книги из ГПНТБ / Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме

tire and pavement For the reduction of skidding accidents SAE Pre­ prints № 720162,

S p e 1m a n R. H., T a r p i n i a n H. D., J о h n s о n D. E., C a m p b e 11 К. L. SAE Study—wet pavement braking traction, SAE Preprints № 700462.

Experimentelle Untersuchung von Reifen auf nasser Fahrbahn. ASZ № 9,

68

Г л а в а III

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛАСТИЧНОГО КОЛЕСА

ВТОРМОЗНОМ РЕЖИМЕ

§1. Рассеивание энергии при качении колеса

спневматической шиной

Имеющиеся в настоящее время сведения о рабочих процес­ сах колеса с пневматической шиной позволяют, в первом при­ ближении, установить перечень составляющих необратимых затрат энергии, сопровождающих качение колеса, и произвес­ ти их приближенную количественную оценку.

Вобщем случае эти составляющие обусловлены внутрен­ ним и внешним трением во всех элементах реальной конструк­ ции автомобильного колесного движителя, причем внутреннее трение проявляется при деформациях элементов, а внешнее трение— при их взаимном перемещении в местах контакта.

Втаблице 3.1 приведена количественная оценка составля­ ющих энергетического баланса (в %) для колесного движите­ ля в ведомом режиме качения со скоростью 60н-80 км/час. по твердой опорной поверхности.

70

В зависимости от условий качения приведенное соотноше­ ние отдельных составляющих может изменяться в значитель­ ных пределах. Общее рассеивание энергии для рассматривае­ мого режима обычно составляет 15-ь25 кгсм на метр пути и 1000 кгс нагрузки, приходящейся на колесо, что соответст­ вует коэффициенту сопротивления качению, равному 0,015-ь -ь0,025 [7].

Включение тормозного устройства, т. е. перевод катящегося колеса в тормозной режим, интенсивно увеличивает расход ки­ нетической энергии на единицу пути, в основном за счет ра­ боты в тормозном устройстве и трения в контакте шины с опорной поверхностью.

Изменение остальных составляющих сопротивления каче­ нию практически не поддается количественной оценке ввиду сложности и недостаточной изученности рабочих процессов колеса применительно к тормозному режиму [8, 9, 10, 11, 12]. Учитывая этот факт, а также малый удельный вес потерь на качение в общем балансе тормозящего колеса, в первом при­ ближении, можно принять потери на качение постоянными для всех режимов торможения [13]. Тогда энергетический ба­ ланс будет представлен равенством:

A f — затраты энергии на работу колесного движителя; А-. — затраты энергии на трение в контакте; А т— работа трения в тормозном устройстве.

Очевидно, что распределение кинетической энергии по отдельным составляющим энергетического баланса будет из­ меняться в зависимости от интенсивности торможения. Харак­ тер этого изменения удобно проследить по графику, представ­ ленному на рис. 3.1.

График построен для процесса торможения колеса с при­ веденной массой 1000 кгс, начальной скорости 72 км/час и ко­ нечной скорости, равной нулю. Различная интенсивность тор­ можения обеспечивается за счет изменения тормозного мо­ мента (Мт). Тормозной момент, равный 100%, соответствует предельному значению, при котором происходит блокирование колеса и исключение Ат и Af из составляющих энергетическо­ го баланса. Анализ графика позволяет сделать следующие вы­ воды:

71

Рис. 3.1. Энергетический баланс заторможенного колеса:

А — кинетическая энергия движущейся массы; Ат— работа трения в тор­ мозном механизме; Af — диссипативные потерн колесного движителя; А- — работа на скольжение в контакте; Мт— тормозной момент.

1) в широком диапазоне изменения тормозного момента

(20-г-100%) основной составляющей энергетического баланса является работа трения в тормозном механизме (90-т-94%);

2)при торможении с малой интенсивностью существенной составляющей энергетического баланса являются затраты на работу колесного движителя;

3)блокирование колеса приводит к необходимости погло­ щения всей кинетической энергии за счет трения элементов шины об опорную поверхность.

При необходимости составляющие энергетического балан­ са тормозящего колеса могут детализироваться с учетом дан­ ных, приведенных в таблице 3.1, а также за счет более тща­ тельного изучения рабочих процессов [14]. Однако точная ко­

72

личественная оценка составляющих, а тем более установление функциональных связей с режимами качения п выходными характеристиками колеса,— задача очень сложная и, по-впдн- мому, неразрешимая на данном этапе.

В связи с этим вызывает сомнение возможность установ­ ления строгих силовых зависимостей для колеса по данным энергетического баланса. Несмотря на многочисленные иссле­ дования, выполненные с этой целью, до сих пор не найдено об­ щепризнанной строго обоснованной зависимости даже для простейшего случая плоского качения. Эти зависимости так­ же не могут быть определены через непосредственные замеры при экспериментах ввиду невозможности разделения диссипа­ тивных сил II моментов. Отсутствие строгих силовых связей для колеса затрудняет изучение его рабочего процесса, осо­ бенно при рассмотрении предельных и переходных режимов. Поэтому представляется целесообразным раздельное рассмот­ рение кинематических и силовых преобразующих свойств ко­ леса как передаточного механизма [8; 15; 16].

§ 2. Кинематические преобразующие свойства эластичного колеса

Кинематические преобразующие свойства колеса принято оценивать радиусом качения (гк):

где Ѵк — продольная поступательная скорость колеса; со^— угловая скорость вращения колеса.

Радиус качения является функцией многих факторов, ха­ рактеризующих конструктивные параметры пневматической шины и режим качения колеса.

Изменение режима качения колеса, как правило, сопровож­ дается изменением радиуса качения за счет перераспределе­ ния деформаций и зон проскальзывания в контакте. Это свой­ ство колеса достаточно подробно изучено в том числе и применительно к тормозному режиму [17; 18; 19]. Согласно име­ ющимся экспериментальным данным нагружение колеса тор­ мозным моментом вызывает увеличение радиуса качения. При­ чем это увеличение близко к линейной зависимости при не­ больших моментах, а затем переходит в параболическую по мере приближения тормозного момента к моменту по сцеп­ лению.

73

Рис. 3.2. Опытные шины 260-508Р модели 0-43 с различным шагом рисунка протектора:

В этой зоне основное влияние на радиус качения оказыва­ ют условия сцепления элементов шины с опорной поверхно­ стью. Последнее подтверждается результатами испытания че­ тырех опытных шин радиального построения, отличающихся только шагом рисунка протектора (рис. 3.2).

Опытные шины размером 260—508Р модели 0-43 были спроектированы и изготовлены на Омском шинном заводе для проведения сравнительных испытаний.

Краткая характеристика этих шин приведена в табли­ це 3.2.

На рис. 3.3 приведены зависимости радиусов качения от тормозного момента, полученные на стенде с беговым бараба­ ном (ИУ-5) для шин с различным шагом рисунка протектора. Согласно экспериментальным данным по мере увеличения шага увеличивается тангенциальная эластичность шины на

74

Т а б л и ц а 3.2

рмозного момента и двух значе-

ими вертикальной нагрузки.

Различие в тангенциальной эластичности шин особенно значительное при вертикальной нагрузке GK= 1060 Krc.

Статические характеристики касательного упругого сме­ щения этих шип, полученные статистической обработкой ре­ зультатов испытаний, имеют следующие корреляционные за­

h,= 4,686+ 0,0453078Рт+ 0 ,01188Рта—0,005864GK (шаг 128);

Аѵ= 2 ,34059+0,052727PT+0,5010Ptc,—0,007105GK (шаг 160); (3.2)

Анализ приведенных зависимостей не обнаруживает явно выраженной тенденции к увеличению или уменьшению жест­ кости в касательном направлении при увеличении шага рисун­ ка протектора. Шина с шагом 64 м, наиболее деформируемая в касательном направлении под действием силы Р, в то же время имеет наименьшую тангенциальную эластичность при торможении (рис. 3.3).

75

Ранее приведенные данные (рис. 2.12) по сцепным свой­ ствам этих шин свидетельствуют об однозначной зависимости коэффициента сцепления от коэффициента насыщенности ри­ сунка протектора.

С учетом этого факта, по-видимому, логичнее полученное различие в тангенциальной эластичности испытанных шин объяснять с позиций условий сцепления и проскальзывания в зоне контакта.

Определенный интерес представляет изучение тангенци­ альной эластичности шины при качении ее с уводом.

На рис. 3.4 приведены результаты экспериментальных дан­ ных по величине радиуса качения, полученные при испытани­ ях автомобильного колеса с шиной 240—508 модели ИК-6АМ, проведенных на асфальтобетонной полосе грунтового канала

54-7 км/час.

Каждая экспериментальная точка соответствует радиусу, полученному за 3-4-4 оборота колеса при всех постоянных на­ грузочных факторах. Из графиков следует, что в ведомом ре­ жиме увеличение угла увода от 0 до 8° вызывает увеличение радиуса качения на 1,5%.

При нагружении колеса тормозным моментом радиус ка­ чения при наличии увода значительно увеличивается особен­ но по мере приближения к предельным значениям тормозного момента.

§ 3. Силовые преобразующие свойства эластичного колеса

Имея в виду, что конечной целью при рассмотрении сило­ вых преобразующих свойств колеса в тормозном режиме яв­ ляется установление зависимости между подводимым к коле­ су тормозным моментом (Л4Т) и получаемой при этом сум­ марной замедляющей (тормозной) силы (Рт), целесообразно не проводить строгого разделения диссипативных сил колеса и тормозного механизма. В этом случае искомая зависимость может быть представлена выражением вида:

где а; Ь; с — коэффициенты, не зависящие от Мт. Анализ име­ ющихся в литературе экспериментальных данных [16; 20], а

77