3.Расчет параметров безопасности автомобилей, тракторов и машинно-тракторных агрегатов

Устойчивостью называют способность транспортного средства сохранять направление движения и противостоять действию внешних сил, стремящихся вызвать занос или опрокидывание. Различают продольную и поперечную устойчивость машин и агрегатов.

Критерием продольной устойчивости служат предельные значения углов подъема ап и уклона ау.

Угол подъема, при котором возникает вероятность опрокидывания (рис. 1), град,

где а — продольная координата центра тяжести машины, м; hц — высота расположения центра тяжести машины над поверхностью дороги, м.

Рис. 1. Схема сил, действующих на колесный трактор, стоящий на предельном подъеме:

у' и у"— нормальная реакция дороги на колеса, расположенные в нижней и верхней частях уклона; G —сила тяжести трактора; Pтор— тормозная сила

Предельный угол уклона колесных машин, град,

где L – продольная база машины, м.

Для гусеничных тракторов:

при подъеме

при уклоне

Для тракторов с балансирной подвеской продольную базу машины рассматривают как продольную базу балансирных кареток.

Предельные углы подъема для колесных тракторов 35...40°, а уклона — около 60°. Примерно в этих же пределах находятся рассматриваемые углы для грузовых автомобилей, работающих с установленной для них номинальной грузоподъемностью при равномерном распределении груза по платформе; без груза ап = ау = 60°. Для гусеничных тракторов с полужесткой подвеской эти углы 35...40°, а с балансирной подвеской несколько меньше. Для самоходных шасси общего назначения без навесных машин ап = 20...25°, ау > 60°. Центр тяжести легковых автомобилей находится приблизительно посередине продольной базы, поэтому у них значения предельных углов подъема и уклона почти одинаковы, в большинстве случаев они не меньше 60°.

Для транспортных агрегатов наиболее опасно поперечное опрокидывание. Поперечную устойчивость определяют статическим углом Ро уклона, при котором машина стоит, не опрокидываясь и не сползая. Тогда

где B - ширина колеи транспортного средства, м.

Для гусеничных тракторов

где b – ширина гусеницы.

Для тракторов с четырьмя колесами βо = 40...50°. Приблизительно такими же значениями статического угла уклона характеризуют поперечную устойчивость гусеничных тракторов. Для тракторов трехколесного типа βо = 30...35°, для грузовых автомобилей при полной нагрузке, равномерно распределенной по платформе, βо = 29...40°. В легковых автомобилях hц≤0,5В, поэтому для них βо ≥ 45° (обычно 45...50°). Для автобусов βо = 27...33°.

Статический угол поперечного уклона, при котором возможно сползание машины, определяют из уравнения

где - коэффициент сцепления с дорогой в боковом направлении, зависит от механических свойств дороги и конструкции движителя; в расчетах фсц принимают равным среднему значению коэффициента сцепления ф (табл.1 и 2).

Таблица 1. Коэффициенты сопротивления качению / и сцепления ф тракторов в зависимости от вида дороги

Таблица 2. Коэффициенты сопротивления качению f и сцепления ( автомобилей в зависимости от виза дороги

На боковую устойчивость влияют динамические явления, возникающие от неровностей дороги, которые интенсивнее проявляются при увеличении скорости движения. Поэтому угол рд, определяющий динамическую боковую устойчивость машин, всегда меньше статического угла поперечного уклона:

Опрокидывание транспортного средства возможно не только при работе на склонах, но и на горизонтальном участке пути от действия центробежных сил на повороте. Критическая скорость, м/с, при которой возможно опрокидывание при повороте,

где g — ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2); R —радиус поворота, м.

Степень опасности травмирования людей при эксплуатации транспортных средств во многом зависит от эффективности тормозных устройств. Полное время аварийной остановки движущейся машины или агрегата, с,

где t1 — время реакции водителя (с момента обнаружения препятствия до начала воздействия на рычаг или педаль управления тормозом); зависит от индивидуальных особенностей водителя, его возраста, рабочего стажа и т. п. (t1 = 0,2...1,5 с). В расчетах обычно принимают t1 = 0,8 с; t2 — время срабатывания тормозов от начала нажатия на педаль до возникновения замедления (за это время происходит перемещение всех деталей привода), с. Оно зависит от конструкции привода; t3 — время постепенного увеличения замедления от нуля (начало действия тормозов) до максимального значения, с; t4 — минимальное время торможения, с.

Тогда

где v0 — скорость в момент начала торможения, м/с; — коэффициент сцепления шин с поверхностью дороги (см. табл..1 и 2).

Из перечисленных параметров определяют лишь /4, а все остальные устанавливают экспериментальным путем.

Сумму часто называют временем срабатывания тормозной системы. Оно зависит от конструкции привода и его состояния. В среднем для тормозной системы с гидроприводом принимают tcp = 0,2 с; с механическим — 0,3, с пневматическим — 0,5...0,7 с в зависимости от длины воздухопроводов. Для автопоезда с пневматическим приводом тормозов вследствие большой длины воздухопроводов (до 24 м и более) /ср может доходить до 2 с.

Эффективность торможения мобильных машин оценивают по остановочному пути, который пройдет машина с момента обнаружения препятствия до момента ее остановки, м,

где ку — коэффициент эксплуатационных условий торможения, учитывающий нарушение регулировок тормозов, их загрязнение (для легковых автомобилей ку= 1,2; для грузовых автомобилей и автобусов ку= 1,4...1,6).

Если трактор или автомобиль буксирует прицеп, не имеющий тормозов на колесах, то остановочный путь, м,

где и – масса автомобиля (трактора) и прицепа, кг.