08 Глава 6_. Элементы теории движения пожарного автомобиля
![]()
|
Глава 6 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ДВИЖЕНИЯ ПОЖАРНОГО АВТОМОБИЛЯ Теория движения пожарного автомобиля (ПА) рассматривает факторы, которые определяют время следования пожарного подразделения к месту вызова. В основу теории движения ПА положена теория эксплуатационных свойств автомобильных транспортных средств (АТС). Для оценки свойств конструкции ПА и его способности своевременно прибыть к месту вызова необходим анализ следующих эксплуатационных свойств: тягово-скоростных, тормозных, устойчивости движения, управляемости, маневренности, плавности хода. 6.1. Тягово-скоростные свойства пожарного автомобиля Тягово-скоростные свойства ПА определяются его способностью к движению под действием продольных (тяговых) сил ведущих колес. (Колесо называется ведущим, если к нему передается через трансмиссию крутящий момент от двигателя АТС.) Эта группа свойств состоит из тяговых свойств, позволяющих ПА преодолевать подъемы и буксировать прицепы, и скоростных свойств, позволяющих ПА двигаться с высокими скоростями, совершать разгон (приемистость) и двигаться по инерции (выбег). Для предварительной оценки тягово-скоростных свойств используется удельная мощность NG ПА, т.е. отношение мощности двигателя N, кВт, к полной массе автомобиля G, т. По НПБ 163-97 удельная мощность ПА должна быть не меньше 11 кВт/т. У отечественных серийных ПА удельная мощность меньше рекомендованного НПБ значения. Увеличить NG серийных ПА можно, если устанавливать на них двигатели с большей мощностью или не полностью использовать грузоподъемность базового шасси. Оценка тягово-скоростных свойств ПА по удельной мощности может быть только предварительной, так как часто АТС с одинаковой NG имеют различную максимальную скорость и приемистость. В нормативных документах и технической литературе нет единства в оценочных показателях (измерителях) тягово-скоростных свойств АТС. Общее число предлагаемых оценочных показателей более пятнадцати. Специфика эксплуатации и движения (внезапный выезд с непрогретым двигателем, интенсивное движение с частыми разгонами и торможениями, редкое использование выбега) позволяет выделить для оценки тягово-скоростных свойств ПА четыре основных показателя: максимальную скорость vmax ; максимальный подъем, преодолеваемый на первой передаче с постоянной скоростью (угол αmax или уклон imax ); время разгона до заданной скорости tυ; минимально устойчивую скорость vmin . Показатели vmax, αmax, tυ и vmin определяются аналитически и экспериментально. Для аналитического определения этих показателей необходимо решить дифференциальное уравнение движения ПА, справедливое для частного случая – прямолинейного движения в профиле и плане дороги (рис. 6.1). В системе отсчета 0xyz это уравнение имеет вид ![]() где G– масса ПА, кг; δ > 1 - коэффициент учета вращающихся масс (колес, деталей трансмиссии) ПА; Рк – суммарная тяговая сила ведущих колес ПА, Н; ΡΣ=Pf+Pi+Pв суммарная сила сопротивления движению, Н; Рf– сила сопротивления качению колес ПА, Н: Рi– сила сопротивления подъему ПА, Н; Рв– сила сопротивления воздуха, Н. Решить уравнение (6.1) в общем виде сложно, так как неизвестны точные функциональные зависимости, связывающие основные силы (Рк,Рf,Рi, Рв) со скоростью АТС. Поэтому уравнение (6.1) обычно решают численными методами (на ЭВМ или графически). ![]() Рис. 6.1. Силы, действующие на пожарный автомобиль При определении тягово-скоростных свойств АТС численными методами наиболее часто используется метод силового баланса, метод мощностного баланса и метод динамической характеристики. Для использования этих методов необходимо знать силы, действующие на АТС при движении. 6.1.1. Тяговая сила ведущих колес Крутящий момент двигателя Мд передается через трансмиссию к ведущим колесам АТС. Приводимые в справочной литературе и технических характеристиках автомобилей данные внешних характеристик двигателей (Ne, Me) соответствуют условиям их стендовых испытаний, значительно отличающихся от условий, в которых двигатели работают на автомобилях. При стендовых испытаниях по ГОСТ 14846-81 внешние характеристики двигателя определяют при установке на него только основного оборудования (воздухоочистителя, генератора и водяного насоса), т. е. без оборудования, необходимого для обслуживания шасси (например, компрессора, гидроусилителя руля). Поэтому для определения Мд числовые значения Ме необходимо умножить на коэффициент Kc: ![]() Для отечественных грузовых двухосных автомобилей Кс = 0,88, а для многоосных – Кc = 0,85. Условия стендовых испытаний двигателей за границей отличаются от стандартных. Поэтому при испытаниях: по SАЕ (США, Франция, Италия) – Кс = 0,81–0,84; по DIN (ФРГ) – Кс = 0,9–0,92; по В5 (Англия) – Кс = 0,83–0,85; по JIS(Япония) – Кс = 0,88–0,91. К колесам передается крутящий момент Мк> Мд. Увеличение Мд пропорционально общему передаточному числу трансмиссии. Часть крутящего момента, учитываемая коэффициентом полезного действия трансмиссии, расходуется на преодоление сил трения. Общее передаточное число трансмиссии и является произведением передаточных чисел агрегатов трансмиссии ![]() где uкuрur – соответственно передаточные числа коробки передач, раздаточной коробки и главной передачи. Значения uк, uриur приводятся в технической характеристике АТС. Коэффициент полезного действия трансмиссии η является произведением КПД ее агрегатов. Для расчетов можно принимать: η= 0,9 – для грузовых двухосных автомобилей с одинарной главной передачей (42); η= 0,88 –для грузовых двухосных автомобилей с двойной главной передачей (42); η= 0,86 – для автомобилей повышенной проходимости (44); η = 0,84 – для грузовых трехосных автомобилей (64); η= 0,82 – для грузовых трехосных автомобилей повышенной проходимости (66). Суммарная тяговая сила Pк , которую может обеспечить двигатель на ведущих колесах, определяется по формуле ![]() где rD – динамический радиус колеса. Динамический радиус колеса в первом приближении равен статическому радиусу, т.е. rD =rст. Значения rст приводятся в ГОСТах на пневматические шины. При отсутствии этих данных радиус rD тороидных шин вычисляется по формуле ![]() где d – диаметр обода; λ – 0,89 0,9 – радиальная деформация профиля; bш– ширина профиля. Диаметр обода d и ширина профиля определяются из обозначения шины. Использование силы Pк (6.4) для движения АТС зависит от способности автомобильного колеса, находящегося под воздействием нормальной нагрузки Gнgвоспринимать или передавать касательные силы при взаимодействии с дорогой. Это качество автомобильного колеса и дороги принято оценивать силой сцепления шины с дорогой Pφn или коэффициентом сцепления φ. Силой сцепления шины с дорогой Pφn называют максимальное значение горизонтальной реакции Тn(рис. 6.2), пропорциональное нормальной реакции колеса Rn: ![]() ![]() ![]() Для движения колеса без продольного и поперечного скольжения необходимо соблюдать условие ![]() В зависимости от направления скольжения колеса различают коэффициенты продольного φх и поперечного φу сцепления. Коэффициент φх зависит от типа покрытия и состояния дороги, конструкции и материала шины, давления воздуха в ней, нагрузки на колеса, скорости движения, температурных условий, процента скольжения (буксования) колеса. ![]() Рис.6.2. Схема сил, действующих на колесо автомобиля Величина коэффициента φх в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия может изменяться в очень широких пределах. Это изменение обусловлено не столько типом, сколько состоянием верхнего слоя дорожного покрытия. Причем тип и состояние дорожного покрытия оказывает на величину коэффициента φх значительно большее влияние, чем все другие факторы. Поэтому в справочниках φх приводится в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия. К основным факторам, связанным с шиной и влияющим на коэффициент φх, относятся удельное давление (зависит от давления воздуха в шине и нагрузки на колесо) и тип рисунка протектора. Оба они непосредственно связаны со способностью шины выдавливать в стороны или прорывать пленку жидкости на дорожном покрытии для восстановления с ним надежного контакта. При отсутствии поперечных сил Pφn и Yn коэффициент φх возрастает с увеличением проскальзывания (буксования) шины по дороге. Максимум φх достигается при 20 – 25 % проскальзывания. При полном буксовании ведущих колес (или юзе тормозных колес) коэффициент φх может быть на 10 – 25 % меньше максимального (рис. 6.3, а). С увеличением скорости движения автомобиля коэффициент φх обычно уменьшается (рис. 6.3, б). При скорости 40 м/с он может быть в несколько раз меньше, чем при скорости 10 – 15 м/с. Определяют φх обычно экспериментально методом буксирования автомобиля с заблокированными колесами. При эксперименте регистрируют силу тяги на крюке буксира и нормальную реакцию заблокированных колес. Поэтому справочные данные по φх относятся, как правило, к коэффициенту сцепления при буксовании (юзе). Коэффициент поперечного сцепления φу обычно принимают равным коэффициенту φх и при расчетах пользуются средними значениями коэффициента сцепления φ (табл. 6.1). ![]() Рис. 6.3. Влияние на коэффициент φх различных факторов: а – изменение коэффициента φх в зависимости от проскальзывания; б – изменение коэффициента φх в зависимости от скорости качения колеса: 1 – сухая дорога с асфальтобетонным покрытием; 2 – мокрая дорога с асфальтобетонным покрытием; 3 – обледеневшая ровная дорога Таблица 6.1
|