13.2. 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 α_п и уклона α_у.

Угол подъема, при котором возникает вероятность опрокидывания (рис. 13.1), град,

tg α_п = a/h_ц,

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

Рис. 13.1. 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; Р_тор — тормозная сила

Предельный угол уклона колесных машин, град,

tg α_у = (L - a)/h_ц,

где L — продольная база машины, м.

Для гусеничных тракторов:

при подъеме

tg α_п = (0,5L + a)/h_ц;

при уклоне

tg α_y=(0,5L-a)/h_ц.

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 α_п = α_у = 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 α_п = 20...25°, α_у > 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

tg β₀ = 0,5B/h_ц,

где В — ширина колеи транспортного средства, м.

Для гусеничных тракторов

tgβ₀ = 0,5(B + b)/h_ц;

где b — ширина гусеницы.

Для тракторов с четырьмя колесами β₀ = 40...50°. Приблизительно такими же значениями статического угла уклона характеризуют поперечную устойчивость гусеничных тракторов. Для тракторов трехколесного типа β₀ = 30...35°, для грузовых автомобилей при полной нагрузке, равномерно распределенной по платформе, β₀ = 29...40°. В легковых автомобилях h_Ц≤0,5Д поэтому для них β₀ ≥ 45° (обычно 45...50°). Для автобусов β₀ = 27...33°.

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

tg β_с = φ_сц,

где φ_сц — коэффициент сцепления с дорогой в боковом направлении, зависит от механических свойств дороги и конструкции движителя; в расчетах φ_сц принимают равным среднему значению коэффициента сцепления φ (табл. 13.1 и 13.2).

13.1. Коэффициенты сопротивления качению f и сцепления φ тракторов в зависимости от вида дороги

Вид дороги	Тракторы на пневматических шинах		Гусеничные тракторы
	f	φ	f	φ
Асфальт	0,02	0,7	—	—
Грунтовая сухая	0,03... 0,05	0,6.. .0,8	0,05.. .0,07	0,09.. .1,10
Целина, плотная залежь	0,05... 0,07	0,7.. .0,9	0,06.. .0,07	1,0.. .1,2
Залежь 2. ..3-летняя, скошенный луг	0,06. ..0,08	0,6. ..0,8	0,06.. .0,07	0,9.. .1,1
Стерня	0,08... 0,10	0,6.. .0,8	0,06.. .0,08	0,8.. .1,0
Вспаханное поле	0,12... 0,18	0,5.. .0,7	0,08. ..0,10	0,6.. .0,8
Поле, подготовленное под посев	0,16... 0,18	0,4.. .0,6	0,09. ..0,12	0,6.. .0,7
Болотно-торфяная целина	—	—	0,11. ..0,14	0,4.. .0,6
Укатанная снежная	0,03... 0,04	0,3. ..0,4	0,06.. .0,07	0,5. ..0,7

13.2. Коэффициенты сопротивления качению f и сцепления φ автомобилей в зависимости от вида дороги

Вид дороги	f	φ
Асфальтированное шоссе	0,015. ..0,02	0,6.. .0,75
Гравийно-щебеночная	0,02. ..0,03	0,5. ..0,65
Булыжная мостовая	0,025. ..0,035	0,4. ..0,5
Сухая грунтовая	0,03. ..0,05	0,5. ..0,7
Грунтовая после дождя	0,05. ..0,15	0,35...0,5
Песчаная	1,1 ...0,3	0,65. ..0,75
Снежная укатанная	0,03. ..0,04	0,30.. .0,35

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:

β_д=(0,4...0,6)β₀.

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,

t = t₁ + t₂ + t₃ + t₄,

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

t₄ = v₀/(35φ),

где V₀ — скорость в момент начала торможения, м/с; φ — коэффициент сцепления шин с поверхностью дороги (см. табл. 13.1 и 13.2).

Из перечисленных параметров определяют лишь t₄, а все остальные устанавливают экспериментальным путем.

Сумму t₂ + t₃ = t_cp часто называют временем срабатывания тормозной системы. Оно зависит от конструкции привода и его состояния. В среднем для тормозной системы с гидроприводом принимают t_ср = 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) t_cp 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,

l₀ = (t₁ + t_ср)

v0

3,6

  +

kyv02

254φ

 

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

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

где G_a и G_п — масса автомобиля (трактора) и прицепа, кг.