Тема 10. Стійкість автоцистерн
10.1 Визначення стійкості автоцистерни при русі
Ймовірність бічного перекидання автоцистерни залежить від відношення ширини колії транспортної бази і висоти центру тяжіння, Вона оцінюється коефіцієнтом поперечної стійкості проти перекидання о, рівним тангенсу граничного кута нахилу (рис. 10.1). Перекидання станеться, якщо проекція точки центру тяжіння буде за межею опорної площі.
Рисунок 10.1 - Схема для визначення кута стійкості.
,
(10.1)
де α - кут перекидання, град.;
В - ширина колії, м;
Zо - висота центру тяжіння автоцистерни, м.
Висота центру тяжіння не є точним геометричним показником, вона приймається для розрахунку з врахуванням бічного крену, що виникає в результаті пружних властивостей підвіски і шин транспортної бази.
Втрату поперечної стійкості автоцистерни в русі визначають за поперечним прискоренням в центрі тяжіння:
,
(10.2)
тобто, кут статичної стійкості може бути прийнятий як параметр, що характеризує динамічну стійкість автоцистерни, її здатність протистояти перекиданню.
Для сучасних вантажних автомобілів, що використовуються як транспортна база для автоцистерн, an = 0,4…0,56 м/с2 при русі по радіусі R = 25 м з швидкістю υ = 42...50 км/год., а ηо = 0,6...0,9.
Поперечне перевертання автомобiлiв-цистерн може вiдбутися при частковому заповненнi цистерн. На рис. 9.1 показано причину змiни висоти центра ваги транспортного засобу пiд час руху йоrо на поворотi.
Рисунок 10.2 – 3мінa висоти центра ваги АТЗ i плеча В/2 при неповному завантаженнi автомобiля-цистерни, який здiйснює лiвий поворот.
Вплив ступеня заповнення цистерни цилiндричної форми на поперечну стiйкiсть автомобiля пiд час його руху з постiйною швидкiстю по колу показано на рис. 9.1.
Тут наведенi результати експериментiв для цистерни без вертикальних перегородок (1) та з трьома вертикально розмiщеними перегородками (2).
Рисунок 10.3 - Залежнiсть коефiцiєнта поперечної стiйкостi вiд ступеня заповнення прямокутної цистерни:
1 - без перегородок;
2 - за наявностi трьох вертикальних повздовжнiх перегородок.
Зменшення ступеня заповнення цистерни вiд 100% до 20 % призводить до зниження коефiцiєнта поперечної стiйкостi. За наявностi вертикальних перегородок зi зменшенням ступеня заповнення цистерни коефiцiент збiльшується.
10.2 Визначення стійкості автоцистерни при дії бокового тиску
Умовою стійкості при дії бокового тиску є рівність моментів: перевертаючого Мперев. і моменту стійкості Мст.
Перевертаючий момент (Н·м) визначають за формулою:
,
(10.3)
де Рб - тиск на бічну поверхню, Па;
Sб - площа бічної поверхні, м²;
hприв - висота приведеного центру тяжіння площі бічної поверхні, м.
Момент стійкості (Н·м) автоцистерни визначається шириною колії транспортної бази і його повною масою:
,
(10.4)
де mц і mnp - маса цистерни і маса продукту, кг
Допустимою вважається умова, коли автоцистерна зберігає стійкість при Pб = 0,03 МПа.
Однією з головних причин частого поперечного перекидання автомобілів-цистерн в порівнянні з іншими автомобілями являється переміщення рідкого вантажу в цистерні при частковому її заповненні. Переміщення рідини залежить від форми цистерни, наявності обладнання і перегородок (хвилерізів) всередині цистерни, характеристик рідини і шасі, характеру руху автомобіля і інших чинників.
Дослідження показують, що найсуттєвіше під впливом переміщення рідини знижується стійкість прямокутних цистерн. У меншій мірі знижується стійкість круглих і еліптичних цистерн. Максимальне зниження стійкості автоцистерн відбувається при збігу частот збурень при маневрах і власних поперечних коливань рідини в цистернах (ефект резонансу).
Найбільш ефективним конструктивним рішенням, спрямованим на підвищення поперечної стійкості автоцистерн, являється встановлення вертикальних перегородок всередині цистерн.
Розрахунок поперечної стійкості проти перекидання автомобілів-цистерн здійснюють при повному заповненні цистерн. Для обліку зниження поперечної стійкості автомобіля при переміщенні і динамічних ударах рідини у разі часткового заповнення цистерни допустимий коефіцієнт поперечної стійкості збільшують на 20%.