1.6. Силы, действующие на груз при перевозке

При перемещении груза автотранспортным средством на груз действуют следующие силы (рис. 3):

• инерционные (продольные, поперечные, вертикальные);

• давления ветра;

• трения;

• вибрационные.

1. Продольные инерционные силы

Эти силы возникают при переходных режимах движения автомобиля, когда скорость движения изменяется и на груз действует инерционная сила, вызываемая ускорением (замедлением).

Рис. 3. Схема сил, действующих на автомобиль с грузом

Инерционные силы, действующие на подвижной состав и грузы, могут быть ударного воздействия и безударного воздействия, возникающего во время установившегося режима торможения.

Продольное ускорение груза, возникающее при ударе о препятствие, зависит в основном от соударяющихся тел, жесткости крепления грузов, скорости автомобиля перед соударением

Продольная инерционная сила, действующая на груз, находящийся в кузове автомобиля, при установившемся режиме торможения равна и противоположна тормозной силе:

, (6)

где – сила тяжести груза, кН;

–коэффициент трения тормозных колодок.

Рис. 4. Расчетная схема прицепа-тяжеловоза

В соответствии с расчетной схемой, представленной на рис. 4, продольная сила инерции будет

,

где – максимальное ускорение замедления;

–ускорение свободного падения.

Одним из методов экспериментальной проверки обеспечения продольной устойчивости грузов в кузове автомобиля должны являться ударные испытания.

2. Поперечные и вертикальные инерционные силы, действующие на грузы

Автомобиль с грузом во время движения совершает сложные колебательные перемещения вследствие взаимодействия колес с дорогой (рис. 5 – 7). Главными видами колебаний являются подпрыгивание (на неровностях дороги), галопирование или продольная качка, боковое параллельное колебание или поперечный относ, боковая качка и виляние (прицеп).

Вертикальные инерционные силы, действующие на груз, зависят от скорости движения, состояния дороги и других факторов. Поперечная горизонтальная инерционная сила зависит в основном от скорости движения, типа подвески автомобиля, местоположения груза в кузове, состояния и плана дороги.

При движении автомобиля на повороте, кроме сил, присущих прямолинейному движению, на автомобиль и груз действуют инерционные силы, которые могут оказать существенное влияние на характер движения.

Рис. 5.Схема поворота автомобиля с грузом	Рис. 6. Ускорения отдельных точек системы	Рис. 7. Силы инерции, приложенные к центру тяжести груза

Силы инерции, приложенные к центру тяжести автомобиля с грузом, могут быть найдены из следующих выражений (рассматривается случай движения автомобиля на повороте с переменной скоростью и переменным углом поворота передних колес):

• сила инерции вдоль оси автомобиля:

;

• сила инерции перпендикулярная к оси автомобиля:

,

где – угловая скорость автомобиля, 1/с;– линейная скорость автомобиля, м/с.

Кроме того, к грузу приложен инерционный момент

,

где – момент инерции автомобиля с грузом относительно оси, проходящей через центр тяжести автомобиля.

Эти силы следует рассматривать и при исследовании устойчивости автомобиля с грузом.

При движении автомобиля по кривым дороги, имеющей уклон (косогор), наряду с поперечной горизонтальной инерционной силой на груз действует также центробежная сила, зависящая от скорости движения и радиуса кривой. В то же время из-за возвышения наружного колеса появляется горизонтальная составляющая силы тяжести, направленная внутрь кривой и в значительной степени погашающая действие центробежной силы (рис. 8).

Рис. 8. Схема приложения сил к грузу при проходе кривого участка пути

Центробежная сила определяется по формуле:

,

где – скорость движения автомобиля, км/ч; – радиус кривой, м; – возвышение наружного колеса, мм; – колея автомобиля.

Исследованиями по оценке поперечной устойчивости различных грузов установлено, что сдвиги грузов поперек кузова возможны как в кривых, так и в прямых участках автодороги. Грузы, у которых отношение высоты центра массы (ЦМ) над опорной поверхностью к кратчайшему расстоянию от проекции его на эту поверхность и ребром опрокидывания больше единицы, подвержены боковым колебаниям. Поперечные горизонтальные и вертикальные инерционные силы могут действовать одновременно на груз, расположенный в кузове автомобиля.

Однако максимальных значений эти силы, как правило, одновременно не достигают. Сопоставление максимальных значений поперечного горизонтального ускорения и соответствующих им вертикальных ускорений показывает, что при максимальном поперечном ускорении груза величина вертикального ускорения примерно равна средней между максимальными и средними значениями.

Поперечное горизонтальное ускорение, действующее на груз при движении автопоезда, определяется колебаниями виляния (прицепа), поперечного скольжения и боковой качки, а вертикальное – в основном колебаниями подпрыгивания (на неровностях дороги) и галопирования.

Значение вертикального ускорения груза существенно зависит от степени загрузки кузова. При уменьшении массы груза (для 20 т автомобиля) до 5–12 т вертикальное ускорение увеличивается примерно в 1,5–2 раза.