Пожарникам 10При использовании метода силового баланса уравнение (6.1) записы- вается в виде кfiВjPРРРР....Р (6.36) и называется уравнением силового баланса. Последовательность решения уравнения (6.36) методом силового баланса: 1. По уравнению (6.36) вычисляется суммарная сила тяги ведущих ко- лес, которую необходимо реализовать для движения ПА на заданной пере- даче (заданном и) в известных дорожных условиях (., f) со скоростью v и ускорением j. Вычислять необходимую Рк удобнее по формуле ..3Be)/(FvKGggjP....., (6.37) где . = fcоs. + sin. – коэффициент сопротивления дороги. Формула (6.37) получена после подстановки в правую часть уравне- ния (6.36) правых частей формул (6.13), (6.15), (6.21), (6.24) и последую- щих преобразований. 2. По формуле (6.10) вычисляется максимальная сила тяги Р., кото- рую могут обеспечить ведущие колеса ПА по сцеплению с дорогой. Сила Р. вычисляется с учетом перераспределения нагрузки между коле- сами ПА. Двухосные и трехосные ПА при движении с подводом крутящего мо- мента двигателя к ведущим колесам задних осей могут обеспечить по сце- плению с дорогой В ..343434343434/.PRRzzG........ (6.38) Использование всех колес ПА для создания силы тяги позволяет уве- личить Р. на 15 – 30 %. Максимальная сила тяги Р. полнопроводных ПА определяется по формуле ....РGg (6.39) 3. Проверяется выполнение неравенства (6.11). Если неравенство (6.11) не выполняется, то длительное (безостановочное) движение ПА на заданной передаче в известных дорожных условиях (., f) со скоростью v и ускорением j невозможно. В зависимости от решаемой задачи изменяется один из перечисленных параметров и расчеты повторяются. 4. По формуле (6.4) вычисляется суммарная сила тяги (обозначим ее Ркд), которую может обеспечить двигатель на ведущих колесах ПА. Кру- тящий момент двигателя Мд определяется по внешней скоростной характе- ристике (см. рис.5.9) или по формуле (5.8) при частоте вращения коленча- того вала urvnD)/)((30/a.., (6.40) где nд в об/мин; v в м/с; rD в м. 5. Необходимая для движения сила тяги (обозначим ее Ркн), вычис- ленная по формуле (6.37), сравнивается с силой тяги Ркд , которую может обеспечить двигатель. Если Ркн < Ркд, то движение ПА возможно при неполном открытии дроссельной заслонки (карбюраторный двигатель) или при неполной пода- че топлива (дизель). Если Ркн = Ркд , то уравнение (6.36) решено и движение ПА возможно только при полном открытии дроссельной заслонки или полной подаче то- плива, т. е. при использовании внешней скоростной характеристики двига- теля. Если Ркн > Ркд, то движение ПА при заданных условиях (и, ., f, v, j) не- возможно – двигатель не может обеспечить необходимую силу тяги на ве- дущих колесах. Один из параметров – и, ., f, v или j изменяется и расчеты повторяются с п. 1. Методом силового баланса можно определить vmax и vmin. Для этого при расчетах необходимо изменять и и v при j = 0, . = 0. Для определения . max необходимо изменять v и . при движении ПА на первой передаче и Рв . 0. Для определения tv метод силового баланса не применяют из-за большого объема расчетов. 6.1.8. Уравнение мощностного баланса пожарного автомобиля Метод мощностного баланса основан на анализе использования мощ- ности двигателя при движении ПА. По аналогии с уравнением силового баланса уравнение мощностного баланса ПА можно записать в следующем виде кдтрпо,fiBNNNNNNNN....... (6.41) где Nд – мощность, которая передается от двигателя к трансмиссии ПА; Nтр – мощность, затрачиваемая на преодоление трения в трансмиссии; Nп.о – мощность, затрачиваемая на привод пожарного оборудования (на- пример, насоса, механизма прокладки и сборки рукавных линии) при дви- жении ПА. После учета расхода мощности двигателя на работу дополнительного оборудования базового шасси (коэффициента Кс) и на трение в трансмис- сии (учитывается коэффициентом .) формулы (6.14), (6.19), (6.23) и (6.26), уравнение (6.41) можно преобразовать к виду 33a3i.ice1010vFKvGggjNNKNe.... . ... . ........ (6.42) Графическое решение уравнения мощностного баланса для определе- ния скорости движения ПА на первой и второй передачах с одновременной подачей воды из цистерны через лафетный ствол приведено на рис. 6.6. Рис. 6.6. Графическое решение уравнения мощностного баланса пожарного автомобиля: - движение на первой передаче; --- движение на второй передаче; 1 – Ne ; 2 – Ke.Ne; 3 – Nк = Ke.Ne – Nn; 4 – N. Внешняя скоростная характеристика двигателя Ne(n) (см. рис. 5.9) по- строена в координатах N – v. При построении зависимости Ne(v) (см. рис. 6.6, кривая 1) предполагается, что нет пробуксовки ведущих колес ПА и для пересчета nд в v, и наоборот, можно использовать формулу (6.40). 1 2 3 v v2 v1 N 4 NB Nп.о Вниз от Ne(v) отложена мощность, которая затрачивается на преодо- ление трения в трансмиссии и на обеспечение работы дополнительного оборудования базового шасси. Для движения ПА и привода насоса может быть использована мощность Кс.Ne (рис. 6.6, кривая 2). Мощность Nпо отложена вниз от мощности Кс.Ne. Мощность Nпо, за- трачиваемая на привод пожарного центробежного насоса, пропорциональ- на третьей степени частоты вращения рабочего колеса насоса. Зависимость Ne(n), а следовательно, и зависимость Кс.Ne в координатах N– v (рис. 6.6, поз. 2) также представляет собой многочлен третьей степени (формула (5.11)). Поэтому зависимость мощности, которую может обеспечить двига- тель на ведущих колесах ПА (рис. 6.6, кривая 3), – кубическая парабола, вид которой зависит: от внешней скоростной характеристики двигателя Ne(nд), от передаточного числа и и коэффициента полезного действия . трансмиссии ПА на включенной передаче, от передаточного числа итн и коэффициента полезного действия .тн трансмиссии пожарного насоса, от подачи Qн, напора Hн и коэффициента полезного действия .н насоса. Если принять, что коэффициент f – величина постоянная и сила со- противления воздуха при движении на первой и второй передаче пренеб- режимо мала, то правая часть уравнения (6.42) представляет собой наклон- ную прямую (рис. 6.6, прямая 4), проходящую через начало координат. При полном открытии дроссельной заслонки карбюраторного двига- теля или при полной подаче топлива дизельного двигателя движение ПА на первой и второй передачах не может быть более скоростей v1 и v2. Ско- рости v1 и v2 определяются по точкам пересечения (см. рис. 6.6). Для рав- номерного движения в тех же условиях со скоростью, меньшей v1 или v2, водитель должен прикрыть дроссельную заслонку карбюраторного двига- теля или уменьшить подачу топлива дизельного двигателя, что приведет к уменьшению частоты вращения коленчатого вала двигателя и, как следст- вие, к уменьшению подачи Qн и напора Нн насоса. Если на ПА установлена коробка отбора мощности (КОМ) с постоян- ным передаточным числом, то водителю сложно одновременно обеспечить и необходимую скорость движения, и необходимую подачу воды из лафет- ного ствола. Для того чтобы обеспечить водителю возможность одновре- менного выбора требуемых скорости движения и подачи воды из лафетного ствола, необходимо или устанавливать КОМ с переменным передаточным числом, или устанавливать на ПА такие двигатели и насосы, в графике мощностного баланса которых кривая 3 на первой и второй передачах не пересекают прямую 4. Метод мощностного баланса удобно использовать при выборе двигателя базового шасси ПА. Использовать этот метод для оп- ределения vmax , t. , аmax, vmin нецелесообразно, так как приходится дополни- тельно вычислять РК, Р. проверять выполнение неравенства (6.11). 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 ха- рактеристики, предложенный Е. А. Чудаковым. Динамическим фактором D АТС называется отношение D = (Pк-Pв)/Gg. (6.43) Если в правую часть уравнения (6.43) подставить значения Pк и Pв (6.4) и (6.21), то после преобразований получим формулу для вычисления динамического фактора: GgFvKruMDD12Ba ... . ... . . . ., (6.44) который могут обеспечить двигатель и трансмиссия на ведущих колесах АТС. Если подставить значение Pк (6.37), то получим формулу для вычис- ления динамического фактора: )/(gjD....., (6.45) который необходимо обеспечить для движения в заданных условиях. Чтобы учесть ограничение реализуемых Pк силами сцепления веду- щих колес с дорогой, необходимо использовать предельное значение силы тяги по формуле (6.10). Автомобиль из-за ограниченной силы сцепления P. колес с дорогой не может реализовать динамический фактор, больший ..в/.DPPG.... (6.46) Длительное движение АТС в заданных дорожных условиях (. или ., f) со скоростью v и ускорением j возможно, если выполняется условие ....DDD. (6.47) При равномерном движении (f = 0) полноприводного ПА с малой ско- ростью (Pв = 0) условие (6.48) с учетом формул (6.40) и (6.46) записывает- ся в виде ....D. (6.48) При равномерном движении (j = 0) двухосных и трехосных ПА по го- ризонтальной дороге (. = 0) с малой скоростью (Pв = 0) условие (6.48) с у- четом формул (6.36), (6.39) и (6.46) записывается в виде (G34/G)....D. (6.49) Динамической характеристикой автомобиля D(v) называют зависи- мость динамического фактора D (6.45) от скорости движения на различных передачах. Для построения динамической характеристики необходимо: 1. На внешней характеристике двигателя Мe (см. рис. 5.9) выбрать не- сколько значений nдi и соответствующих им Мei. По формуле (6.2) опреде- лить Мдi. 2. По формуле (6.40) определить vi , которые соответствуют nдi на пер- вой передаче. 3. По формуле (6.45) определить Di, соответствующие vi на первой пе- редаче. Повторить расчеты с п. 2 для каждой последующей передачи. По динамической характеристике D(v) определяются vmax , . max и vmin. Для определения vmax на участке дороги с коэффициентом сопротив- ления качению f и уклоном . необходимо по оси ординат динамической характеристики D(v) отложить коэффициент . (см. формулу (6.38)), мас- штаб 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 ха- рактеристику в одной точке, то vmax= v1, так как при превышении этой ско- рости 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 пересе- кает 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 дви- жение, водитель должен прикрыть дроссельную заслонку карбюраторного двигателя или уменьшить подачу топлива дизельного двигателя. Макси- мальная скорость ПА будет ограничена максимально допустимой угловой скоростью коленчатого вала двигателя. Например, vmax= v2 при движении на пятой передаче и vmax= v3 при движении на второй передаче. 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 харак- теристику в двух точках, то ПА может равномерно двигаться как со скоро- стью v4, так и со скоростью v5. 4. Если линия . (прямая 5 на рис. 6.7, б) выше динамической характе- ристики, 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.=Dmax, которое может пре- одолеть ПА на первой передаче (рис. 6.7), и затем по формуле (6.46) вы- числить .max при известном коэффициенте f и j=0. Приближенно можно считать, используя формулы (6.16) и (6.38), что tg.max = imax= Dmax - f. (6.50) Скорость vmin определяется, как правило, только для низшей (первой) передачи (см. рис. 6.7). Для определения vmin ПА при движении по поверхности с твердым по- крытием необходимо знать частичные характеристики двигателя и учиты- вать использование части крутящего момента двигателя Mд на привод по- жарного оборудования, например насоса. Dmax Dmax 5 3 4 1 2 vmin v1 v2 v vmin Динамический фактор D v v4 v3 v5 Динамический фактор D а б 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 % време- ни ПА движутся ускоренно. Способность АТС изменять (увеличивать) скорость движения назы- вают приемистостью. Одним из наиболее распространенных показателей, характеризующих приемистость автомобиля, является время tv разгона ав- томобиля с места до заданной скорости v. Определяют tv обычно экспериментально на горизонтальной ровной дороге с асфальтобетонным покрытием при коэффициенте . = 0,015 (f = 0,01, i %. 0,5). Аналитические методы определения tv основаны на по- строении зависимости t(v) (рис. 6.8), т.е. на интегрировании дифференци- ального уравнения (6.1): .0e . .. . . vvdvPPGt (6.51) При 0 < v < vmin движение ПА происходит при пробуксовке сцепле- ния. Время разгона tp до vmin зависит в основном от умения водителя пра- вильно выбрать положение педалей сцепления и топлива (см. п. 6.1.1). Так как время разгона tp существенно зависит от квалификации водителя, ко- торую трудно описать математически, то при аналитическом определении tv время tp часто не учитывают. Разгон ПА на участке АВ происходит на первой передаче при полно- стью 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 по- дачи топлива. Процесс повторяется при переходах на последующие пере- дачи (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 двигате- лем время переключения передач больше, так как из-за больших (по срав- нению с карбюраторным двигателем) инерционных масс его деталей час- тота вращения коленчатого вала изменяется медленнее, чем у карбюратор- ного 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 .v12 и .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 фор- муле gDj . .. ., (6.52) которая получена после преобразования формулы (6.46). Так как с увели- чением номера передачи динамический фактор ПА уменьшается (см. рис. 6.7), то максимальные ускорения разгона достигаются на низких переда- v vmin v12 v23 tp t12 t23 tv чах. Поэтому водители ПА для обеспечения быстрого разгона при обгоне в городских условиях используют низкие передачи чаще, чем водители дру- гих 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 vmax , . max и tv , 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 тор- можение 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 незначитель- ном нажатии водителем на педаль подачи топлива и включении более низ- кой 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 ре- жимах торможения для уменьшения скорости и полной остановки ПА; запасную тормозную систему – используется при отказе рабочей тор- мозной 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) – исполь- зуется при длительном торможении на спусках для поддержания постоян- ной скорости. Вспомогательной тормозной системой должны быть обору- дованы 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 эксплуати- руется в горных условиях, то также используют вспомогательную тормоз- ную систему. Для оценки эффективности работы рабочей и вспомогательной тор- мозных систем используют три показателя (ГОСТ 25478–82): тормозной путь Sт, м; установившееся замедление jT , м/с2; время срабатывания тор- мозов tT, с. Экспериментально установлено, что этими показателями мож- но 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 при- нимает решение о торможении и переносит ногу с педали управления по- дачей топлива на педаль тормоза. Время t1 зависит от индивидуальных особенностей и квалификации водителя, обычно t1 = 0,4 – 1,5 с. При расче- тах принимают t1 = 0,8 с. Время t2 зависит от конструкции и технического состояния привода тормозов, от времени, за которое выбирается свободный ход педали тор- моза, 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 пнев- матическим приводом может увеличиваться зимой после продолжительной работы на пожаре из-за уменьшения сечения трубопровода замерзающим конденсатом. У ПА с гидропневматическим приводом тормозов (напри- мер, 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 коэф- v v0 v1 t1+t2 t3 t4 t0 1 2 j jт фициенту ., на дорогах с малым . масса ПА на время t3 практически не влияет. Время tт = 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 tт . 1 с, для ПА с G > 12 т tт < 1,2 с (ГОСТ 25478–82). Контролировать tт при ходовых ис- пытаниях ПА сложно. Время t4 представляет собой время торможения с максимальным ус- корением (замедлением) jт За время t4 кинетическая энергия АТС расходу- ется в основном на работу сил трения тормозов и частично на работу сил сопротивления движению (Рf, Рв). Если при торможении колеса заблокиро- ваны (не вращаются), то работа сил трения происходит только между ши- ной и поверхностью дороги. Трение в тормозном механизме как поглоти- тель энергии АТС при блокировке колес уже не действует. Если колеса АТС заблокированы, то после преобразования уравнения (6.1) при . = 1, Рк= 0, Рf = Р., Рi = Pв = 0 с учетом формулы (6.40) получим формулу jт = . 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 jт и, следовательно, уменьшения Sт дости- гать полной блокировки колес при торможении нежелательно. При торможении ПА сила инерции Pj (6.24) увеличивает нагрузку на передние колеса и уменьшает на задние. Наибольшие значения коэффици- ентов изменения нормальной реакции ПА находятся в следующих преде- лах (6.35) и (6.36): .12 =1,2 – 2,0; .34 = 0,5 – 0,7. Поэтому для обеспечения торможения с jт необходимо такое распределение тормозных усилий меж- ду передними и задними колесами, при котором блокировка колес проис- ходит одновременно. Так как современные тормозные системы ПА не обеспечивают точного соответствия между нормальной реакцией Rn колес и их тормозных усилий, то действительное значение jт меньше теоретиче- ски возможного в Кэ = 1,4 – 1,6 раз. Тормозной путь Sт при полной блокировке колес определяется как площадь, ограниченная кривой 1 за время t3 + t4 (см. рис. 6.9), т. е. 0Т03013141211()22. tSvdtvtvvttt .... (6.54) .= .– .+ После преобразования формулы (6.54) с учетом формулы (6.53) и tт . 1 – 1.2 с формула для определения тормозного пути ПА примет вид: Sт = (Кэ/2.)..20/vg , (6.55) где v0 – скорость автомобиля перед торможением, м/с. Для предварительной оценки эффективности работы рабочей и запас- ной тормозных систем ПА проводят ходовые испытания. Испытания могут проводиться визуально по Sт и синхронности начала торможения колес при резком однократном нажатии на педаль (сцепление выключено), а также с использованием переносных приборов-деселерометров (или деселерогра- фов). Диагностирование по тормозному пути Sт должно проводиться на ровном, сухом, горизонтальном участке дороги, свободном от движущего- ся транспорта. В соответствии с ГОСТ 25478–82 тормозной путь определя- ется при v0= 11,1 м/с (40 км/ч). Для ПА с G=3,5 т рабочая тормозная сис- тема должна обеспечить Sт . 23 м, запасная – Sт . 36,9 м. При отсутствии деселерометра (или деселерографа) ускорение jт вы- числяется по формуле jт = v02/Sт, (6.56) где v0 в м/с; Sт в м. Для ПА с G > 3,5 т рабочая тормозная система должна обеспечить jт . 4,0 м/с2, запасная – jт . 2,1 м/с2. Тормозной путь Sт и установившееся замедление jт должны обеспечи- ваться тормозными системами ПА с G > 3,5 т при усилии на педали тормо- за 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. 6.2.2. Устойчивость и управляемость пожарного автомобиля Тягово-скоростные свойства ПА определяют потенциальную, т.е. пре- дельно возможную скорость следования ПА к месту вызова. Устойчивость и управляемость ПА ограничивают vmax в зависимости от дорожных и транспортных условий. Устойчивость АТС – способность АТС сохранять заданное води- телем движение. Показатели устойчивости ПА характеризуют только воз- можности АТС без учета возможностей водителя по управлению автомо- билем для реализации задаваемого движения. Gg a б R34 P.2 H v j Gg R12 P.1 Pj . P.12 (Gg)n . Gg Pj P.24 R24 R13 R13 в B H j Управляемость АТС – способность АТС реагировать на воздей- ствие водителя на органы управления (руль, педаль муфты сцепления, пе- даль тормоза, рычаг коробки передач). Показатели управляемости АТС ха- рактеризуют поведение системы автомобиль – водитель. Единых оценочных показателей устойчивости и управляемости АТС нет. «Исключить» водителя удалось только при одном виде испытаний на устойчивость – опрокидывание АТС на наклонной платформе. При всех других видах испытаний АТС на устойчивость и управляемость фактиче- ски оценивается поведение системы автомобиль – водитель. Поэтому сей- час принято говорить об устойчивости управления АТС, которую класси- фицируют: По виду потери устойчивости управления (рис. 6.10, а, б, в): продольная; поперечная. Рис. 6.10. Потеря устойчивости управления автомобилем: а – на уклоне (продольная); б – на уклоне (поперечная); в – на повороте (поперечная) H R34 (Gg). P.. R24 B По результату (проявлению) потери устойчивости управления (рис. 6.10): опрокидывание (проявление – разгрузка колес одной оси или сторо- ны автомобиля); занос – скольжение колес относительно опорной поверхности, не выполняется условие (6.9); отклонение от траектории движения (рис. 6.11, а) – траекторная ус- тойчивость управления АТС; отклонение от курса (направления) движения (рис. 6.11, б) – курсо- вая устойчивость управления АТС Рис. 6.11. Потеря устойчивости управления автомобилем: а – траекторией; б – курсом; ВК – ширина разметки полосы движения; .1 – поперечное смещение; .2 – угловое смещение; 1 – центр полосы движения; 2 – разметка; 3 – автомобиль до потери устойчивости управления; 4 – автомобиль при потере устойчивости управления По режиму движения, при котором наступила потеря устойчи- вости управления АТС: статическая, динамическая. Устойчивость ПА против опрокидывания. Опрокидывание ПА мо- жет произойти из-за действия поперечной составляющей силы веса (Gg). при движении по косогору или из-за действия силы инерции Pj при движе- нии на повороте. Опрокидывание ПА наступает при разгрузке колес одной стороны автомобиля, т. е. при R13 = 0 (рис. 6.10, б, в). Поэтому для движе- ния ПА по косогору и на повороте необходимо выполнение соответствен- но двух условий: ......00,/20nMGgBGgH....; (6.57) ....00,/20jMGgBPH.... (6.58) Так как (Gg)n = Gg cos., (6.59) (Gg) . = Gg sin., (6.60) Pj= G (v2/R) (6.61) 2 4 _vT 1 3 BК BК 2 3 2 4 1 б а _v .1 _vк .2 . (R – радиус поворота ПА), то для движения ПА без опрокидывания необ- ходимо выполнение условий: tg. . B/2H; (6.62) ../2BHRg, (6.63) которые получены соответственно из формул (6.57) и (6.58). Отношение К=В/2 Н (6.64) называют коэффициентом устойчивости автомобиля против опрокиды- вания. Для определения К автомобиль устанавливают на наклонную плат- форму (см. рис. 6.10, б), замеряют угол ., при котором произошла разгруз- ка колес одной стороны автомобиля, и затем по формуле (6.63) определяют численное значение K. Неравенства (6.58) и (6.59) составлены без учета деформации шин, подвески и кузова АТС, поэтому значения К, вычисленные по эксперимен- тальному значению ., на 10 – 15 % меньше, чем определенные по формуле (6.64). При определении коэффициента К пожарных автоцистерн необхо- димо учитывать также уменьшение К из-за смещения центра масс жидко- сти относительно цистерны при частичном ее заполнении. Если масса жидкости составляет не более 30 % от общей массы ПА, то уменьшение коэффициента К не превышает 5 – 7 % и определить его экспериментально сложно. Поэтому для оценки эффективности мероприятий по обеспечению безопасности движения пожарных автоцистерн необходимо использовать другие виды испытаний на устойчивость управления АТС. Такими видами испытаний являются «поворот» и «переставка» (рис. 6.12). При испытании «поворот» водитель ПА постепенно, от заезда к заез- ду, увеличивает скорость движения по прямой 1–2 (рис.6.12, а). На участке 2–3 водитель должен, не снижая скорости, пройти дугу поворота радиусом R = 30 – 60 м. При испытании фиксируется скорость, при которой на уча- стке 2–3 происходит или отрыв колес одной стороны ПА от дороги, или занос, или выход ПА из коридора безопасности (под коридором безопас- ности понимается ширина разметки проезжей части дороги на повороте 30 – 60 м). .v Рис. 6.12. Определение предельной скорости пожарного автомобиля: а – на повороте; б – при смене полосы движения (обгоне); 1–2 – прямолинейное движение с – v-const; 2–3 – переходной участок; 3–4 – движение с постоянной скоростью и углом поворота управляемых колес При испытании «переставка» имитируется обгон или объезд ПА вне- запного препятствия. Испытания проводятся аналогично испытанию «по- ворот», но на участке с иной разметкой (рис. 6.12, б). Испытание при длине «переставки» Lп=12 м имитирует обгон в городских условиях движения, Lп=20 м при движении за городом. Испытания «поворот» и «переставка» проводятся на специально обо- рудованных площадках автомобильных полигонов водителями, прошед- шими курс специальной подготовки. Устойчивость ПА против заноса. Занос ПА может произойти из-за действия поперечной составляющей силы веса (Gg). при движении по ко- согору или из-за действия силы инерции Рj при движении на повороте. Занос колеса ПА наступает при невыполнении неравенства (6.63). Ес- ли Рк=Хn=0, то, чтобы избежать бокового скольжения колес по косогору и при повороте, необходимо выполнение соответственно двух условий: (Gg) . . . (Gg)n; (6.65) Рj . . G. (6.66) После преобразований формул (6.65) и (6.66) с учетом формул (6.59), (6.60) и (6.61) условия движения без заноса записываются в виде 3 4 3 2 2 4 1 _v _v _v _v а б g...; (6.67) ..Rg. (6.68) Сравнение формул (6.62) и (6.67) и формул (6.63) и (6.68) позволяет заключить, что в большинстве случаев занос ПА будет предшествовать его опрокидыванию (. < K). Следовательно, опрокидывание ПА в реальных условиях может произойти при углах косогора и скоростях меньших, чем определенных экспериментально на стенде опрокидывания и при испыта- ниях «поворот» и «переставка». Поэтому угол косогора, который разреша- ется преодолевать ПА, уменьшается вдвое, т. е. [.] < 0,5.. При наличии продольной силы Xn (см. рис. 6.2) вероятность бокового скольжения колеса увеличивается, так как часть силы сцепления Р.n ис- пользована силой тяги Рк или торможения Рт колеса. Поэтому при движе- нии в режиме, предшествующем буксованию ведущих колес или блоки- ровке колес при торможении, достаточно незначительной боковой силы для потери поперечной устойчивости ПА. Так как у большинства ПА ве- дущими являются колеса задней оси, то для устранения заноса заднего моста ПА при повороте или торможении необходимо уменьшить касатель- ную реакцию Хп на ведущих колесах, отпустив педаль подачи топлива или прекратив торможение, и повернуть колеса в сторону начавшегося заноса. Вся сила сцепления Р.n будет реализовываться для предотвращения боко- вого скольжения Yn – занос прекратится. Сразу же после прекращения за- носа управляемые колеса следует повернуть в нейтральное положение. Потеря устойчивости управления в результате отклонения от траекто- рии движения (см. рис. 6.11, а) наблюдается, как правило, при движении ПА со скоростью, близкой к vmax. Предельной скоростью [vт] по траектор- ной устойчивости управления считается скорость, после превышения ко- торой водитель не может на прямой дороге обеспечить движение ПА в ко- ридоре безопасности (внутри разметки на дороге полосы движения). На дорогах с ровным асфальтобетонным покрытием конструкция всех ис- правных ПА обеспечивает vmах < [vт]. Появление [vт] < vmax возможно толь- ко у технически неисправных ПА или у пожарных автоцистерн с частич- ным заполнением цистерны. Основные причины уменьшения [vт]: непра- вильная установка управляемых колес ПА, дисбаланс (неуравновешен- ность) управляемых колес, незначительный разворот одной оси ПА из-за «проседания» рессор с одной стороны автомобиля, различие между давле- ниями шин колес одной оси (уменьшение давления в шине меньше номи- нального). Потеря устойчивости управления в результате отклонения от курса (направления) движения (рис. 6.12, б) наблюдается при движении со ско- .v ростью, близкой к vmax, и при торможении. Предельной скоростью [vк] по курсовой устойчивости управления считается скорость, после превышения которой водитель не может обеспечить движение ПА в коридоре безопас- ности. С увеличением длины ПА требования к курсовой устойчивости управления ужесточаются, так как выход части автомобиля за пределы ко- ридора безопасности появляется при меньших углах отклонения от курса. Причины ухудшения курсовой устойчивости управления при движении по прямой ровной дороге те же, что и для [vт]. Основное внимание при обес- печении курсовой устойчивости управления необходимо уделять исправ- ности тормозной системы. При скорости [vк] на торможение ПА оказывает влияние соотношение между тормозными усилиями колес и последовательностью срабатывания тормозов. Тормозные усилия колес одной оси ПА должны быть равны, их срабатывание должно быть одновременным. Раннее включение тормозов передней оси ПА позволяет уменьшить Sт из-за лучшего использования максимальной силы сцепления при увеличении нагрузки на передние колеса при торможении, но уменьшает [vк], т. е. увеличивает вероятность заноса задней оси, особенно на дорогах с малым коэффициентом сцепления .. Обеспечение [vт] > vmax и [vк] > vmax при эксплуатации ПА зависит от систематического контроля за техническим состоянием шин, ходовой час- ти и рулевого управления. 6.3. Проходимость и маневренность пожарного автомобиля Проходимость – способность ПА двигаться по заснеженным, мок- рым и плохим (разбитым, размокшим) дорогам, бездорожью и преодоле- вать естественные (подъемы, спуски, косогоры) или искусственные пре- пятствия без вспомогательных средств. Маневренность – способность ПА поворачиваться (маневриро- вать) на минимальной площади. Единого показателя, характеризующего проходимость и маневрен- ность ПА, не существует. Проходимость и маневренность ПА зависит от его геометрических размеров и опорно-тяговых свойств, а также от конст- рукции трансмиссии (дифференциала, коро |
|