техника транспорта обслуживание и ремонт

Ру – боковая сила, действуют со стороны автомобиля Рz – нормальная сила,

М– тяговый момент,

Моп – опрокидывающий момент, Мп – поворачивающий момент, А – центр контакта, О – центр колеса, В-В – ось вращения,

С – С – плоскость вращения.

Рис. 36. Силы, действующие на колесо

Так как при действии на колесо боковой силы вектор его скорости в результате увода или бокового скольжения отклоняется от плоскости вращения, то происходит и обратное явление: при движении колеса таким образом, что вектор его скорости не совпадает с плоскостью вращения, возникает боковая реакция Ry. На этом основано направляющее действие управляемых колѐс, т.е. их способность создавать силы, изменяющие направление движения автомобиля. При повороте колес их центры в первое мгновенье по инерции движутся вместе с автомобилем в первоначальном направлении, не совпадающем после поворота колѐс с их плоскостями вращения. В результате этого возникнут реакции Ry, направленные так, что их моменты относительно центра масс, преодолевая инерцию автомобиля, вызывает его поворот.

Радиусом поворота Rп автомобиля называют расстояние от центра поворота до колен переднего наружного колеса.

Свойство автомобиля изменять кинематические параметры поворота под действием боковых сил при фиксированной величине угла θ называют поворачиваемостью автомобиля. Для характеристики влияния на поворачиваемость конструктивных особенностей автомобиля пользуются понятием статической поворачиваемости, определяемой соотношениями между углами увода, при действии на автомобиль постоянной боковой силы, приложенной в центре масс.

111

Устойчивость – совокупность свойств, определяющих критические параметры по устойчивости движения и положения автотранспортного средства или его звеньев.

Оценочными показателями устойчивости являются критические параметры движения. Основные оценочные показатели следующие:

-критические скорости Vкр θ по боковому скольжению и Vкр.оп по боковому опрокидыванию;

-критические углы поворотов βкр.θ по боковому скольжению и βкр.оп – по боковому опрокидыванию;

-коэффициент поперечной устойчивости ηпу=В/2hg;

-критические скорости Vкр.ω по курсовой устойчивости и Vкр.ап автопоезда по влиянию прицепа.

Скорости Vкр.θ соответствуют установившемуся круговому движению по дороге с заданным радиусом поворота R и угла β поперечного наклона плоскости

дороги к горизонту. Скорость Vкр.ω соответствует прямолинейному или установившемуся круговому движению по горизонтальной дороге. Критической

скоростью Vкр ап называют установившуюся скорость прямолинейного движения автопоезда, при которой влияние прицепа в каждую сторону превышает 3 % его габаритной ширины.

Унас при испытании новых автомобилей используют следующие оценочные показатели:

-коэффициент поперечной устойчивости – ηпу ;

-угол статической устойчивости по опрокидыванию – ε;

-угол крена ψкр;

-устойчивость по опрокидыванию (в баллах);

-скорость появления курсовых колебаний Vкк;

-скорость начала снижения устойчивости против опрокидывания Vопр.

На рис. 37 представлены силы, действующие на автомобиль при расчѐте устойчивости.

112

Рис. 37. Схема сил устойчивости автомобиля

с – центр масс, РИУ – сила инерции,

ΣRун, ΣRув – боковые реакции,

Β – критический угол косогора по боковому скольжению.

Условия устойчивости, при которых происходит боковое опрокидывание – достижение равенства нулю реакций внутренних колѐс обоих мостов. Для его выполнения достаточно равенства опрокидывающего момента поперечных сил на плече hg и восстанавливающего момента силы тяжести на плече m, равным расстоянию от прямой, соединяющей центры контактов наружных колѐс заднего и переднего мостов, до проекции на дорогу центра масс.

При движении на вираже это равенство запишется так:

(РИУ·cosβ - Ga·sinβ)hg)=(Ga·cosβ+РИУ·sinβ)m.

Vкр.оп=3,13	В 2h		R		; - критическая скорость характеризует граничное по
		д
	2h	В
	д

устойчивости невозмущѐнное движение автомобиля. Vкр.оп=2,21 BR / hд R ; (β=0) – на горизонтальной дороге.

Одной из задач управления является ориентирование в пространстве продольной оси автомобиля, т.е. обеспечение его курсового положения,

113

определяемого курсовым углом γ. В зависимости от цели управления водитель в результате управляющего воздействия стремится или поддержать угол γ постоянным, или изменять его определѐнным образом.

Кроме управляющих сил, на автомобиль действуют возмущения, вызывающие отклонения угла γ от задаваемого. К возмущениям относятся и погрешности воздействия водителя на рулевое колесо, возникающей вследствие того, что он судит о правильности воздействия только по реакции на него, которая всегда несколько отстаѐт по отношению к воздействию.

Любые посторонние боковые силы, действующие на колѐса, изменяют направление движений по сравнению с задаваемым водителем и изменяют курсовое положение автомобиля.

В результате изменения направления качения колѐс изменяется угол γ, причѐм без дополнительного управляющего воздействия автомобиль не может возвратиться к прежнему положению. Следовательно, по курсовому углу автомобиль как чисто механическая система всегда неустойчив.

Внешние силы, действующие на автомобиль помимо управляющих, всегда являются для водителей случайными и неизвестными. Вызываемые ими отклонения в траектории движения и курсовом положении могут быть устранены лишь в результате управляющих воздействий. Необходимое число и величина корректирующих поворотов рулевого колеса (подруливание) зависит как от величины и характера приложения случайных сил, так и от характера реакции автомобиля на возмущения, что зависят от конструктивных особенностей автомобиля.

Маневренностью называется группа свойств, характеризующих возможность автомобиля изменять заданным образом своѐ положение на ограниченной площади в условиях, требующих движения по траекториям большой кривизны с резким изменением направлений, в том числе и задним ходом.

Маневренность может быть охарактеризована следующими оценочными показателями:

-Минимальный радиус поворота автомобиля – тягача Rmin.. Расстояние от центра поворота до оси следа, переднего забегающего колеса при максимальных углах поворота управляемых колѐс.

-Внешний габаритный радиус поворота Rгаб.max. Замеряют для тех же условий по точке автомобиля, наиболее удалѐнной от центра поворота.

-Внутренний габаритный радиус Rгаб.min. Определяют по точке наиболее приближѐнной к центру поворота. Величины Rmin, Rгаб.max, Rгаб.max характеризуют площадь, необходимую для маневрирования и разворота автопоезда.

-Поворотная ширина автомобиля по следу колѐс Вп. Разность самого большого и самого малого радиусов поворота по осям следов соответствующих колѐс ( наиболее удалѐнного и наиболее приближѐнного к центру поворота) определяет Вп.

114

Габаритная полоса движения Вгаб равна разности радиусов поворота точек, наиболее удалѐнной и наиболее приближѐнной к центру поворота, т.е.

Вгаб=Rгаб.max- Rгаб.min.

-Удельная тяговая сила Фп при повороте. Необходимая для совершения поворота сила определяется отношением тяговой силы на ведущих колѐсах к силе тяжести автомобиля при повороте его с минимальным радиусом, а также с минимальной устойчивой скоростью Vmin~35 км/ч.

-Коэффициент использования сцепной силы колѐс Кθi при повороте. Коэффициентом Кθi одного моста при повороте называется отношение суммарной силы, действующей в контакте этих колѐс к потенциально возможной силе по сцеплению.

Показатели Фп и Кθi не нормируются. Чем меньше это отношение, тем выше потенциальная возможность автопоезда к совершению крутых поворотов.

-Усиление на рулевом колесе. Этот параметр измеряют при плавном повороте управляемых колѐс автомобиля из нейтрального положения до упора в одну и другую стороны.

-Сложность осуществления управляемого движения задним ходом. Минимальный радиус поворота для двухосного автомобиля-тягача при

V<5 км/ч, Rmin=L(Sinθн max), где:

θн max – максимальный угол поворота переднего наружного управляемого колеса;

L – расстояние между осями автомобиля. Для трѐхосного автомобиля-тягача

Rmin=

(R

0,5B)	2

(L

C		)	2
	т

,

R – радиус поворота,

Ст – смещение центра поворота тягача относительно его заднего моста.

Минимальный габаритный радиус поворота вычисляется по элементарным геометрическим формулам при наличии Ст и Rт, а также координат точки автомобиля-тягача наиболее отдалѐнной от центра поворота.

Поворотная ширина пятиосного автопоезда по следу колѐс.

Вп=Rmin-R5В ,

R5B=	(Rп 0,5Вп )	2	2	- радиус поворота по колее отстающего внутреннего
			Сп

колеса двухосного полуприцепа.

Габаритная полоса движения. Вычисления проводят, используя элементарные геометрические формулы при наличии значений Ст, Rmin, Сп, Rп, а также координат точек автопоезда, наиболее отдалѐнной и наиболее близкой к центру поворота.

Основными конструктивными факторами, определяющими показатели маневренности автомобилей, являются параметры L и θmax, изменение которых существенно влияет на радиус поворота и другие показатели.

115

6.6. Плавность хода

Под плавностью хода понимают совокупность свойств, обеспечивающих ограничение в пределах установленных норм вибронагруженности водителя, пассажиров, грузов, шасси и кузова.

Основным источником возникновения вынужденных колебаний является микропрофиль дороги, геометрическая и силовая неоднородность шин, неравномерность вращения колѐс.

Основными устройствами, защищающими автомобиль, водителя, пассажиров и грузы от больших динамических воздействий дороги и ограничивающими их вибронагруженность допустимым уровнем, являются подвески и шины, а также упругие сидения.

Выступы и впадины микропрофиля случайны по размерам и расположению. Колебания, возникающие при движении по дороге со случайным микропрофилем, имеют случайный характер.

Основными оценочными показателями плавности хода являются уровни вибронагруженности водителя, пассажиров, грузов и характерных элементов шасси и кузова.

Оценка уровня вибронагруженности производится по средним квадратичным значениям ускорений колебаний (виброускорений) или скоростей колебаний (виброскоростей) в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Вибронагруженность оценивают логарифмическим уровнем виброскорости в

(дБ).

	L =20lgζ /(5·10-8).
	v	z
	- среднее квадратичное значение виброскорости в октавной полосе, м/с;
ζ z
5·10-8 – значение виброскорости, с которой проводят сравнение.
Нормы		допустимых виброскоростей разнятся для различных частей

колебаний.

Частоты группируются в октавные полосы, каждая из которых определяется средней геометрической величиной граничных (min и max) для данной полосы частот. В первую октавную полосу водят частоты от 0,7 до 1,4 Гц. Среднее геометрическое значение равно 0,7 1,4 1 . Для второй октавной полосы (1,4…2,8

Гц) среднее геометрическое значение равно 2 и т.д.

Основным измерителем вибронагруженности при оценке плавности хода автомобиля служит среднее квадратичное значение ускорений, которое связано со средним квадратичным значением скорости приближѐнной формулой:

ζz =2πζ z /ν0.

ζz - среднее квадратичное виброускорение, м/с2;

ν0 – среднее геометрическое значение частоты октавных полос, Гц.

На плавность хода и некоторые другие эксплуатационные свойства большое влияние оказывают колебания колѐс и жѐстко связанных с ними элементов. Нормы на эти колебания не установлены, однако, основными требованиями являются отсутствие жѐстких ударов, связанных с колѐсами элементов в ограничители, установленные на раме кузова.

116

При заводских расчѐтах колебаний автомобиля, пользуются колебательной системой дифференциальных уравнений, включающих шесть масс (массы обозначают – m, упругие элементы – с, демпфирующие элементы – к).

Кподрессоренным массам относятся: mв – массы водителя и пассажиров, mтпд – массы кузова тягача и рамы с двигателем, механизмами трансмиссии и управления, mппд – рамы полуприцепа с укреплѐнными на ней элементами.

Кнеподрессоренным массам относятся массы переднего и заднего мостов

тягача (mт1 нп и mт1 нп) и моста полуприцепа mп нп.

При изучении колебаний автомобиля обычно принимают допущения, что каждая шина соприкасается с дорогой в одной точке, т.е. перемещения контактных поверхностей шин, точно копируют неровность дороги. Считается, что профиль дороги под правыми и левыми колѐсами каждого моста идентичны, поэтому оба эти колеса заменяют одним.

Число степеней свободы такой колебательной системы равно девяти, еѐ колебания описываются системой девяти дифференциальных уравнений второго порядка.

Для изучения колебаний в первом приближении удобнее пользоваться

упрощѐнной колебательной системой с тремя массами. Подрессоренная масса mпд включает массу кузова, двигателя, механизмов трансмиссии, пассажиров, водителя, грузовую платформу, полезную нагрузку.

Эти элементы в совокупности рассматривают как твѐрдое тело, имеющее две степени свободы – перемещение в вертикальном направлении и поворот в вертикальной плоскости.

Неподрессоренные массы m1 нп и m2 нп (передний и задний мосты) имеют по одной степени свободы – вертикальные перемещения. Таким образом, система, имитирующая в данном случае двухосный автомобиль, имеет четыре степени свободы.

6.7. Проходимость

Проходимость – эксплуатационное свойство, определяющее возможность движения автомобиля в ухудшенных дорожных условиях, по бездорожью и при преодолении различных препятствий.

Потеря проходимости автомобиля может быть полной и частичной. Полная потеря – застревание – прекращение движения. Возможность движения по проходимости выражается неравенством Рт>ΣРi . Частичная потеря связана со снижением скорости продвижения (производительности), а также с ростом расхода топлива в рассматриваемых условиях движения.

По уровню проходимости автомобили и автопоезда подразделяются на следующие: дорожные, повышенной проходимости и высокой проходимости.

К дорожным относятся автомобили, предназначенные преимущественно для использования на дорогах с твѐрдым покрытием. Конструктивными признаками таких автомобилей являются: неполноприводность (4х2, 6х2, 6х4), шины с

117

дорожным или универсальным рисунком протектора, использование в трансмиссии простых (неблокируемых) дифференциалов.

Автомобили повышенной проходимости предназначены для использования как на дорогах с твѐрдым покрытием, так и вне дорог и преодоление естественных препятствий. Их основным конструктивным признаком является полноприводность, поэтому эту группу называют полноприводные автомобили. На них обычно применяют тороидные шины с грунтозацепами, широкопрофильные или арочные шины. Используют систему регулирования давления воздуха в шинах. В трансмиссиях устанавливают блокируемые дифференциалы, они обеспечены лебѐдками.

Автомобили высокой проходимости предназначены для преимущественного использования в условиях бездорожья, естественных и искусственных препятствий, а также водных преград. Они отличаются компоновочной схемой, полноприводностью, наличием в трансмиссии самоблокирующихся дифференциалов, использованием специальных шин, дополнительных устройств для преодоления канав, очень часто они являются плавающими и имеют водяной движитель.

Проходимость делится на профильную и опорную. Профильная – характеризует возможность преодолеть неровности пути, препятствиями вписываться в требуемую полосу движения.

Опорная проходимость – определяет возможность движения в ухудшенных дорожных условиях и по деформированным грунтам.

Основной причиной ухудшения процесса взаимодействия колеса с поверхностью дороги является наличие промежуточного элемента (вода, грязь, снег и прочее) в контакте шины с дорогой, что приводит к снижению коэффициента сцепления и, как следствие к ограничению полной тяговой силы.

Снижение коэффициента сцепления в результате влаги отрицательно сказывается на коэффициенте сопротивления бокового увода шины, а следовательно, на устойчивости движения и управляемости автомобиля.

При качении автомобильного колеса по мягкому грунту происходит деформация не только шины, но и грунта, в результате чего, сила сопротивления качения увеличивается – добавляется сила сопротивления грунта качению колеса

Рfг.

Эта сила определяется работой, затрачиваемой на деформацию грунта, проскальзывание шины относительно грунта, преодоление прилипания грунта к шине.

Если считать деформацию грунта основной причиной, а остальные второстепенными, то сила сопротивления грунта качению Рfг=Аг/S. Работа,

h

затрачиваемая на деформацию грунта Аг=SB Pdhг ,

0

S – длина колеи, В – ширина колеи,

Р=f(hг) – зависимость нормального давления колеса на грунт от глубины колеи.

118

Сила сопротивления грунта качению Pfг=В

h	г
	Hdh
0

.

Коэффициент сопротивления грунта качению fг=Рfг/Pzк.

Сила трения материала шины о грунт зависит от нагрузки на опорную поверхность грунтозацепов и коэффициента трения резины по грунту

Ртр=кн·Gк·θр,

кн – коэффициент насыщенности рисунка протектора, определяющий долю нагрузки, приходящейся на грунтозацепы,

Gк – нагрузка на колесо,

θр - коэффициент трения резины по грунту.

Профильная проходимость

Большинство единичных показателей профильной проходимости представляет собой геометрические параметры автомобилей и прицепного состава.

Профильную проходимость оценивают по единичным показателям (рис. 38):

1.Дорожный просвет Н1 – расстояние от одной наиболее низко расположенных точек автомобиля до опорной поверхности.

2.Передний L6 (задний L9) свес – расстояние от крайней точки контуров передней (задней) выступающей части по длине автомобиля до плоскости, перпендикулярной опорной поверхности и проходящей через центры передних (задних) колѐс.

3.Угол переднего γ2 (заднего γ3) свеса – угол между опорной поверхностью и плоскостью, касательной к окружности наружных диаметров передних (задних) колѐс и проходящей через точку контура передней (задней) части автомобиля таким образом, что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого угла.

4.Продольный радиус проходимости R5 – радиус цилиндра, касательного к окружности, описанными свободными радиусами соседних колѐс, наиболее

119

Рис. 38. Показатели профильной проходимости

разнесѐнных по базе, и проходящего через точку контура нижней части автомобиля так, что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого цилиндра.

5.Наибольший угол преодоления подъѐма – угол подъѐма, имеющего протяжѐнность не менее, двукратной длины автомобиля и ровную поверхность, преодолеваемой автомобилем без использования инерции и нарушений условий нормальной работы агрегатов.

6.Наибольший угол преодолеваемого автомобилем косогора – при движении по косогору без бокового скольжения колѐс более, чем на ширину профиля шины.

7.Угол гибкости в вертикальной β и горизонтальной α плоскостях. Для

прицепного автопоезда углами гибкости являются углы возможного отклонения дышла прицепа от оси тягово-сцепного устройства автомобиля – тягача. Для седельного автопоезда углы гибкости определяются предельными положениями продольных осей автомобиля – тягача и полуприцепа в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

8. Поперечный радиус проходимости Rп – радиус цилиндра, касательного к колѐсам одного моста и проходящего через точку контура нижней части автомобиля, определяет проходимость через неровности, ширина которых соизмерима с колеѐй автомобиля и должен быть возможно меньшим.

8. Угол перекоса мостов γ – сумма углов поворота осей переднего и заднего мостов относительно продольной оси автомобиля.

10. Коэффициент совпадения следов передних и задних колѐс ηс=всп/всз (всп, всз – ширина следа соответственно за передними и задними колѐсами). 11. Ширина рва и высота вертикальной стенки.

К оценочным показателям опорной проходимости относятся: сцепная масса (mвк), коэффициент сцепной массы (кθ=Gвк/Ga), удельная мощность, мощность

120