08 Глава 6_. Элементы теории движения пожарного автомобиля

• Название: Элементы теории движения пожарного автомобиля
• Дата: 17.09.2022
• Размер: 1.04 Mb.
• Имя файла: 08 Глава 6_.doc
• Тип: Глава; #681522
• страница: 4 из 6

6.1.9. Динамическая характеристика пожарного автомобиля
Методы силового и мощностного баланса имеют общий недостаток – при использовании этих методов трудно сравнивать тягово-скоростные свойства АТС с различными массами, так как при движении в одинаковых условиях силы и мощности, необходимые для преодоления сопротивления дороги, различны. От этого недостатка свободен метод динамической характеристики, предложенный Е. А. Чудаковым.

Динамическим фактором D АТС называется отношение

D = (P_к-P_в)/Gg. (6.43)

Если в правую часть уравнения (6.43) подставить значения P_к и P_в (6.4) и (6.21), то после преобразований получим формулу для вычисления динамического фактора:

, (6.44)

который могут обеспечить двигатель и трансмиссия на ведущих колесах АТС.

Если подставить значение P_к (6.37), то получим формулу для вычисления динамического фактора:

, (6.45)

который необходимо обеспечить для движения в заданных условиях.

Чтобы учесть ограничение реализуемых P_к силами сцепления ведущих колес с дорогой, необходимо использовать предельное значение силы тяги по формуле (6.10). Автомобиль из-за ограниченной силы сцепления P_φ колес с дорогой не может реализовать динамический фактор, больший

(6.46)

Длительное движение АТС в заданных дорожных условиях (ψ или α, f) со скоростью v и ускорением j возможно, если выполняется условие

_. (6.47)

При равномерном движении (f = 0) полноприводного ПА с малой скоростью (P_в= 0) условие (6.48) с учетом формул (6.40) и (6.46) записывается в виде

. (6.48)

При равномерном движении (j = 0) двухосных и трехосных ПА по горизонтальной дороге (α= 0) с малой скоростью (P_в= 0) условие (6.48) с учетом формул (6.36), (6.39) и (6.46) записывается в виде
(G₃₄/G) . (6.49)
Динамической характеристикой автомобиля D(v) называют зависимость динамического фактора D(6.45) от скорости движения на различных передачах.

Для построения динамической характеристики необходимо:

1. На внешней характеристике двигателя М_e (см. рис. 5.9) выбрать несколько значений n_дi и соответствующих им М_ei. По формуле (6.2) определить М_дi.

2. По формуле (6.40) определить v_i, которые соответствуют n_дi на первой передаче.

3. По формуле (6.45) определить D_i, соответствующие v_i на первой передаче. Повторить расчеты с п. 2 для каждой последующей передачи.

По динамической характеристике D(v) определяются v_max , _max и v_min.

Для определения v_max на участке дороги с коэффициентом сопротивления качению f и уклоном  необходимо по оси ординат динамической характеристики D(v) отложить коэффициент  (см. формулу (6.38)), масштаб D и  должен быть одинаков) и провести прямую, параллельную оси абсцисс. Возможны несколько случаев.

1. Если линия  (прямая 1 на рис. 6.7, а) пересекает динамическую характеристику в одной точке, то v_max= v₁, так как при превышении этой скорости не выполняется условие (6.48). В зависимости от это пересечение может быть на любой передаче.

2. Если линия (прямая 2 на рис. 6.7, а или 3 на рис. 6.7, б) не пересекает динамическую характеристику, то равномерное движение ПА при полностью открытой дроссельной заслонке карбюраторного двигателя или при максимальной подаче топлива дизельного двигателя невозможно, так как D > D_ и начинается разгон ПА. Чтобы обеспечить равномерное движение, водитель должен прикрыть дроссельную заслонку карбюраторного двигателя или уменьшить подачу топлива дизельного двигателя. Максимальная скорость ПА будет ограничена максимально допустимой угловой скоростью коленчатого вала двигателя. Например, v_max= v₂ при движении на пятой передаче и v_max= v₃ при движении на второй передаче.


D_max

D_max

5



1


3

4


2

v_min

v₁

v₂

v

v_min

v

v₄

v₃

v₅


а

б

Рис. 6.7.Динамическая характеристика пожарного автомобиля:

а – на шасси АТС с 5-ступенчатой коробкой перемены передач;

б – на шасси с 4-ступенчатой коробкой перемены передач; I -V – передачи
3. Если линия  (прямая на рис. 6.7) пересекает динамическую характеристику в двух точках, то ПА может равномерно двигаться как со скоростью v₄, так и со скоростью v₅.

4. Если линия  (прямая 5 на рис. 6.7, б) выше динамической характеристики, то не выполняется условие (6.48), и равномерное движение ПА при таком коэффициенте  невозможно.

Для определения _max необходимо по динамической характеристике найти максимальное сопротивление дороги D_=D_max, которое может преодолеть ПА на первой передаче (рис. 6.7), и затем по формуле (6.46) вычислить _max при известном коэффициенте f и j=0. Приближенно можно считать, используя формулы (6.16) и (6.38), что

tg_max = i_max= D_max- f. (6.50)

Скорость v_min определяется, как правило, только для низшей (первой) передачи (см. рис. 6.7).

Для определения v_min ПА при движении по поверхности с твердым покрытием необходимо знать частичные характеристики двигателя и учитывать использование части крутящего момента двигателя M_д на привод пожарного оборудования, например насоса.

6.1.10. Разгон пожарного автомобиля

Время равномерного движения ПА невелико по сравнению с общим временем следования к месту вызова. При эксплуатации в городах ПА движутся равномерно не более 10 – 15 % времени. Более 40 – 50 % времени ПА движутся ускоренно.

Способность АТС изменять (увеличивать) скорость движения называют приемистостью. Одним из наиболее распространенных показателей, характеризующих приемистость автомобиля, является время t_v разгона автомобиля с места до заданной скорости v.

Определяют t_v обычно экспериментально на горизонтальной ровной дороге с асфальтобетонным покрытием при коэффициенте  = 0,015
(f= 0,01, i% 0,5). Аналитические методы определения t_v основаны на построении зависимости t(v) (рис. 6.8), т.е. на интегрировании дифференциального уравнения (6.1):
(6.51)
При 0 < v < v_min движение ПА происходит при пробуксовке сцепления. Время разгона t_p до v_min зависит в основном от умения водителя правильно выбрать положение педалей сцепления и топлива (см. п. 6.1.1). Так как время разгона t_p существенно зависит от квалификации водителя, которую трудно описать математически, то при аналитическом определении t_v время t_p часто не учитывают.

Разгон ПА на участке АВ происходит на первой передаче при полностью нажатой педали топлива. При максимальной скорости ПА на первой передаче (точка В) водитель выключает сцепление, разобщая двигатель и трансмиссию, и автомобиль начинает двигаться замедленно (участок ВС). Включив вторую передачу, водитель вновь нажимает до отказа педаль подачи топлива. Процесс повторяется при переходах на последующие передачи (участки CD, DE).

Время переключения передач t₁₂,t₂₃ (рис 6.8) зависит от квалификации водителя, способа переключения передач, конструкции коробки передач и типа двигателя. Среднее время переключения передач водителями высокой квалификации приведено в табл. 6.3. У автомобиля с дизельным двигателем время переключения передач больше, так как из-за больших (по сравнению с карбюраторным двигателем) инерционных масс его деталей частота вращения коленчатого вала изменяется медленнее, чем у карбюраторного двигателя.



Рис.6.8. Разгон пожарного автомобиля:

t₁₂, t₂₃– соответственно время переключения передачи с первой на вторую и со второй на третью; ∆v₁₂ и ∆v₂₃ – уменьшение скорости за время t₁₂ и t₂₃
За время переключения передач скорость ПА уменьшается на v₁₂и v₂₃ (см. рис. 6.8). Если время переключения передач невелико (0,5 – 1,0 с), то можно считать, что при переключении передач движение происходит с постоянной скоростью.

Таблица 6.3

Тип коробки передач	Время переключения передач, с
	Карбюраторный двигатель	Дизельный двигатель
Ступенчатая без синхронизатора	1,3–1,5	3–4
Ступенчатая с синхронизатором	0,2–0,5	1,0–1,5
Полуавтоматическая	0,05–0,1	0,5–0,8

Ускорение ПА при разгоне на участках АВ,CD определяется по формуле

, (6.52)

которая получена после преобразования формулы (6.46). Так как с увеличением номера передачи динамический фактор ПА уменьшается (см. рис. 6.7), то максимальные ускорения разгона достигаются на низких передачах. Поэтому водители ПА для обеспечения быстрого разгона при обгоне в городских условиях используют низкие передачи чаще, чем водители других АТС.
6.2. Аварийная безопасность пожарного автомобиля

6.2.1. Тормозные свойства пожарного автомобиля

Тягово-скоростные и тормозные свойства АТС связаны между собой. Чем больше v_max ,  _max и t_v , тем лучше должны быть тормозные свойства ПА. Повышенные требования к тормозным свойствам ПА вызваны также и тем, что при следовании к месту вызова с высокой скоростью водители ПА вынуждены в 3 – 5 раз чаще, чем водители других АТС, использовать торможение для обеспечения безопасности движения.

Возможно несколько способов торможения ПА: без использования тормозной системы (движение накатом при следовании ПА к месту вызова используется редко); только тормозной системой; совместно тормозной системой и двигателем; только двигателем (двигатель работает чаще всего в режиме холостого хода с включенным зажиганием или при незначительном нажатии водителем на педаль подачи топлива и включении более низкой передачи, чем перед началом торможения).

Тормозная система ПА служит для замедления его движения, вплоть до полной остановки, и для удержания на месте при стоянке. Тормозное управление ПА включает следующие системы (ГОСТ 22895–77):

рабочую тормозную систему (ножную) – используется при всех режимах торможения для уменьшения скорости и полной остановки ПА;

запасную тормозную систему – используется при отказе рабочей тормозной системы и обеспечивает не менее 30 % эффективности работы по тормозному пути;

стояночную тормозную систему – обеспечивает стоянку автомобиля на уклонах (i%  18);

вспомогательную тормозную систему (тормоз-замедлитель) – используется при длительном торможении на спусках для поддержания постоянной скорости. Вспомогательной тормозной системой должны быть оборудованы ПА с общей массой более 12 т или ПА с общей массой более 10 т, использующие прицепы. Если ПА с общей массой более 3,5 т эксплуатируется в горных условиях, то также используют вспомогательную тормозную систему.

Для оценки эффективности работы рабочей и вспомогательной тормозных систем используют три показателя (ГОСТ 25478–82): тормозной путь S_т, м; установившееся замедление j_T , м/с²; время срабатывания тормозов t_T,с. Экспериментально установлено, что этими показателями можно достаточно полно характеризовать процесс торможения АТС (рис. 6.9).




Рис. 6.9. Торможение пожарного автомобиля:

1 – j(t); 2 –v(t)

Время t₁ зависит от реакции водителя, от времени, за которое он принимает решение о торможении и переносит ногу с педали управления подачей топлива на педаль тормоза. Время t₁ зависит от индивидуальных особенностей и квалификации водителя, обычно t₁= 0,4 – 1,5 с. При расчетах принимают t₁= 0,8 с.

Время t₂ зависит от конструкции и технического состояния привода тормозов, от времени, за которое выбирается свободный ход педали тормоза, и управляющее усилие водителя передается к колесным тормозам. У ПА с гидравлическим приводом тормозов t₂ = 0,2 – 0,4 с, с пневматическим приводом t₂= 0,6 – 0,8 с. Время t₂ неисправного гидравлического привода (при наличии воздуха в системе или неисправности клапанов в главном тормозном цилиндре) увеличивается, тормоза срабатывают со второго
(t₂= 0,6 с) или третьего (t₂ 1,0 с) нажатия. Время t₂ тормозов ПА с пневматическим приводом может увеличиваться зимой после продолжительной работы на пожаре из-за уменьшения сечения трубопровода замерзающим конденсатом. У ПА с гидропневматическим приводом тормозов (например, на шасси «Урал») t₂ 0,4 с. Время t₂ всех приводов уменьшается при более быстром нажатии на педаль тормоза.

Время t₃ зависит от массы ПА, типа и состояния дорожного покрытия. При экстренном торможении время t₃ пропорционально массе ПА и коэффициенту , на дорогах с малым  масса ПА на времяt₃практически не влияет.

Время t_т= t₂+ t₃ является одним из трех показателей эффективности работы тормозной системы и определяется при диагностировании ПА на тормозном стенде. Для ПА с 3,5 т < G < 12 т время t_т 1 с, для ПА с
G > 12 т t_т < 1,2 с (ГОСТ 25478–82). Контролировать t_т при ходовых испытаниях ПА сложно.

Время t₄ представляет собой время торможения с максимальным ускорением (замедлением) j_т За время t₄ кинетическая энергия АТС расходуется в основном на работу сил трения тормозов и частично на работу сил сопротивления движению (Р_f, Р_в). Если при торможении колеса заблокированы (не вращаются), то работа сил трения происходит только между шиной и поверхностью дороги. Трение в тормозном механизме как поглотитель энергии АТС при блокировке колес уже не действует. Если колеса АТС заблокированы, то после преобразования уравнения (6.1) при  = 1, Р_к= 0, Р_f = Р_, Р_i = P_в = 0 с учетом формулы (6.40) получим формулу

j_т = g (6.53)

для определения максимального замедления автомобиля при торможении всеми колесами. Так как при увеличении буксования колес  уменьшается (см. рис. 6.3), то для увеличения j_т и, следовательно, уменьшения S_т достигать полной блокировки колес при торможении нежелательно.

При торможении ПА сила инерции P_j (6.24) увеличивает нагрузку на передние колеса и уменьшает на задние. Наибольшие значения коэффициентов изменения нормальной реакции ПА находятся в следующих пределах (6.35) и (6.36): ₁₂ =1,2 – 2,0; ₃₄ = 0,5 – 0,7. Поэтому для обеспечения торможения с j_т необходимо такое распределение тормозных усилий между передними и задними колесами, при котором блокировка колес происходит одновременно. Так как современные тормозные системы ПА не обеспечивают точного соответствия между нормальной реакцией R_n колес и их тормозных усилий, то действительное значение j_т меньше теоретически возможного в К_э = 1,4 – 1,6 раз.

Тормозной путь S_т при полной блокировке колес определяется как площадь, ограниченная кривой 1 за время t₃ + t₄ (см. рис. 6.9), т. е.

=

–

+
(6.54)


После преобразования формулы (6.54) с учетом формулы (6.53) и
t_т1 – 1.2 с формула для определения тормозного пути ПА примет вид:
S_т= (К_э/2) ,(6.55)

где v₀ – скорость автомобиля перед торможением, м/с.

Для предварительной оценки эффективности работы рабочей и запасной тормозных систем ПА проводят ходовые испытания. Испытания могут проводиться визуально по S_т и синхронности начала торможения колес при резком однократном нажатии на педаль (сцепление выключено), а также с использованием переносных приборов-деселерометров (или деселерографов). Диагностирование по тормозному пути S_т должно проводиться на ровном, сухом, горизонтальном участке дороги, свободном от движущегося транспорта. В соответствии с ГОСТ 25478–82 тормозной путь определяется при v₀= 11,1 м/с (40 км/ч). Для ПА с G=3,5 т рабочая тормозная система должна обеспечить S_т  23 м, запасная – S_т  36,9 м.

При отсутствии деселерометра (или деселерографа) ускорение j_т вычисляется по формуле

j_т = v₀²/S_т, (6.56)

где v₀ в м/с; S_т в м.

Для ПА с G > 3,5 т рабочая тормозная система должна обеспечить
j_т  4,0 м/с², запасная – j_т  2,1 м/с².

Тормозной путь S_т и установившееся замедление j_т должны обеспечиваться тормозными системами ПА с G > 3,5 т при усилии на педали тормоза не более 0,7 кН (70 кгс).

Стояночная тормозная система должна обеспечивать стоянку ПА на уклоне i < 18 % при усилии на рычаге тормоза не более 0,4 кН (40 кгс).

Вспомогательная тормозная система должна обеспечивать движение ПА на спуске с i = 7 % протяженностью 7 км с постоянной скоростью не более 30 км/ч.