Лабораторная работа №3 «Аналитическое определение центра тяжести автомобиля»

Цель работы:

Установить влияние нагрузки на положение центра тяжести автомобиля и коэффициент сцепной массы автомобиля.

Содержание работы:

Изучить теоретические положения по определению предельных параметров дорожных автомобилей.

В результате выполнения лабораторной работы предусматривается определение следующих геометрических параметров расположения центра тяжести автомобиля:

1. положение центра тяжести автомобиля без нагрузки;

2. положение центра тяжести автомобиля при различной величине нагрузки;

3. определить коэффициент сцепной массы автомобиля без нагрузки;

4. определить коэффициент сцепной массы автомобиля;

5) при обработке полученных данных установить:

- влияние нагрузки на коэффициент сцепной массы автомобиля;

- влияние нагрузки на положение центра тяжести автомобиля.

1. Теоретические положения по определению предельных параметров дорожных автомобилей

Автомобили, эксплуатируемые на дорогах общего пользования, должны отвечать ряду требований, которые устанавливают отраслевые (ОСТ), государственные (ГОСТ) и международные стандарты, Правила и Директивы, а также другие нормативные документы.

К числу основных параметров АТС, которые регламентируются указанными документами, прежде всего, относятся:

- габаритные размеры;

- осевые нагрузки;

- полная масса.

В настоящее время предельные значения указанных параметров дорожных автомобилей определяет «Инструкция по перевозке крупногабаритных и тяжеловесных грузов автомобильным транспортом Российской Федерации», которая вступила в силу с 1 сентября 1996 года.

Согласно «Инструкции…» все дорожные автомобили в зависимости от осевой массы (т.е. массы, приходящейся на ось) подразделяются на две группы: А и Б.

К группе А относятся АТС с предельной осевой массой наиболее нагруженной оси свыше 6 т до 10 т включительно, предназначенные для эксплуатации на дорогах 1-3 категории, а также на дорогах 4 категории, одежды которых построены или усилены под осевую массу 10 т.

Группу Б составляют АТС с осевыми массами наиболее нагруженной

оси до 6 т включительно, предназначенные для эксплуатации на всех дорогах России (табл. 3.1.).

Таблица 3.1

Предельная осевая масса на каждую ось двухосных АТС

и двухосных тележек, тонн

Расстояния между осями, м	Группа
	А	Б
Свыше 2,00	10,0	6,0
Свыше 1,65 до 2,00 включительно	9,0	5,7
Свыше 1,35 до 1,65 включительно	8,0	5,5
Свыше 1,00 до 1,35 включительно	7,0	5,0
До 1,00	6,0	4,5

Полная масса и габариты дорожных АТС не должны превышать значений. приведенных в таблице 3.2. и 3.3.

Таблица 3.2

Предельные полные массы дорожных АТС, тонн

Виды АТС	Число осей	Группы		Расстояние между крайними осями АТС группы А не менее, м
		А	Б
Одиночные автомобили	Две	18	12	3,0
	Три	25	16,5	4,5
Седельные автопоезда	Две	30	22	7,5
	Три	28	18	8,0
	Четыре	36	23	11,2
	Пять и более	38	28,5	12,2
Прицепные автопоезда	Три	28	18	10,0
	Четыре	36	24	11,2
	Пять и более	38	28,5	12,2
Двухзвенные сочлененные автобусы		28	-	10,0

Допускается увеличение осевой массы:

а) у городских и пригородных двухосных автобусов при расстоянии между осями свыше 2,0 метров:

- для группы А - до 11,5 тонн;

- для группы Б - до 7 тонн.

б) у АТС группы А при расстоянии между осями двухосной тележки свыше 1,35 до 1,65 метра включительно - до 9 тонн, если осевая масса, приходящаяся на смежную ось, не превышает 6.0 тонн.

в) для контейнеровозов - 9.0 м.

Таблица 3.3

Предельные габариты дорожных АТС

Параметры АТС	Россия	Зарубежные аналоги
Ширина, м	2,5	2,5-2,6
Высота, м	4,0	3,8-4,0
Длина, м
- одиночные АТС	12,0	11,0-12,4
- двухзвенные автопоезда	20,0	15-24
- двухзвенные сочлененные автобусы	18,0	15-20

для рефрижераторов и изотермических фургонов ширина - 2,6 м

Ограничения осевых нагрузок и полной массы автотранспортных средств обусловлены тем, что многократные динамические воздействия колес на дорогу приводят к накоплению пластических деформаций в дорожной одежде, нарушению внутренних связей между ее слоями и ее постепенному разрушению.

Чем больше масса АТС и осевая нагрузка, тем больше величина динамических нагрузок и меньше срок службы дороги и инженерных сооружений (мостов, эстакад, путепроводов).

Регламентация предельно допустимых габаритных размеров АТС направлена, прежде всего, на обеспечение безопасности дорожного движения.

Так, например, ограничение длины и ширины автомобилей и автопоездов имеет целью облегчение их обгонов по параллельной полосе движения.

Ограничение высоты необходимо для беспрепятственного проезда автомобилей под мостами, путепроводами, арками зданий, линиями электропередач.

АТС, у которых полная масса (с грузом или без груза), осевая нагрузка или габариты превышают значения, указанные в таблицах 1-3. относятся к внедорожным АТС.

Движение таких АТС по дорогам осуществляется только по специальному разрешению.

В странах Европейского Союза (ЕС) предельные значения параметров дорожных АТС регламентируют Директивы ЕС 85/3, 86/360. 88/212. 89/338 и другие (таблица 4...6).

При этом предельные осевые нагрузки для одиночной оси установлены в зависимости от ее типа и количества колес:

Таблица 3.4

Предельные габариты дорожных АТС

Параметры АТС	Значения
Ширина, м для рефрижераторов и изотермических фургонов	2,55 2,6
Высота, м	4,0
Длина, м: - одиночные АТС - седельные автопоезда - седельные автопоезда с низким центром тяжести - автопоезда с одним прицепом - автопоезда с двумя прицепами	12 16,5 18 18,75 25,9

Таблица 3.5

Предельные полные массы АТС, тонн

Вид АТС	Количество осей	Значения
Одиночные автомобили	Две	18
	Три	25,0/26,0*
	Четыре	32,0
Седельные автопоезда	Три	28,0
	Четыре	36,0/38,0*
	Пять	40,0
	Шесть	44,0**
Прицепные автопоезда	Четыре	36,0

* – при наличии двойных шин и пневматической подвески

** – зарезервировано для комбинированных контейнеров ISO длиной 12 метров.

Таблица 3.6

Предельные нагрузки на тележку АТС, кН

Тип тележки	Расстояние между осями, м	Значения
2-х-осная с близко расположенными осями	1,02-1,05	162,6
	1,05-1,20	172,8
	1,20-1,35	183,0
	1,35-1,50	188,0
	1,50-1,80	193,2
	1,80-1,85	200,0
	1,85-2,50	203,4
3-х-осная	Менее 3,0	182,9
	3,0-3,9	203,3
	3,9-4,6	223,6
	4,6 и более	243,9

115 кН- для ведущей оси со сдвоенными колесами:

101,7 кН - для не ведущей оси со сдвоенными колесами;

92 кН - для ведущей оси с одинарными колесами;

71.2 кН - для одинарной оси с управляемыми колесами.

Для тележек АТС предельные нагрузки на них устанавливается в зависимости от расстояния между смежными осями (табл. 6).

Важное значение для эксплуатации автомобилей имеет не толь­ко распределение масс и нагрузки по осям, но и положение центра масс относительно осей и поверхности дороги.

Расстояния от центра масс самого автомобиля соответственно до переднего (а₀) и заднего (b₀) моста (тележки) можно опреде­лить по формулам:

, (3.1.)

, (3.2.)

где: L - база автомобиля;

М₀ – масса автомобиля без груза, тонн;

М₀₂ и М₀₁- собственная масса автомобиля, приходящаяся соот­ветственно на передней и заднюю оси, тонн.

У загруженного автомобиля положение центра масс отличается от незагруженного (порожнего). Его координаты можно найти по формулам:

, (3.3.)

_, (3.4.)

Как видно из формул (3.3.) и (3.4.). значение а и в зависит не только от положения центра масс самого автомобиля (а_о), ко и от массы (М_гр) и расположения (b_гр) груза (рис.3.1.).

Высота центра тяжести (центра масс) автомобиля в загружен­ном состоянии (h_цт) превышает высоту центра масс самого автомо­биля (h_о) и может быть найдена по формуле (3.5.)

(3.5.)

Значение h_о ориентировочно составляет:

h₀ = 0,50...0,60 метра - у легковых автомобилей;

h₀ = 0,65...1,00 метр - у автобусов;

h₀ = 0,75... 1,05 м - у грузовых автомобилей.

При эксплуатации автомобилей особую роль играет так называ­емая сцепная масса (Мφ), т.е. масса, приходящаяся на ведущие ко­леса.

Отношение сцепной массы (Мφ) к общей массе (Ма) автомобиля показывает долю нагрузки, приходящуюся на ведущие колеса, и на­зывается коэффициентом сцепной массы (Кφ).

Для заднеприводного автомобиля значение Кφ можно определить по формуле

(3.6.)

Для отечественных грузовых автомобилей коэффициент сцепной массы при полной загрузке находится в пределах 0,62... 0,75, а при незагруженном состоянии в 1.5 - 2 раза меньше: 0,35...0,55.

Значение коэффициента сцепной массы (Кφ) для переднеприводного автомобиля находится аналогично:

(3.7.)

Значение коэффициента сцепной массы для полноприводных автомобилей находится как сумма двух коэффициентов:

(3.8.)