Пожарникам 9

 Схема сил, действующих на колесо автомобиля

Величина коэффициента .х в зависимости от типа и состояния дорож-
ного покрытия может изменяться в очень широких пределах. Это измене-
ние обусловлено не столько типом, сколько состоянием верхнего слоя до-
рожного покрытия. Причем тип и состояние дорожного покрытия оказыва-
ет на величину коэффициента .х значительно большее влияние, чем все
другие факторы. Поэтому в справочниках .х приводится в зависимости от
типа и состояния дорожного покрытия.

К основным факторам, связанным с шиной и влияющим на коэффици-
ент .х, 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 на-
дежного контакта.

При отсутствии поперечных сил P.n и Yn коэффициент .х возраста-
ет с увеличением проскальзывания (буксования) шины по дороге. Макси-
мум .х достигается при 20 – 25 % проскальзывания. При полном буксова-
нии ведущих колес (или юзе тормозных колес) коэффициент .х может
быть на 10 – 25 % меньше максимального (рис. 6.3, а).

С увеличением скорости движения автомобиля коэффициент .х
обычно уменьшается (рис. 6.3, б). При скорости 40 м/с он может быть в не-
сколько раз меньше, чем при скорости 10 – 15 м/с.

Определяют .х обычно экспериментально методом буксирования ав-
томобиля с заблокированными колесами. При эксперименте регистрируют
силу тяги на крюке буксира и нормальную реакцию заблокированных ко-
лес. Поэтому справочные данные по .х относятся, как правило, к коэффи-
циенту сцепления при буксовании (юзе).

Коэффициент поперечного сцепления .у обычно принимают равным
коэффициенту .х и при расчетах пользуются средними значениями коэф-
фициента сцепления . (табл. 6.1).

Gng

Xn

Yn



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.3. Влияние на коэффициент .х различных факторов:

а – изменение коэффициента .х в зависимости от проскальзывания; б – изменение
коэффициента .х 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

Дорожное
покрытие

Состояние покрытия

Давление в шине

высокое

низкое

регулируемое

Асфальт, бе-
тон

Сухое

Мокрое

0,5–0,7

0,35–0,45

0,7–0,8

0,45–0,55

0,7–0,8

0,5–0,6

Щебеночное

Сухое

Мокрое

0,5–0,6

0,3–0,4

0,6–0,7

0,4–0,5

0,6–0,7

0,4–0,55

Грунтовое
(кроме суг-
линка)

Сухое

Увлажненное

Мокрое

0,4–0,5

0,2–0,4

0,15–0,25

0,5–0,6

0,3–0,45

0,25–0,35

0,5–0,6

0,35–0,5

0,2–0,3

Песок

Сухое

Влажное

0,2–0,3

0,35–0,4

0,22–0,4

0,4–0,5

0,2–0,3

0,4–0,5

Суглинок

Сухое

В пластическом
состоянии

0,4–0,5

0,2–0,4

0,4–0,55

0,25–0,4

0,4–0,5

0,3–0,45

Снег

Рыхлое

Укатанное

0,2–0,3

0,15–0,2

0,2–0,4

0,2–0,25

0,2–0,4

0,3–0,45

Любое

Обледенелое

0,08–0,15

0,1–0,2

0,05–0,1



 

При расчетах тягово-скоростных свойств АТС различием в коэффици-
ентах сцепления колес пренебрегают и максимальную тяговую силу, кото-
рую могут обеспечить ведущие колеса по сцеплению с дорогой, определя-
ют по формуле

,nРR.... (6.10)





б

а

3

2

1

v, м/с



где Rn – нормальная реакция n-го ведущего колеса. Если тяговая сила ве-
дущих колес превышает максимальную тяговую силу, то ведущие колеса
автомобиля буксуют. Для движения АТС без буксования ведущих колес
необходимо выполнение условия

..PPe, (6.11)

Выполнение условия (6.11) позволяет уменьшить время следования
ПА к месту вызова в основном за счет уменьшения времени разгона tr.
При разгоне ПА важно реализовать максимально возможное по дорожным
условиям Рк. Если ведущие колеса ПА при разгоне пробуксовывают, то
для движения реализуется меньшая Рк и, как следствие, увеличивается tr.
Уменьшение Рк при буксовании ведущих колес и объясняется тем, что при
появлении скольжения колес относительно дороги на 20 – 25 % уменьша-
ется .x (см. рис. 6.3). Уменьшение .x приводит к уменьшению P. (6.10) и,
следовательно, к уменьшению реализуемой Рк (6.11).

При движении ПА с места выполнить условие (6.11) только за счет
правильного выбора частоты вращения коленчатого вала двигателя и но-
мера передачи не удается. Поэтому разгон ПА от v=0 до vmin должен про-
исходить при частичной пробуксовке муфты сцепления. Дальнейший раз-
гон ПА от vmin до vmax без пробуксовки ведущих колес ПА с механической
коробкой передач обеспечивается за счет правильного выбора положения
педали подачи топлива (частоты вращения коленчатого вала двигателя) и
момента переключения на высшую передачу.

 

 

6.1.2. Сила сопротивления качению колес пожарного автомобиля

 

Сопротивление качению колеса с пневматической шиной по недефор-
мируемой дороге возникает в основном за счет затрат энергии на деформа-
цию шины, так как деформации дороги незначительны. Работа, затрачен-
ная на участке 1–2 (рис. 6.4, а) на деформацию шины, больше, чем возвра-
щенная на участке 2–3 (рис. 6.4, а) для восстановления ее формы, так как
часть энергии расходуется на внутреннее трение резины. Поэтому давле-
ние pz на участке 1–2 больше, чем на участке 2–3, и равнодействующая
нормальных реакций Rn, cмещенная относительно оси 0 (рис. 6.4, а) в сто-
рону движения, препятствует качению колеса.

Сопротивление качению колеса с пневматической шиной по дефор-
мируемой дороге (пашня, песок, неуплотненный снег) возникает в основ-
ном за счет затрат энергии на деформацию грунта (образование колеи) и на
преодоление сил трения между колесом и грунтом (рис. 6.4, б).

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.4. Схема сил, действующих на автомобильное колесо при качении:
а – по твердой дороге; б – по мягкому грунту; в – условное изображение в расчетных
схемах ПА при составлении уравнения движения

 

В теории движения АТС реакцию Rn принято проводить через ось ко-
леса 0 перпендикулярно опорной поверхности, а сопротивление качению
колеса учитывать за счет силы Рfn, направленной в сторону, противопо-
ложную движению колеса в плоскости дороги (рис. 6.4, в).

Сила сопротивления качению колес АТС является суммой сил сопро-
тивления качению Рfn всех колес:

,11nnnnfnfRfPP.... (6.12)

где fn – коэффициент сопротивления качению n-го колеса; Rn – нормальная
реакция опорной поверхности n-го колеса; п – число колес.

Коэффициент сопротивления fn у ведущих и ведомых колес отличает-
ся мало. Поэтому при расчетах движения ПА Pf можно вычислять по фор-
муле (рис. 6.1):

1cosnfnPfRfGg..., (6.13)

где . – угол продольного уклона дороги; f– коэффициент сопротивления
качению колеса; g= 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.

Коэффициент сопротивления качению f зависит в основном от типа и
состояния дорожного покрытия, конструкции шин и давления воздуха в
них. Для практических расчетов в интервалах скоростей до 80 – 100 км/ч
коэффициент f можно считать постоянной величиной, зависящей только
от типа и состояния дорожного покрытия (табл. 6.2).

 

 

а

 б

в

0

0



Таблица 6.2

Тип дороги или покрытия

Состояние дороги или покрытия

Значение f

Дорога с асфальтобетонным по-
крытием

Сухая, в хорошем состоянии

Сухая, в удовлетворительном со-
стоянии

0,015–0,0180,018–0,020

Дорога с гравийным покрытием
в хорошем состоянии

Сухая

0,020–0,025

Булыжное шоссе

Сухое, в хорошем состоянии

Сухое, с выбоинами

0,025–0,030

0,035–0,050

Грунтовая дорога

Сухая, укатанная

Влажная (после дождя)

В период распутицы

0,025–0,0350,050–0,15
0,10–0,25

Песок

Сухой

Сырой

0,10–0,30
0,060–0,150

Суглинистая и глинистая целина

Сухая

В пластическом состоянии

В текучем состоянии

0,040–0,0600,100–0,2000,20–0,30

Обледенелая дорога или лед



0,015–0,03

Укатанная снежная дорога



0,03–0,05



 

При скоростях движения ПА, больших 80 – 100 км/ч, необходимо
учитывать увеличение f.

Коэффициент уменьшается с увеличением размера (и соответственно
грузоподъемности) шины. Увеличение нагрузки на колесо сверх номи-
нальной приводит к увеличению f. Например, при превышении нагрузки
на колесо на 20 % сверх номинальной f увеличивается на 4 %.

На дорогах с твердым покрытием f уменьшается при увеличении
давления воздуха в шинах, меньшие f имеют шины с мелким рисунком
протектора.

Мощность Nf , кВт, необходимая для преодоления сил сопротивления
качению колес АТС, определяется по формуле

 

310(cos)10ffNPvfGgv...... (6.14)

Здесь v в м/с2; G в кг; g в м/с2.

 

6.1.3. Сила сопротивления подъему пожарного автомобиля

Сила сопротивления подъему ПА Pi , Н, является составляющей силы
веса (см. рис. 6.1):


siniPGg... (6.15)

Вместо . может быть задан уклон i. Уклон может быть выражен в
процентах i % и промилле i, ‰. Уклон дороги i представляет собой отно-
шение (см. рис. 6.1)

...tg/iiShi, (6.16)

где hi – превышение дороги; Si– заложение дороги. Между i, i % и zi ‰ су-
ществует соотношение

iii310‰10‰... (6.17)

При малых углах подъема дороги (.< 10°) tg . . sin . можно считать,
что

GgiPi
.. (6.18)

Мощность Ni , кВт, необходимая для преодоления силы сопротивле-
ния подъему АТС, определяется по формуле

3310)sin(10.....vGgvPNii, (6.19)

здесь G в кг; g в м/с2; v в м/с.

При .< 10° можно считать, что

3()10iNGgiv... (6.20)

 

6.1.4. Сила сопротивления воздуха

 

Движущийся ПА часть мощности двигателя расходует на перемеще-
ние воздуха и его трение о поверхность АТС.

Сила сопротивления воздуха Рв, Н, определяется по формуле

2aaFvKP., (6.21)

где F – лобовая площадь, м2; Кв – коэффициент обтекаемости, (Н.с2)/м4;
v – скорость автомобиля, м/с.

Лобовой площадью называют площадь проекции АТС на плоскость,
перпендикулярную продольной оси автомобиля. Лобовую площадь можно
определить по чертежам общего вида ПА.

При отсутствии точных размеров ПА лобовая площадь вычисляется
по формуле

aBHF., (6.22)

где В – колея, м; Нг – габаритная высота ПА, м.

Коэффициент обтекаемости определяется для каждой модели АТС


экспериментально, при продувке автомобиля или его модели в аэродина-
мической трубе. Коэффициент Кв равен силе сопротивления воздуха, соз-
даваемой 1 м2 лобовой площади автомобиля при его движении со скоро-
стью 1 м/с. Для ПА на шасси грузовых автомобилей Кв = 0,5 – 0,6 (Н.с2)/м4,
для легковых Кв = 0,2 – 0,35 (Н.с2)/м4, для автобусов Кв = 0,4 – 0,5 (Н.с2/м4.

При прямолинейном движении и отсутствии бокового ветра силу Рв
принято направлять вдоль продольной оси АТС, проходящей через центр
масс автомобиля или через геометрический центр лобовой площади.

Мощность Nв, кВт, необходимая для преодоления силы сопротивления
воздуха, определяется по формуле

33BBB1010NPvKFv..... (6.23)

Здесь F в м2, v в м/с.

При v. 40 км/ч сила сопротивления воздуха мала и при расчетах дви-
жения ПА на этих скоростях ее можно не учитывать.

 

6.1.5. Сила инерции

 

Часто движение ПА удобнее рассматривать в системе отсчета, жестко
связанной с автомобилем. Для этого к ПА необходимо приложить инерци-
оннные силы и моменты. В теории АТС инерционные силы и моменты при
прямолинейном движении автомобиля без колебаний в продольной плос-
кости принято выражать силой инерции Рj, Н:

GjPj.., (6.24)

где j – ускорение центра масс АТС, м/с2.

Сила инерции направлена параллельно дороге через центр масс АТС в
сторону, противоположную ускорению. Для учета увеличения силы инер-
ции из-за наличия у АТС вращающихся масс (колес, деталей, трансмиссии,
вращающихся деталей двигателя) введем коэффициент .. Коэффициент .
учета вращающихся масс показывает, во сколько раз энергия, затрачивае-
мая при разгоне вращающихся и поступательно движущихся деталей АТС,
больше энергии, необходимой для разгона АТС, все детали которого дви-
жутся только поступательно.

При отсутствии точных данных коэффициент . для ПА можно опре-
делять по формуле

2)06,004,0(03,1u..... (6.25)

Мощность Nj , кВт, необходимая для преодоления силы инерции, оп-
ределяется по формуле

3310)(10.....vGjvPNjj. (6.26)


 

6.1.6. Нормальные реакции опорной поверхности колес

При движении ПА нормальные реакции Rn изменяются. Уменьшение
или увеличение нагрузки на п-е колесо при движении АТС характеризует-
ся коэффициентом .п изменения нормальной реакции

),/(/gGRzRnnnnn... (6.27)

где zn – нормальная реакция опорной поверхности (нагрузка) n-го колеса
при стоянке АТС на горизонтальной дороге; Gn – масса АТС, сила веса, ко-
торая создает нагрузку zn.

Если нормальные реакции колес левой и правой стороны одной оси
ПА равны, то коэффициент .n характеризует также и изменение нагрузки
на ось.

Распределение силы веса (Gg) между колесами ПА зависит от поло-
жения центра масс автомобиля, жесткости подвески и рамы, давления воз-
духа в шинах. При вычислении zn влиянием всех факторов, кроме положе-
ния центра масс, обычно пренебрегают. Для двухосного автомобиля на-
грузки zn вычисляют по формулам (рис. 6.5):

12121212()(/)zGgzzGGgbLGg...... (6.28)

34343434()(/)zGgzzGGgaLG...... (6.29)

где z1, z2 –соответственно нагрузка на левое и правое колесо передней оси;
z3, z4 – соответственно нагрузки на левые и правые колеса задней оси.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.5. Определение координат центра масс пожарного автомобиля:

1 – платформа весов

При компоновке ПА добиваются равного распределения силы веса
между колесами одной оси:

;5,01221zzz.. (6.30)



.5,03443zzz.. (6.31)

Из-за обязательного выполнения требований по равенству нагрузки на
левые и правые колеса одной оси в технических характеристиках АТС и
ПА принято указывать только G, расстояние между осями и массы, силы
веса от которых передаются каждой осью. Для двухосного АТС указыва-
ются: G, L и G12, G34 Данные по G12 и G34, которые приводятся в техниче-
ских характеристиках АТС, определяются, как правило, экспериментально.
Для аналитического определения G12 и G34 необходимо знать расстояния а,
L или b, L. Основная погрешность аналитического определения G12 и G34
для двухосного автомобиля связана с ошибками в вычислении положения
центра масс АТС, координаты которого (a или b) определяются по форму-
лам для вычисления положения центра масс абсолютно твердого тела. Вы-
числение а или b по этим формулам приводит к ошибке до 10–15 %.

Для экспериментального определения z12 или z34 колеса передней или
задней оси ПА устанавливают на весы (см. рис. 6.5). Для проверки ра-
венств (6.30), (6.31) ПА устанавливают на весы колесами одной стороны.
Основные требования при взвешивании: полная комплектация ПА (при от-
сутствии боевого расчета его имитируют балластом); горизонтальная
опорная поверхность колес ПА при взвешивании; расторможенные колеса
и нейтральное положение рычага механической коробки передач. Взвеши-
вают ПА, как правило, два раза: первый – при въезде на весы передним хо-
дом, второй – при въезде на весы задним ходом. За зачетные значения G,
z12 и z34 принимаются их средние арифметические.

По результатам взвешивания судят о возможности эксплуатации ПА.
Необходимо выполнение трех основных требований:

масса G ПА не должна превышать полной массы базового шасси –
собственной массы базового шасси плюс грузоподъемность;

распределение массы G между осями ПА (G12 или G34) должно соот-
ветствовать распределению между осями полной массы базового шасси;

нагрузка на колеса левой и правой стороны ПА должна быть равной.

Нагрузки на оси R12 и R34 при движении ПА определяются из уравне-
ний:

00;М.. ;0)cos(B12......HGgHPHPHPLPji (6.32)

0;zF.. 0cos3412....GgRR. (6.33)

После преобразований уравнений (6.32), (6.33) и подстановки R12 и
R34, z12 и z34 формул (6.28), (6.29) в формулу (6.27) получим:

;sincos/
2B121212bHgjGgFvKzR...
.
...
.
......... (6.34)


,sincos/
2B343434aHgjGgFvKzR...
.
...
.
......... (6.35)

где . > 0, ј > 0 – при подъеме и разгоне АТС; . < 0, ј < 0 – при спуске и
торможении АТС.

Анализ формул (6.34) и (6.35) показывает, что при движении на подъ-
еме и разгоне ПА увеличивается нагрузка на заднюю ось и уменьшается на
переднюю. При движении на спуске и торможении ПА происходит обрат-
ное явление. Этим объясняется, например, подъем передней части ПА, на-
блюдаемый при разгоне, и наклон ее вниз («клевок») при торможении. При
движении по дорогам с асфальтобетонным покрытием коэффициенты .12 и
.34 ПА могут изменяться в пределах от 0,5 до 1,5. Предельные значения ко-
эффициентов достигаются при движении по крутым уклонам и при интен-
сивном разгоне или торможении ПА со всеми ведущими осями или при
экстренном торможении.

Форма входа
Поиск
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Статистика

    Онлайн всего: 1
    Гостей: 1
    Пользователей: 0