами, зависящими от массы автомобиля. К каркасу безопасности привариваются трубы, косынки и другие элементы, необходимые для крепления агрегатов авто­мобиля и защиты их от повреждений. В зависимости от применяемой компоновки автомобиля каркас, допол­нительные элементы видоизменяются, однако его верх­няя часть, регламентированная техническими требова­ниями, остается практически неизменной.

В соответствии с определением, приведенным в тех­нических требованиях Международной автомобильной федерации (ФИА), под кузовом подразумеваются все корпусные части, омываемые потоком воздуха. Кузов специальных кроссовых автомобилей, как и гоночных, состоит большей частью из отдельных элементов обте­кателя, закрепленных на ферме. В отличие от гоночно­го автомобиля, где основной функцией обтекателя яв­ляется снижение аэродинамического сопротивления воздуха, у «багги» элементы обтекателя выполняют главным образом декоративные функции и защищают гонщика и агрегаты автомобиля от грязи и пыли. Ча­сто для обтекателя используют стеклоткань с эпок­сидной или полиэфирной смолой, однако иногда отдельные -его элементы целесообразно изготавливать из дюралюминиевых листов, которые почти при той Ж^е массе обеспечивают большую жесткость отдельных элементов конструкции, лучше выполняют функции за­щиты. Кроме того, металлические элементы после по­вреждения легко и быстро выправляются. В дальней­шем при постройке «багги», очевидно, будут применяться конструкции типа «монокок» или комбинированного типа, т. е. такие, в которых элементы обтека­теля выполняют не только декоративную роль, но и ор­ганически входят в силовую схему элементов рамы.

Крылья на «багги» могут крепиться как к кузову, так и неподрессоренным частям элементов передней и задней подвесок. В последнем случае увеличиваются неподрессоренные массы, что приводит к некоторому ухудшению ходовых качеств автомобиля и из-за вы­сокой частоты колебаний требует очень надежного крепления.

Подвеска специальных кроссовых автомобилей, как правило, независимая, их схемы совпадают с подвеской легковых автомобилей. Чаще всего передняя выполня­ется на поперечных рычагах, ко может быть и на про­дольных с поперечным расположением торсиона. Ход подвески при качании колеса от крайнего верхнего до крайнего нижнего положения составляет обычно 240- 300 мм. Для примера можно сказать, что ход подвески автомобилей ВАЗ составляет: передней - 164 мм, зад­ней - 210 мм; «Москвич»: передней - 170 мм, зад­ней - 260 мм. Ограничение хода подвески вниз часто осуществляется помимо штока амортизатора установкой тросов или ремней.

Как из соображений компоновки, так и снижения количества неподрессоренных масс, на специальных кроссовых автомобилях неоправдан и неразрезной зад­ний мост. Задняя подвеска, как правило, выполняется на поперечных или продольных рычагах. Ход задней подвески примерно такой же, как и передней. В каче­стве амортизирующего элемента чаще всего использу­ются пружины в сочетании с мощными амортизаторами. Иногда применяется гидропневматическая подвеска, позволяющая получить прогрессивную характеристику изменения жесткости. В целом принципы расчета и кон­струирования подвески не отличаются от принципов расчета серийных автомобилей и подробно освещены в специальной литературе.

По определению, приведенному в технических тре­бованиях, под колесом подразумевается диск и обод, а под комплектным колесом - диск, обод и шина. Шири­на обода подбирается в зависимости от применяемой шины, и поэтому часто используются составные диски колес, позволяющие изменять их ширину в зависимости от ширины шины. Диски используются стальные штампованные, а также литые из легких сплавов.

Выбор размера и типа шин - вопрос крайне важ­ный. При его решении следует руководствоваться сле­дующими соображениями: передние колеса выполняют направляющую роль, поэтому рисунок их протектора может не иметь сильно развитых грунтозацепов, повы­шающих сцепление с грунтом в продольном направле­нии. Важно, чтобы рисунок обеспечил высокие сцепные качества в поперечном направлении при минимальных потерях на преодоление сопротивления качения. Зад­ние же шины должны иметь хорошие сцепные качест­ва не только в поперечном, но и продольном направле­нии, чтобы обеспечить автомобилю наилучшие тяговые качества.

По техническим требованиям наибольшая ширина шин специальных кроссовых автомобилей 11,5 дюйма. При существующих мощностях двигателя этого более чем достаточно даже для задних шин. Ширину передних шин по сравнению с задними из соображений снижения массы неподрессоренных частей и потерь на качение разумно уменьшить на 1,5-2 дюйма. Вопрос целесооб­разности использования низконрофильных шин на спе­циальных кроссовых автомобилях пока еще далеко не решен, особенно если учесть недостаточную проч­ность деталей трансмиссий, используемых на «багги». Ведь шины с большой высотой профиля уменьшают ди­намические нагрузки на детали трансмиссии, выполняя функции предохранительной упругой муфты.

Рассмотрим некоторые особенности компоновки элементов трансмиссии от сцепления до полуосей или карданных валов, передающих момент на ведущие ко­леса.

При заднем расположении двигателя на специаль­ных кроссовых автомобилях используется коробка пе­редач автомобиля ЗАЗ-968 или гоночных машин «Эстония-18 и -19». Обе коробки, особенно первая, не рассчи­таны на те высокие ударные нагрузки, которые наблю­даются при движении «багги». Поэтому их ресурс край­не ограничен.

В связи с большим ходом колес задней подвески расположенные на валах карданные сочленения, пере­дающие вращение от главной передачи, находятся в очень тяжелых условиях. Критические углы таких со­членений не должны выходить за пределы 30°. При ко­ротких валах, ограниченных размерами колен, это до­вольно сложно. Кроме того, короткие карданные валы плохо выполняют роль демпфера крутильных колеба­ний, что при недостаточно прочных шестернях коробки передач и главной передачи вызывает необходимость устанавливать на карданных валах эластичные муфты (в частности от автомобиля «Жигули»). Другой способ снижения нагрузок - применение колесных редукторов, одновременно повышающих клиренс задней части авто­мобиля. Правда, его нельзя признать перспективным из-за увеличения массы неподрессоренных частей. Вынесе­ние тормозных дисков к главной передаче тоже не очень удачно из-за сокращения длины карданных валов. Не оправдывают себя и дисковые тормоза. Тормоза с ба­рабанами лучше защищены от грязи.

Органы управления и приборы контроля специаль­ных кроссовых автомобилей в принципе не отличаются от таковых у серийных автомобилей, однако целый ряд рычагов управления и приборов контроля на «багги» отсутствует. Педали сцепления и тормоза, как правило, находятся на общем педальном мостике. Расстояние, на котором они установлены от сиденья, зависит от кон­кретного водителя. Привод тормозов и сцепления - гид­равлический. Иногда в систему тормозов включают гид­роусилитель. Система привода передних и задних тор­мозов (для всех специальных кроссовых автомобилей, кроме 0-го и 1-го классов) в соответствии с техниче­скими требованиями раздельная.

Рулевое управление используется как полностью от серийных легковых автомобилей, так и с рядом переде­лок. Например, в связи с меньшими массами «багги» укорачивают рулевую сошку, уменьшают диаметр руле­вого колеса и др. Оправдана замена обычного рулевого механизма реечным управлением с меньшим переда­точным числом, которое обеспечивает большую чет­кость управления.

Из приборов контроля устанавливают спидометр, тахометр, указатель давления масла или контрольную лампу, загорающуюся при падении давления масла ни­же нормального. Внешняя сигнализация обеспечивается передними и задними габаритными фонарями, зад­ними стоп-сигналами и звуковыми сигналами.

В табл. 13 даны краткие сведения о конструкциях некоторых отечественных специальных кроссовых авто­мобилей, участвовавших в соревнованиях 1978 года.

Подготовку «багги» к соревнованиям нужно прово­дить с учетом их конкретных услович.

Ранее отмечалось, что проходимость автомобиля оп­ределяется его тяговыми, сцепными и геометрическими параметрами. Для улучшения тяговых свойств нужно тщательно подготовить двигатель и трансмиссию. Если трасса соревнований включает брод, то для обеспече­ния бесперебойной работы двигателя все элементы си­стемы зажигания целесообразно защитить от попада­ния воды. Трассы с сильной запыленностью предъявля­ют повышенные требования к фильтрации воздуха, по­ступающего в карбюратор. Это особенно важно для двигателей с настроенной системой впуска, не имею­щих, как правило, эффективных воздушных фильтров. На подобных трассах целесообразно устанавливать стандартные воздушные фильтры либо идти на при­менение специальных конструкций, обеспечивающих надежную фильтрацию.

Каменистые трассы требуют защиты поддона кар-1 тера металлическим листом, как это делается на ав­томобилях для ралли.

Большое внимание следует уделить подбору пере­даточных чисел трансмиссии (почт каждая трасса требует свою «коробку»).

Заменой шин можно изменять сцепные и геометри­ческие параметры автомобиля. На труднопроходимых трассах для улучшения сцепных свойств можно ис­пользовать шины повышенной проходимости с развиты­ми грунтозацепами, причем предпочтительнее шины большего размера, установка которых увеличивает кли­ренс, радиусы продольной и поперечной проходимости и углы съезда и въезда. На сухих тpaccax, допускающих движение с высокой скоростью, целесообразны (стандартные шины (С универсальным протектором), имеющие меньшее сопротивление качению. Кроме того' стандартные шины при одинаковом посадочном диа­метре имеют, как правило, меньший диаметр, что повы­шает устойчивость и управляемость из-за снижения высоты центра тяжести.

При выборе оптимального давления в шинах необ­ходимо учитывать характер трассы. Как уже отмеча­лось, при езде по мягкому грунту уменьшение давле­ния в шине влечет за собой уменьшение глубины ко­леи, т. е. улучшение проходимости. При езде по твер­дому покрытию уменьшение давления в шине вызыва­ет увеличение сопротивления качению, т. е. на таких трассах давление в шинах должно быть больше, чем на труднопроходимых трассах.