Ресурс автомобиля: плановое убийство

Что влияет на преждевременный износ ходовой части? Установив на машину измерительное оборудование, на эти вопросы попытался ответить автор - кандидат технических наук, специалист НАМИ в области нагруженности, прочности и долговечности автомобилей и их агрегатов.

Автомобиль – весьма чувствительная колебательная система: даже на небольших скоростях он реагирует на еле заметные неровности высотой от 10 мм.

ЕЗДА ИЛИ ИСПЫТАНИЯ?

Наши городские дороги – это, во-первых, изобилие неровностей, появляющихся после очередного ремонта (качество строительства неудовлетворительное!). Во-вторых, множество искусственных препятствий: коммуникационные колодцы, дождеприемники ливневой канализации, деформационные швы на эстакадах, мостах и в туннелях.

Чтобы выяснить, как естественные и искусственные препятствия на городских улицах влияют на здоровье автомобиля, я провел дорожные испытания, фиксируя вертикальные ускорения на передних амортизаторных стойках. Располагая этими данными, а также показателями колеблющихся масс и весовыми характеристиками машины, можно оценить вертикальные нагрузки, возникающие при движении. Чем выше скорость и хуже дорожное покрытие, тем они внушительнее. Сделанные замеры позволили оценить частоту появления ускорений и их диапазон (от минимума до максимума), зависящий, в том числе, от глубины и высоты неровностей. Из всех этих факторов и складывается общая динамическая нагруженность, непосредственно влияющая на долговечность автомобиля и дороги.

ТИШЕ ЕДЕШЬ… ДОЛЬШЕ ПРОЕЗДИШЬ

Небольшой участок отремонтированной дороги с новым ровным асфальтом. При скорости 60 км/ч максимумы вертикальных ускорений стоек подвески находятся в диапазоне до 2,2g. При таких значениях нагрузка на колесо увеличивается не более чем на 2% по сравнению со статическим состоянием. Побольше бы таких дорог! А теперь добавим стандартно (то есть безобразно) встроенные колодцы. Значения ускорений возросли до 12–13g, а нагрузка на колесо – почти на 90% (см. график).

Так изменяются вертикальные ускорения (g) и динамические нагрузки (H) в зависимости от скорости:

Все графики и схемы открываются в полный размер по клику мышки.

На другой дороге с колодцами и нашлепками от ямочного ремонта картина совсем плохая: ускорения достигают 23g, при этом вертикальная нагрузка увеличивается почти втрое. И если такие ускорения и нагрузки будут возникать постоянно, то ресурс ходовой части уменьшится минимум в два раза. Еще хуже на участке с разбитой, провалившейся брусчаткой, наспех залатанной нашлепками асфальта и вдобавок усеянной крышками колодцев. При скорости автомобиля всего лишь около 10 км/ч ускорения на стойках подвески достигают 15g. Торопиться на такой дороге не советую – пробоев подвески, чреватых серьезными последствиями, не избежать.

От небрежно обустроенных колодцев страдает не только автомобиль, но и дорожное покрытие. Растущие вертикальные нагрузки усиливают трение между колесами и дорогой – возникают трещины, постепенно выкрашивается и проседает асфальт, перекашивается горловина колодца. А дальше – как снежный ком с горы: чем больше машин проедет по колодцу, тем серьезнее разбивается асфальт и тем выше нагрузки на ходовую часть. При этом очевидно, что автомобили с более жесткими подвесками и большей массой усугубляют ситуацию.

Графики вертикальных ускорений при движении в туннелях и по эстакадам напоминают густую расческу с выломанными зубьями. Пики, возникающие с ритмичной частотой, – это переезды через деформационные швы. На эстакадах их металлические разделители расположены обычно над каждой опорой через 50–100 м. Пока конструкции свежие, ускорения небольшие (2,0–3,5g), то есть вертикальная нагрузка на покрытие увеличивается лишь на 2–3%. Но при высокой плотности потока покрытие в колее быстро изнашивается, выбивается асфальт рядом с металлическими разделителями. В результате даже на сравнительно новых, но уже разбитых эстакадах при переезде автомобиля через деформационные швы со скоростью 60–70 км/ч нагрузки на колесо увеличиваются в 2,3–2,6 раза по сравнению с номинальной.

С ростом скорости увеличиваются нагрузки на подвеску и кузов, когда колеса попадают на неровности. На скорости 20 км/ч показатели увеличились в полтора раза, а при 60 км/ч – более чем вдвое.

СВЕТ В КОНЦЕ ТУННЕЛЯ

Нельзя сказать, что для улучшения дорог ничего не делается. Растут объемы ремонтно-восстановительных работ, приходят новые технологии и материалы, а вместе с ними иные конструкции и схемы расположения дорожных сооружений. И в то же время нынешние нормативные документы на дорожное строительство не обязывают «выглаживать» колодцы, температурные швы, люки ливневой канализации. Множество старых конструкций требуют модернизации, а новодел часто не выдерживает и года эксплуатации из-за несоблюдения тех самых прогрессивных технологий при строительстве и последующем ремонте. Результаты мы постоянно ощущаем под колесами своих автомобилей и на своем бюджете: расходы на запчасти и внеочередные ремонты немалые.

Старый люк

Обрезиненный воротник вокруг горловины колодца снижает динамические нагрузки, продлевая жизнь дороге и автомобилю. Из прочих улучшений, перенятых у иностранных коллег, – объединение отдельных несущих балок эстакад в непрерывные пролеты (так называемые температурно-неразрезные), что уменьшает число деформационных швов.

Почувствуйте разницу: распределение вертикальных ускорений на хорошей дороге (верхний

график) и на плохой:

По вертикальной оси отложены ускорения стоек, по горизонтальной – сколько раз они возникали. Чем шире «пучок», тем больше динамическая нагрузка на автомобиль.