И безопасность движения
 Скачать 1.16 Mb.
|
|
5. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 5.1. Силы, действующие на транспортное средство при движение Крутящий момент двигателя, подведенный через механизмы транс- миссии к ведущим колесам автомобиля, вызывает их вращение. В месте со- прикосновения колеса с дорогой от крутящего момента возникает окружная сила, а со стороны дороги – продольная реакция (рис. 5.1), равная по вели- чине окружной силе, по направленная в противоположную сторону. Сум- марная продольная реакция ведущих колес передается на ведущие мосты и вызывает движение автомобиля, поэтому называется тяговой силой. Величина тяговой силы тем больше, чем больше крутящий момент двигателя и передаточные числа коробки передач и главной передачи. Но величина тяговой силы не может превысить силу сцепления ведущих колес с дорогой. Если тяговая сила превысит силу сцепления колес с дорогой, то ведущие колеса будут пробуксовывать. Сила сцепления равна произведению коэффициента сцепления на сцепной вес. Для тягового автомобиля сцепной вес равен нормальной на- грузке, приходящейся на затормаживаемые колеса. Коэффициент сцепления зависит от типа и состояния покрытия до- роги, от конструкции и состояния шин (давление воздуха, рисунок протек- тора), от нагрузки и скорости движения автомобиля. Величина коэффици- ента сцепления снижается при мокрой и влажной поверхностях дороги, особенно при увеличении скорости движения и изношенном протекторе шин. Например, при сухой дороге с асфальтобетонным покрытием коэффи- циент сцепления равен 0,7 – 0,8, а для мокрой – 0,35 – 0,45. При обледене- лой дороге коэффициент сцепления снижается до 0,1 – 0,2. Сила тяжести автомобиля приложена в центре тяжести. У современ- ных легковых автомобилей центр тяжести располагается на высоте 0,45 – 0,6 м от поверхности дороги и примерно посередине автомобиля. Поэтому нормальная нагрузка легкового автомобиля распределяется по его осям примерно поровну, т.е. сцепной вес равен 50 % нормальной нагрузки. Высота расположения центра тяжести у грузовых автомобилей 0,65 – 1 м. У полностью груженных грузовых автомобилей сцепной вес составляет 60 75 % нормальной нагрузки. У полноприводных автомобилей сцепной вес равен нормальной нагрузке автомобиля. При движении автомобиля указанные соотношения изменяются, так как происходит продольное перераспределение нормальной нагрузки между осями автомобилям при передаче ведущими колесами тяговой силы больше нагружаются задние колеса, а при торможении автомобиля – передние ко- 49 леса. Кроме того, перераспределение нормальной нагрузки между передни- ми и задними колесами имеет место при движении автомобиля на спуск или на подъем. Перераспределение нагрузки, изменяя величину сцепного веса, влияет на величину сцепления колес с дорогой, тормозные свойства и устойчи- вость автомобиля. Силы сопротивления движению. Тяговая сила на ведущих колесах автомобиля. При равномерном движении автомобиля по горизонталь- ной дороге такими силами являются: сила сопротивления качению и сила сопротивления воздуха. При движении автомобиля на подъем возникает сила сопротивления подъему (рис. 5.2), а при разгоне автомобиля – сила со- противления разгону (сила инерции). Сила сопротивления качению возникает вследствие деформации шин и поверхности дороги. Она равна произведению нормальной нагрузки автомобиля на коэффициент сопротивления качению. Рис.5.1 Схема сил и моментов, действующих на ведущее колесо автомобиля Рис.5.2. Схема сил, действующих на автомобиль при равномерном движении на подъем Крутящий момент Боко- вая сила Нормаль- ная нагруз- Продольная реакция оси Продольная реакция дороги Боковая реакция дороги Нор м альная р еакция до р о ги Сила сопротив- ления подъему Сила сопротив- ления качению Сила сопротив- ления качению Сила сопротив- ления воздуху Нормальная реакция Нормальная реакция Тяговая сила Вес автомобиля Угол по д ъ ем а 50 Коэффициент сопротивления качению зависит от типа и состояния покрытия дороги, конструкции шин, их износа и давления воздуха в них, скорости движения автомобиля. Например, для дороги с асфальтобетонным покрытием коэффициент сопротивления качению равен 0,014 0,020, для су- хой грунтовой дороги –0,025 – 0,035. На твердых дорожных покрытиях коэффициент сопротивления каче- нию резко увеличивается при снижении давления воздуха в шинах, и воз- растает с ростом скорости движения, а также с увеличением тормозного и крутящего моментов. Сила сопротивления воздуха зависит от коэффициента сопротивления воздуха, лобовой площади и скорости движения автомобиля. Коэффициент сопротивления воздуха определяется типом автомобиля и формой его кузо- ва, а лобовая площадь – колеей колес (расстоянием между центрами шин) и высотой автомобиля. Сила сопротивления воздуха возрастает пропорцио- нально квадрату скорости движения автомобиля. Сила сопротивления подъему тем больше, чем больше масса авто- мобиля и крутизна подъема дороги, которая оценивается углом подъема в градусах или величиной уклона, выраженной в процентах. При движении автомобиля под уклон сила сопротивления подъему, наоборот, ускоряет движение автомобиля. На автомобильных дорогах с асфальтобетонным покрытием продоль- ный уклон обычно не превышает 6%. Вели коэффициент сопротивления ка- чению принять равным 0,02, то общее сопротивление дороги составит 8% от нормальной нагрузки автомобиля. Сила сопротивления разгону (сила инерции) зависит от массы ав- томобиля, его ускорения (приросту скорости в единицу времени) и массы вращающихся частей (маховик, колеса), на ускорение которых также затра- чивается тяговая сила. При разгоне автомобиля сила сопротивления разгону направлена в сторону, обратную движению. При торможении автомобиля и замедлении его движения сила инерции направлена в сторону движения автомобиля. 5.2. Понятие о тяговом балансе автомобиля При движении автомобиля тяговая сила на ведущих колесах автомо- биля в каждый данный момент времени равна сумме внешних сил сопро- тивления качению, силе сопротивления воздуха, силе сопротивления подъ- ему и силе сопротивления разгону (силе инерции). Если это равенство запи- сать в виде формулы, то получим тяговый баланс автомобиля 51 Рис.5.3. График тягового баланса автомобиля Изменение тяговой силы, подводимой к ведущим колесам, в зависи- мости от скорости движения автомобиля и включенной в коробке передач передачи показано на (рис. 5.3). Максимальная тяговая сила достигается на первой передаче. На каждой из передач тяговая сила имеет максимальное значение при определенной скорости, снижаясь далее как с повышением скорости, так и с ее уменьшением. Такой характер изменения тяговой силы определяется характером изменения крутящего момента М е двигателя в за- висимости от частоты вращения коленчатого вала. Если на (рис.5.3) провести кривую, соответствующую силе P f сопро- тивления качению, от нее отложить значение силы P w сопротивления возду- ха и провести кривую суммы этих сил, то получиться график тягового ба- ланса автомобиля. Этот график показывает, например, что при скорости V, отрезок аб равен силе Р г сопротивления качению, отрезок бв – силе P w со- противления воздуха, следовательно, отрезок ав равен сумме сил Р г и P w Так как кривая суммы сил сопротивления в точке в пересекает кри- вую тяговой силы на V передаче, то в этой точке тяговая сила полностью затрачивается на преодоление сил сопротивления качению и сопротивления воздуха, т.е автомобиль движется равномерно с максимально возможной скоростью при заданных дорожных условиях (при заданном коэффициенте сопротивления качению). При скорости V 2 отрезок ав тоже равен сумме сил P f и P w , но в данном случае тяговая сила больше указанной суммы сил. Отрезок вг представляет собой запас Р з тяговой силы, который может быть использован на ускорение движения автомобиля, преодоление подъема и буксирование прицепа. Та- ким образом, график тягового баланса может быть использован при реше- V a , км/ч Р, кгс 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 0 20 40 60 80 35 V 2 V 1 P 1 P 1 + P w а а б б V г в III II I в P 3 IV 52 нии практических задач, т.е. для определения максимальной скорости дви- жения автомобиля, максимального угла подъема дороги, массы букси- руемого прицепа и ускорения автомобиля при разгоне. 5.3. Торможение автомобиля Тормозная динамичность характеризуется способностью автомобиля быстро уменьшить скорость и остановиться. Надежная и эффективная тор- мозная система позволяет водителю уверенно вести автомобиль с большой скоростью и при необходимости остановить его на коротком участке пути. Современные автомобили имеют четыре тормозные системы: рабочую, за- пасную, стояночную и вспомогательную. Причем, привод ко всем контурам тормозной системы раздельный. Наиболее важной для управления и безо- пасности является рабочая тормозная система. С ее помощью осуществля- ется служебное и экстренное торможение автомобиля. Служебным называют торможение с небольшим замедлением (1–3 м/с2). Его применяют для остановки автомобиля на ранее намеченном месте или для плавного снижения скорости. Экстренным называют торможение с большим замедлением, обычно максимальным, доходящим до 8 м/с 2 . Его применяют в опасной обстановке для предотвращении пасши ни неожиданно появившееся препятствие. При торможении автомобиля на и о колеса действует не сила тяги, а тормозные силы Р т1 и Р т2 , как показано на (рис. 5.4). Сила инерции в этом случае направлена в сторону движения автомобиля. Рассмотрим процесс экстренного торможения. Водитель заметив пре- пятствие, оценивает дорожную обстановку, принимает решение о торможе- нии и переносит ногу на тормозную педаль. Время t , необходимое для этих действий (время реакции водителя), изображено на (рис. 5.4) отрезком АВ. Автомобиль за это время проходит путь S не снижая скорости. Затем води- тель нажимает на тормозную педаль и давление от главного тормозного ци- линдра (или тормозного крана) передается колесным тормозам (время сра- батывания тормозного привода t pт – отрезок ВС. Время t т зависит в основ- ном от конструкции тормозного привода. Оно равно в среднем 0,2–0,4 с у автомобилей с гидравлическим приводом и 0,6–0,8 с с пневматическим. У автопоездов с пневматическим тормозным приводом время t т может дости- гать 2–3 с. Автомобиль за время t т проходит путь S т , так же не снижая ско- рости. 53 Рис. 5.4. Остановочный и тормозной пути автомобиля По истечении времени t рт тормозная система полностью включена (точка С), и скорость автомобиля начинает снижаться. При этом замедление сначала увеличивается (отрезок CD, время нарастания тормозной силы t нт ), а затем остается примерно постоянным (установившимся) и равным j уст (время t уст , отрезок DE). Длительность периода t нт зависит от массы транс- портного средства, типа и состояния дорожного покрытия. Чем больше мас- са автомобиля и коэффициент сцепления шин с дорогой, тем больше время t. Значение этого времени находится в пределах 0,1–0,6 с. За время t нт авто- мобиль перемещается на расстояние S нт ,, и скорость его несколько снижает- ся. При движении с установившимся замедлением (время t уст , отрезок DE), скорость автомобиля за каждую секунду уменьшается на одну и ту же величину. В конце торможения она падает до нуля (точка Е), и автомобиль, пройдя путь S уст , останавливается. Водитель снимает ногу с тормозной пе- дали и происходит оттормажи–вание (время оттормаживания t oт , участок EF). Если тормозные силы на всех колесах достигли максимального зна- чения (силы сцепления шин с дорогой), то установившееся замедление j yct =j x g. S уст S Т S а S о Р н S Р S РT S HT P Z1 P Z2 G a h ц R Т1 /R Х1 R Т1 /R Х1 A B C D E F t t Р t РТ t НТ t УСТ t О t ОТ j, j УСТ 54 ( ) ( ) x э уст gj VK j V t 6 , 3 : 6 , 3 : = = , (5.1) Однако под действием силы инерции передний мост при торможении нагружается, а задний, напротив, разгружается. Поэтому реакция на перед- них колесах R zl увеличивается, а на задних R z2 уменьшается. Соответствен- но изменяются силы сцепления, поэтому у большинства автомобилей пол- ное и одновременное использование сцепления всеми колесами автомобиля наблюдается крайне редко и фактическое замедление меньше максимально возможного. Чтобы учесть снижение замедления, в формулу для опреде- ления j уст приходится вводить поправочный коэффициент эффективности торможения K .э , равный 1,1–1,15 для легковых автомобилей и 1,3–1,5 для грузовых автомобилей и автобусов. На скользких дорогах тормозные силы на всех колесах автомобиля практически одновременно достигают значения силы сцепления. Поэтому при j x < 0,4 принимают К э = 1 независимо от типа автомобиля. Фактически установившееся замедление j уст = j x g/K 3 ( ) x нт pm p уст нт pm p j V t t t t t t t t 35 5 , 0 0 ÷ + + + = + + + = , (5.2) ъВремя движения автомобиля с установившимся замедлением где 3,6 – переводной коэффициент. Полное время, необходимое для остановки (остановочное время): Расстояние, на котором можно остановить автомобиль, движущийся со скоростью V (остановочный путь): Безопасность можно обеспечить только в том случае, если ос- тановочный путь автомобиля меньше расстояния S а до препятствия (рис. 5.4,а) и расстояние а равно 0,5–1,0 м. Чтобы оценить эффективность рабочей тормозной системы, опреде- ляют тормозной путь, т.е . расстояние, на которое перемещается автомобиль с момента касания тормозной педали до остановки: ( ) ( ) x э нт рт р уст т рт р о j K V V t t S S S S S 254 6 , 3 5 , 0 2 ÷ + ÷ + + = + + + = (5.3) Тормозной путь меньше остановочного, т.к. за время реакции водите- ля автомобиль перемещается на значительное расстояние. Остановочный и тормозной пути увеличиваются с ростом скорости и уменьшением коэффи- циента сцепления. Минимально допустимые значения тормозного пути при начальной скорости 40 км/ч на горизонтальной дороге с сухим, чистым и ровным покрытием нормированы. 55 ( ) ( ) x э нт рт т j K V V t S 254 6 , 3 5 , 0 2 ÷ + ÷ + = (5,4) Эффективность тормозной системы в большой степени зависит от ее технического состояния и технического состояния шин. В случае проник- новения в тормозную систему масла или воды снижается коэффициент тре- ния между тормозными накладками и барабанами (или дисками), и тормоз- ной момент уменьшается. При износе протекторов шин уменьшается коэф- фициент сцепления. Это влечет за собой снижение тормозных сил. В экс- плуатации часто тормозные силы левых и правых колес автомобиля различ- ны, что вызывает его поворот вокруг вертикальной оси. Причинами могут быть различный износ тормозных накладок и барабанов или шин или про- никновение в тормозную систему одной стороны автомобиля масла или во- ды, уменьшающих коэффициент трения и снижающих тормозной момент. 5.4. Устойчивость автомобиля Под устойчивостью понимают свойства автомобиля противостоять заносу, скольжению, опрокидыванию. Различают продольную и попереч- ную устойчивость автомобиля. Более вероятна и опасна потеря поперечной устойчивости. Курсовой устойчивостью автомобиля называют его свойство двигать- ся в нужном направлении без корректирующих воздействий со стороны во- дителя, т.е. при неизменном положении рулевого колеса. Автомобиль с плохой курсовой устойчивостью все время неожиданно меняет направление движения. Это создает угрозу другим транспортным средствам и пешехо- дам. Водитель, управляя неустойчивым автомобилем, вынужден особенно внимательно следить за дорожной обстановкой и постоянно корректировать движение, чтобы предотвратить выезд за пределы дороги. При длительном управлении таким автомобилем водитель быстро утомляется, повышается возможность ДТП. Нарушение курсовой устойчивости происходит в результате действия возмущающих сил, например, порывов бокового ветра, ударов колес о не- ровности дороги, а также из–за резкого поворота управляемых колес води- телем. Потеря устойчивости может быть вызвана и техническими неис- правностями (неправильная регулировка тормозных механизмов, излишний люфт в рулевом управлении или его заклинивание, прокол шины и др.) Особенно опасна потеря курсовой устойчивости при большой скоро- сти. Автомобиль, изменив направление движения и отклонившись даже на небольшой угол, может через короткое время оказаться на полосе встречно- го движения. Так, если автомобиль, движущийся со скоростью 80 км/ч, от- клонится от прямолинейного направления движения всего на 5°, то через 56 2,5с он переместиться в сторону почти на I м и водитель может не успеть вернуть автомобиль на прежнюю полосу. а ) б ) в) Рис.5.5. Схема сил, действующих на автомобиль Часто автомобиль теряет устойчивость при движении по дороге с по- перечным уклоном (косогору) и при повороте на горизонтальной дороге. Если автомобиль движется по косогору (рис.5.5,а) сила тяжести G составля- ет с поверхностью дороги угол β и ее можно разложить на две состав- ляющие: силу Р 1 , параллельную дороге, и силу Р 2 , перпендикулярную ей. Сила Р 1 , стремиться сдвинуть автомобиль под уклон и опрокинуть его. Чем больше угол косогора β , тем больше сила Р 1 , следовательно, тем вероят- нее потеря поперечной устойчивости. При повороте автомобиля причиной потери устойчивости является центробежная сила Р ц (рис. 5.5,б), направ- ленная от центра поворота и приложенная к центру тяжести автомобиля. Она прямо пропорциональна квадрату скорости автомобиля и обратно про- порциональна радиусу кривизны его траектории. Поперечному скольжению шин по дороге противодействуют силы сцепления, как уже отмечалось выше, которые зависят от коэффициента сцепления. На сухих, чистых покрытиях силы сцепления достаточно вели- ки, и автомобиль не теряет устойчивости даже при большой поперечной си- ле. Если дорога покрыта слоем мокрой грязи или льда, автомобиль может занести даже в том случае, когда он движется с небольшой скоростью по сравнительно пологой кривой. |