1299

Из курса термодинамики известно

где 3,6-HF — число джоулей, эквивалентное работе, равной 1 кВт-ч; Ян— низшая теплотворность топлива, Дж/ч; т]в— коэффициент полезного действия двигателя.

Расход топлива при построении графика экономических харак­ теристик принято выражать в литрах на 100 км пути. В этом случае, учитывая выражения (3.40) и (3.42), расход топлива (в л /100 км) будет составлять

На рис. 3.17 приведены экономические характеристики некото­ рых советских автомобилей при движении с постоянной скоростью на прямой передаче с полностью открытой дроссельной заслонкой по ровным горизонтальным участкам дороги с усовершенствован­ ными покрытиями.

61

I передача.

Расход топлива при движении автомобиля по заданному участ­ ку дороги может быть определен с использованием графиков дина­ мических и экономических характеристик при помощи построения, показанного на рис. 3.18. Вначале должны быть определены ско­ рости движения на отдельных участках. Для этого предварительно анализируют продольный профиль дороги, определяют протяжен­ ность участков, /ь h , ..., In с равными дорожными сопротивлениями, которые м.огут быть пройдены на тех или иных передачах.

Для этих участков строят график дорожных сопротивлений, откладывая значения )= /+ / для условий движения с постоянными скоростями и ф = /- И + / для участков разгона и замедления. Затем находят по графикам динамических характеристик соответствую­ щие скорости движения автомобилей.

В результаты расчетов вводят поправки на действительные условия -движения, в частности ограничение скорости в отдельных местах правилами движения. Для участков, на которых происхо­ дят изменения скорости, принимают ее среднее значение. Затем по скоростям и значениям дорожных сопротивлений, используя построенные под осью скоростей графики экономических харак­ теристик, определяют соответствующие каждому участку расходы топлива Q1loo (в л /100 км) и на проезд каждого участка

€2

Проектируя обе силы на нап­ равление поперечного уклона проезжей части автомобильной дороги, получаем

где Y — результативная сила, стремя­ щаяся сдвинуть автомобиль с дороги, называемая поперечной силой.

Поделив все члены предыдущего уравнения на вес автомобиля, получим

Отношение Y/G, обозначаемое р, принято называть коэффи­ циентом поперечной силы. Задаваясь допустимыми значениями коэффициента поперечной силы, можно определить радиус кру­ говых кривых

Для практического использования этого выражения необходи­ мо нормировать допустимое значение коэффициента поперечной

чшлы р.

Детальный анализ устойчивости и управляемости автомобилей при движении по криволинейной траектории дается в курсе «Тео­ рия автомобиля».

4.2. Коэффициент поперечной силы

Действующая на автомобиль при проезде по кривой малого радиуса поперечная сила оказывает на него ряд воздействий — стремится сместить его с дороги или опрокинуть, затрудняет уп­ равление,. снижает комфортабельность поездки, а также, созда­ вая дополнительное сопротивление движению, увеличивает рас-

434

При этом используется отмеченное выше (см. п. 3.3) обстоя­ тельство. Сопротивление шины заторможенного колеса сдвигу практически не зависит от угла, составляемого направлением равнодействующей с плоскостью движения колеса.

Под воздействием центробежной силы нагрузка между коле­ сами перераспределяется. При большом значении поперечной силы тяговое усилие на менее нагруженном внутреннем колесе может превысить силу сцепления и вызвать буксование колеса и занос автомобиля. Критическим для устойчивости автомобиля является случай интенсивного торможения с блокировкой колеса на кри­ вой, когда работа сил трения шины и дороги почти полностью используется на погашение кинетической энергии поступательного движения автомобиля и лишь малая ее доля остается на сопро­ тивление смещению автомобиля вбок.

Составляющие коэффициента продольного сцепления фПр в про­ дольном фх и поперечном фп направлениях связаны зависимостью

Для устойчивости автомобиля на кривой против заноса необ­ ходимо, чтобы соблюдалось условие <рпб>У. Отсюда вытекает требование, чтобы <рц>У7С=р, т. е. коэффициент поперечной силы ц не должен превышать остающейся части общего коэффициента сцепления <рн, сопротивляющейся смещению шины вбок. Чем большая часть cpi общего коэффициента сцепления используется для преодоления продольного уклона при торможении автомобиля, тем меньшая часть его поперечной составляющей <рц остается для сопротивления сдвигу автомобиля на кривой.

В СССР считают, что используемая часть коэффициента про­ дольного сцепления в продольном направлении <pi должна состав­ лять не менее 0,7—0,8 от его полного значения <рпр. В этом слу­ чае соответственно коэффициент ери равен 0,7 <рП или 0,6 <рпр.

Для устойчивости автомобиля при движении по кривой без торможения необходимо, чтобы коэффициент поперечной силы был меньше коэффициента поперечного сцепления р<фпоп.

Устойчивость автомобиля против опрокидывания обеспечи­ вается превышением удерживающего момента над опрокидываю­ щим (см. рис. 4.1).

Составляя уравнение моментов сил, действующих на автомо­ биль, относительно оси, проходящей через центры площадей кон­ тактов внешних колес, получаем

Yh = mg (b/2 — А),

откуда

■‘- ^ г = ^ Г < ‘ - 24)- (4в>

Вэтом выражении учитывается, что из-за деформации рессор

иэластичности шин центр тяжести автомобиля смещается в попе­ речном направлении на некоторую величину Л. На основе опытов боковое смещение А можно принять равным примерно 0,2 Ь. От­

ношение Ъ/Н для современных легковых автомобилей колеблется от 1,8 до 2,5, для грузовых — от 2 до 3 и для автобусов — от 1,7 до 2,2, а высоты центра тяжести над поверхностью дороги 0,45— 0,6 м для легковых автомобилей, 0,65—1 м для грузовых и 0,7— 1,2 м для автобусов. Принимая наиболее невыгодные значения h и b/h, получаем, что для устойчивости автомобиля против опроки­ дывания необходимо, чтобы коэффициент поперечной силы не пре­ вышал 0,6.

В нормальных условиях эксплуатации автомобилей и при обыч­ ных скоростях движения коэффициент поперечной силы не дости­ гает этого значения. Случаи опрокидывания обычно бывают свя­ заны с наездом колеса автомобиля на препятствие при заносе.

Удобство проезда кривой обеспечивается тем, что действую­ щая на водителя и пассажиров центробежная сила, наклоняю­

66

щая их вбок, не превысит значения, при котором проезд по кривой становится неприятным.

Данные опытов показывают, что при коэффициенте поперечной силы р=0,1 пассажир, не глядящий на дорогу, не может разли­ чить, движется ли автомобиль по кривой или на прямом участке дороги. При р=0,15 движение по кривой ощущается слабо, а при р=0,2, ясно ощущая движение, пассажир уже испытывает легкое неудобство. При р=0,3 въезд с прямого участка на кривую ощу­ щается как толчок, наклоняющий пассажира вбок. Потому счи­ тают, что для обеспечения удобства проезда по дороге для пас­ сажиров коэффициент поперечной силы р, на кривых не должен превышать 0,15, а в сложных условиях — 0,2.

Экономичность автомобильных перевозок на криволинейных участках связана с возникающим дополнительным сопротивлением движению из-за явления бокового увода шин. Поперечная сила вызывает боковую деформацию шин, в результате которой форма площадки контакта шины с покрытием изменяется, а ее продоль­ ная ось образует некоторый угол по отношению к направлению движения (явление бокового увода). Колесо, оставаясь в той же вертикальной плоскости, начинает смещаться по этому направле­ нию (рис. 4.3). Водитель должен компенсировать боковой увод соответствующим поворотом передних колес под углом к движе­ нию.

Экспериментальные исследования показали, что при углах бо­ кового увода, меньших 3—4° для шин легковых автомобилей и 4—5° для шин грузовых автомобилей, значение угла пропорцио­ нально боковой силе, приложенной перпендикулярно к плоскости качения колеса:

щий от упругости пневматической шины в поперечном направлении. Для шин легковых автомобилей Куп равен от 15 до 40 Н/рад, для шин грузовых авто­ мобилей — от 30 до 100 Н/рад.

С увеличением угла бокового увода возрастает затрата мощ­ ности двигателя на качение колеса и резко повышается износ шин. Опытные данные показывают, что если даже поперечная сила ограничена значением, при котором угол увода не превы­ шает 1°, износ шин увеличивается в 5 раз. При этом из-за возрас­ тания сопротивления движению дополнительные затраты мощности двигателя достигают 15%, что сопряжено с повышением расхода топлива.

Этим условиям для современных легковых автомобилей соот­ ветствует коэффициент поперечной силы, примерно равный

,х = Y / G = i K r J G « 0,1.

Таким образом, чтобы криволинейные участки дорог не яв­ лялись причиной существенного повышения себестоимости авто-

а — движение при отсутствии боковой силы; б — движение при наличии боковой силы; в — форма площадей контакта шины с покрытием при отсутствии и при наличии боковой силы; б —гугол бокового увода

мобильных перевозок, необходимо проектировать кривые с радиу­ сами, обеспечивающими при движении автомобилей с расчетной скоростью значения коэффициента поперечной силы, не превы­ шающие 0,1.

4.3. Назначение радиусов кривых в плане

Для безопасности, удобства и экономичности движения с рас­ четными скоростями следует назначать такие радиусы кривых в плане на автомобильных дорогах, при которых по возможности обеспечивается меньшее значение коэффициента поперечной

СИЛЫ (X.

В трудных условиях рельефа или в густонаселенной местно­ сти, когда увеличение радиуса ведет к резкому возрастанию объе­ ма земляных работ или к необходимости сноса ценных строений, приходится допускать меньшие значения радиусов, безусловно, обеспечивающие устойчивость автомобиля против заноса при дви­ жении с расчетной скоростью при благоприятном состоянии до­ роги, но вызывающие снижение удобства и экономичности поль­ зования дорогой на участке кривой.

Поскольку для обеспечения безопасности движения необходи­ мо, чтобы при проезде автомобиля по кривой имелся определен­ ный запас коэффициента сцепления для экстренного торможения, для погашения поперечной силы можно использовать только часть полного сцепления шины с покрытием. Поэтому расчетное значе­ ние коэффициента поперечной силы, назначаемое исходя из ком­ плексного учета требований устойчивости автомобиля, удобства управления, комфортабельности поездок и экономичности пере­ возок, всегда составляет лишь некоторую часть коэффициента продольного сцепления.

В табл. 4.1 сопоставлены установленные в предыдущем пара­ графе допустимые максимальные значения коэффициента попе-

68

речной силы для различных требований устойчивости и исполь­ зования автомобиля.

Расчетным случаем при разработке норм на проектирование дорог в СССР является движение по увлажненному незагряз­ ненному покрытию с коэффициентом продольного сцепления 0,6 Обеспечить движение с высокими скоростями при гололеде или по грязной поверхности покрытия невозможно, так как при ма­ лейшей неточности в регулировке тормозов и в результате влияния поперечного уклона проезжей части и различия в шероховатости покрытия под колесами автомобиля занос может возникнуть даже при торможении на прямом участке.

При относительно благоприятных условиях местности для расчетов наименьшего радиуса целесообразно ориентироваться на значения р = 0,05-^0,1, принимая его тем меньшим, чем выше расчетные скорости движения. В СНиП 2.05.02-85 при определе­ нии минимальных радиусов принято р,= 0,12 для расчетных ско­ ростей 150 р 120 км/ч и ц=0,18 для скорости 60 км/ч.

Отечественные нормы на проектирование автомобильных до­ рог устанавливают следующие значения допустимых в трудных

Если дорогу строят в открытой равнинной местности, увели­ чение радиуса сокращает ее длину и уменьшает строительные и транспортные издержки. Поэтому в благоприятных для проложе-

69

Изолюксы

Рис. 4.4. Освещенность дороги светом фар:

В — ширина земляного полотна

ния трассы условиях рекомендуется на дорогах всех категории назначать возможно большие радиусы кривых, не менее 3000 м, условия движения по которым практически не отличаются от условий на прямых участках.

На кривых малых радиусов часто не бывает обеспечена безо­ пасность движения с расчетной скоростью в ночное время, по­ скольку участок дороги, освещенный фарами, оказывается меньше

70