3. Устойчивость машины

Устойчивость машины — это способность сохранения ею заданного движения без опрокидывания, сползания и заноса. В этом разделе необходимо определить критические условия эксплуатации машины, при ужесточении которых имеют место вышеперечисленные нежелательные последствия. Устойчивость исследуется по трем основным критериям:

— поперечная устойчивость на дороге с поперечным уклоном;

— поперечная устойчивость на повороте;

— поперечная устойчивость при повороте на дороге с поперечным уклоном (на вираже).

Для проведения расчетов необходимы дополнительные данные: колея машины, высота центра масс, скорость машины на повороте.

3.1. Поперечная устойчивость на дороге с поперечным уклоном.

Из условия равновесия машины относительно оси, проходящей через точки опоры колес:

(19)

где R₁ — сумма реакций на колесах, Н

h_ц.м. — высота центра масс машины, м

B — колея машины, м

Следует учесть, что до начала опрокидывания может начаться скольжении машины. Принимается, что все колеса машины находятся в равных условиях сцепления и боковые реакции y₁ и y₂ распределяются пропорционально весу машины, тогда:

(20)

(21)

следовательно (22)

где  - коэф-т сцепления

Угол опрокидывания машины:

(23)

3.2. Поперечная устойчивость на повороте.

При движении на повороте опрокидывающей является центробежная сила R_цб:

(24)

где V – скорость машины, м/с

g – 9,81 м/с²

R – радиус поворота

Условие равновесия машины относительно оси, проходящей через точки опоры колес:

Рисунок.1. Поперечная устойчивость на дороге с поперечным уклоном.

Рисунок.2. Поперечная устойчивость на повороте.

(25)

Из формул (24) и (25) при R₂=0, что соответствует началу опрокидывания машины, получаем:

(26)

Боковое скольжение начнется в тот момент, когда сумма боковых реакций y₁ +y₂ достигнет силы сцепления , т.е. при

(27)

или (28)

Из формул (28) и (26) следует, что условие скольжения машины перед ее опрокидыванием определяется равенством:

(29)

3.3. Поперечная устойчивость машины при повороте на дороге с поперечным уклоном (на вираже).

В этом случае опрокидывающей силой является . Уравнение моментов по отношению к оси, проходящей через точки опоры верхних колес будет иметь вид:(Рис.3)

(30)

Приравнивая реакцию R₂ к нулю из формул (24) и (30) получим:

(31)

Машина начнет скользить в сторону, когда

(32)

В то же время:

(33)

Решив совместно уравнения (32) и (33), получим:

Рисунок.3. Поперечная устойчивость машины при повороте на дороге с поперечным уклоном (на вираже).

(34)

Чтобы определить, что наступит раньше – скольжение или опрокидывание, необходимо сравнить величины:

(35)

(36)

4. Контроль буксования.

С помощью динамической характеристики автомобиля (Приложения В, Г, Е) необходимо установить режим работы машины, при котором буксование будет отсутствовать. Требуется рассчитать динамический фактор по сцеплению D_сц для различных участков дороги и нанести на рисунке линию буксования как груженой машины D_сц, так и порожней D_о.сц.

Для груженой машины

(37)

Для порожней машины

(38)

где G_сц – сцепной вес машины (Приложение Б).

Вычислив D_сц для различных значений коэффициента сцепления  в зависимости от покрытия дороги (см. табл. 7), и отложив их на оси ординат D, проводят из этих точек прямые, параллельные оси абсцисс. Области, расположенные выше этих прямых, соответствуют буксованию груженой машины и в данных условиях движения не могут быть использованы (см. пример на рис.4).

Аналогично устанавливается область буксования для порожней машины

Вычисляются D_о.сц для различных  и их значения откладываются на шкале D_o.

Полученные точки D_о.сц и D_сц для каждого  соединяют пунктирной прямой и получают, как и для груженой машины, области буксования и нормальной езды.

Рисунок.4. Динамический паспорт автомобиля и области буксования.

5. Производительность машины.

Техническая производительность машины определяется по формуле:

(39)

где Q_a – масса перевозимого груза, кг;

T_pc – продолжительность рейса.

(40)

где (t)_гр и (t)_пор – время движения машины соответственно груженой и порожней по участкам трассы при длине каждого l, м, и соответствующей скорости движения V ;

на каждом участке время движения определяется по формуле:

(41)

а скорость движения V находят по соответствующей динамической характеристике машины (см.п.1.3). Однако, если f - I<0, т.е. требуется применить торможение, необходимо определить скорость торможения по формуле, :

(42)

где S_T – путь торможения, м, определяется по формуле (17) и (18)

К_у.гр и К_у.пор – соответственно коэффициенты, учитывающие время на разгон или торможение при груженом ходе машины или порожнем;

значения К_у находят по графикам (рис.5.1) в зависимости от средней скорости движения груженого хода V_гр и длины трассы L=l, м.

Примечание: точнее коэффициент К_у можно рассчитать по формуле:

(43)

где j – ускорение (замедление), (см.п.1.4)

V – установившаяся скорость в среднем по всей трассе, км/ч, или средняя скорость движения.

L – длинна всей трассы (L=l)

Рисунок.5. График определения коэффициента К_у, учитывающего ускорение и замедление машины.

Для груженого хода средняя скорость движения:

(44)

Для порожнего:

(45)

где (t)_гр и (t)_пор, с., соответственно время движения груженого и порожнего автомобиля.

t_разгр – время разгрузки с учетом маневрирования, с; указывается в характеристике автотранспорта (Табл.8 Приложения).

t_загр – время загрузки, с; вычисляется в соответствии с данными (Табл.8 Приложения)

При расчетах автомобильного транспорта определяют также транспортную работу, выполненную в единицу времени:

(46)

где Q_a – масса перевозимого груза, т

V_cp – средняя скорость движения за время работы на данной трассе,

; (47)

где L – длинна трассы, м;

T_pc – продолжительность рейса, с.