Раздел 1. Безопасность транспортых средств (стр. 4 )

Наиболее высокими сцепными качествами как в сухом, так в мокром состоянии обладают цементобетонные покрытия. Коэффициент сцепления у мало изношенных сухих цементобетонных покрытий φ=0,8-0,9, а у мокрых φ=0,4-0,6. Изменение сцепных качеств цементобетонных покрытий в процессе эксплуатации происходит сравнительно медленно — в течение 10— 12 лет.

Сцепные качества асфальтобетонных покрытий зависят от их вида, состояния и срока службы. Значения коэффициента сцепления этих покрытий в сухом состоянии колеблются от φ=0,5 до φ=0,8, а в мокром —от φ=0,3 до φ=0,6. При этом последний коэффициент (φ=0,6) наблюдается тогда, когда покрытие хорошо очищено от грязи, частиц резины и т. п., что бывает после сильного дождя. В начале дождя, пока грязь не смыта с покрытия, коэффициент сцепления наименьший. Асфальтобетонные покрытия служат 5—8 лет, после чего коэффициент сцепления их снижается до наименьшего допустимого значения.

В таблицах 3.2 и 3.3 приведены значения коэффициентов сцепления для различных дорожных покрытий (данные ВНИИСЭ).

Таблица 3.2

Вид и состояние дорожного покрытия	Коэффициент сцепления
Асфальтобетонное, цементобетонное: сухое мокрое	0,7-0,8 0,4-0,3
Щебёночное: сухое мокрое	0,6-0,7 0,3-0,5
Продолжение таблицы 3.2
Грунтовая дорога: сухая мокрая	0,5-0,6 0,2-0,4
Покрытая укатанным снегом	0,2-0,3
Обледенелая	0,1-0,2

Коэффициенты сцепления для шин, имеющих рисунок протектора повышенной проходимости (рисунок не изношен)

Таблица 3.3

Вид и состояние дорожного покрытия	Коэффициент сцепления
Асфальтобетонное или бетонное сухое	0,7-0,8
То же, мокрое чистое	0,5-,06
То же, покрыто грязью	0,25-0,45
Булыжное сухое	0,6-0,7
Щебёночное сухое	0,6-0,7
То же, мокрое	0,4-0,55
Грунтовая дорога сухая	0,5-0,6
То же, увлажнённая дождём	0,35-0,5
То же, в период распутицы	0,2-0,3
Целина летом: песок сухой песок влажный суглинок сухой суглинок, увлажнённый до пластического состояния то же, до текучего состояния	0,2-0,3 0,4-0,5 0,4-0,5 0,3-0,45 0,15-0,25
Целина зимой: снег рыхлый снег укатанный (на дороге)	0,2-0,4 0,3-0,5
Обледенелая дорога	0,06-0,07
Тающая гололёдица	0,05-0,1

Индивидуальные задания

Задача 1. Определить тормозной путь автомобиля от момента нажатия на педаль тормоза до полной остановки, замедления при торможении и время срабатывания тормозов. Дорожное покрытие выбрать по своему усмотрению.

Рассчитать свой вариант. Использовать приложения П 1-П 15, П21.

Контрольные вопросы

1. Силы, действующие на автомобиль при торможении.

2. Показатели, определяющие тормозные качества автомобиля.

3. Каким документом определены предельно допустимые нормативы эффективности действия тормозной системы автомобилей?

4. Назвать основные факторы, влияющие на величину силы тяги по сцеплению.

5. От чего зависит величина коэффициента сцепления колеса с дорогой?

6. Технические требования к тормозным системам.

7. Что такое коэффициент сцепления и как он влияет на безопасность движения?

ЧАСТЬ 4 РАСЧЕТ ВОЗМОЖНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПРИ ЗАДАННОЙ СКОРОСТИ

Не при всех ситуациях движения можно определять тормозной путь автомобиля расчётным путем, так как водитель, прикладывая различные усилия к педали тормоза, может создавать различные тормозные моменты на колесах. Однако при анализе происшествий исходят из того, что при возникновении опасной обстановки водитель должен полностью использовать тормозные возможности автомобиля, т. е. тормозить с наибольшим установившимся замедлением.

Предельное значение тормозной силы ограничивается возможным в данных условиях коэффициентом сцепления колеса с дорогой:

кгс, (4.1)

где Rz - нормальная (вертикальная) реакция дороги;

φ- коэффициент сцепления, определяемый экспериментально либо выбираемый с учетом соображений, изложенных в гл. 3.

При равномерном движении автомобиля на горизонтальной дороге нормальная реакция равна нагрузке на колесо, т. е. Rz=Gk. Считается, что нормальные реакции дороги прилагаются к осям колес. На автомобиль при торможении будут действовать следующие силы и моменты (рисунок 4.1).

Тормозная сила разлагается на две составляющие: Gcosa, перпендикулярную к дороге, и Gsina, параллельную поверхности дороги;

Рис. 4.1. Схема сил, действующих на автомобиль при торможении:

α— угол подъема; hg — высота центра масс; a— расстояние по горизонтали от центра масс до оси передних колес; b— расстояние по горизонтали от центра масс до оси задних колес; L— база автомобиля; hω— высота центра парусности; Pω—сопротивление воздуха, приложенное к центру парусности на расстоянии hω от дороги.

К колесам автомобиля приложены реакции дороги:

Rx— суммарная продольная реакция, которая равна сумме сил PT и сопротивления качению Pt, а также Rz1 и Rz2 — нормальные реакции. Реакции PT1 и PT2 вызваны тормозными моментами MT.

Пользуясь принципом Д. Аламбера, приложим также силу инерции Pj, направленную противоположно ускорению, и суммарный инерционный момент Mj, учитывающий инерцию масс, неравномерно вращающихся в плоскости движения автомобиля. Получим уравнения статики:

;

; (4,2)

.

Суммарный инерционный момент Mj слагается из инерционных моментов деталей - автомобиля, неравномерно вращающихся в плоскости его движения. Большие моменты инерции имеют маховики двигателей и колеса с шинами. Моменты инерции деталей трансмиссии — шестерен и валов коробки передач, главной передачи и колесных редукторов по сравнению с моментами инерции колес незначительны. Так как маховик и многие детали трансмиссии обычно вращаются в плоскости, перпендикулярной к плоскости движения автомобиля, в расчет можно принимать только инерцию колес.

Для произвольной детали инерционный момент составит:

,

где Ij — момент инерции i- й детали;

ω— угловая скорость детали.

Угловые ускорения колес практически можно считать одинаковыми и равными

,

поэтому

. (4.3)

При интенсивном торможении, как в тормозном механизме, так и на площади контакта шин с дорогой действуют силы и моменты сил, достигающие очень больших значений. Это происходит потому, что замедление (отрицательное ускорение) при экстренных торможениях в несколько раз больше, чем ускорение, сообщаемое автомобилю его двигателем.

Дифференциальное уравнение движения автомобиля яри торможении выглядит следующим образом:

, (4.4)

где S — путь, проходимый автомобилем при торможении;

PT—тормозное усилие при торможении; его можно принять

;

rR — радиус качения колес;

n— коэффициент пропорциональности;

P—давление в системе привода — величина, зависящая от времени;

P0 — давление, при котором преодолеваются действие пружин, стягивающих колодки, и силы трения в колодочных тормозных механизмах, включая разжимные кулаки и их привод, т. е. давление, при котором колодки соприкасаются с барабаном;

f—коэффициент сопротивления качению;

G—вес автомобиля (автопоезда), кгс.

Первый член правой части формулы (4.4) характеризует сумму тормозных сил на колесах автомобиля, второй — силу сопротивления качению и третий — аэродинамическое сопротивление. Если заданы сопротивления, то непосредственно из уравнения (4.4) может быть получена величина замедлений автомобиля. Интегрируя это уравнение дважды, можно найти путь торможения.

Роль отдельных видов сопротивлений в замедлении автомобиля при торможении неодинакова, как это видно из таблицы 4.1, составленной для грузового автомобиля.

Составляющие сил сопротивления при экстренном торможении грузового автомобиля (общая масса автомобиля 8,5 т: фактор обтекаемости Fk=0,28 кгс∙с2/м2

Таблица 4.1

Виды сопротивлений	Единица измерения	Начальная скорость
28	5,6	7,0	8,	9,7
Воздуха	кгс	28	112	175	252	343
%	0,45	1,8	2,8	4,0	5,3
Качению при f=0,02	кгс	170	170	170	170	107
%	2,75	2,7	2,7	2,7	2,6
Торможения PT	кгс	5950	5950	595	5950	5950
%	96,8	96,5	94,5	93,3	92,1

Силы сопротивления качению Pf и воздуха Pω незначительны по сравнению с тормозными силами и при расчетах их в большинстве случаев не учитывают. У легковых автомобилей при высоких скоростях движения сопротивление воздуха составляет примерно 7% и более суммы всех сопротивлений.

Отношение суммы тормозящих сил к полному весу автомобиля называют удельной тормозной силой, т. е.

. (4.5)

Тогда с учетом принятых допущений дифференциальное уравнение движения заторможенного автомобиля примет такой вид:

или (4.6)

Если при торможении автомобиль движется с заблокированными колесами (т. е. юзом), то это значит, что коэффициент сопротивления качению f=0.

Замедление автомобиля прямо пропорционально удельной тормозной силе. При уравнение (4.6) примет следующий вид:

м/с2. (4.7)

С учетом уклона дороги величина максимального замедления автомобиля, движущегося с заблокированными колесами, будет составлять:

м/с2. (4.8)

Формула (4.8) справедлива тогда, когда все колеса автомобиля тормозятся одновременно, а его сцепной вес использован при торможении полностью.

Тормозной момент, замедляющий движение колеса, вызывает реактивную тормозную силу Н, направленную противоположно движению и приложенную горизонтально к поверхности дороги (тангенциальную тормозную силу). При замедлении вращения колеса возникает инерционная сила

, Н

равная тангенциальной тормозной силе:

Отсюда замедление

м/с2. (4.9)

Выражение (4.9) определяет величину замедления, обеспечиваемую тормозной системой автомобиля.

Чтобы определить путь, проходимый автомобилем с момента нажатия на тормозную педаль до его остановки, необходимо знать характер изменения замедлений во времени. Многочисленными экспериментами установлено, что зависимость j=F(t) практически носит линейный характер (рисунок 4.2).

Рассчитаем путь, проходимый автомобилем с момента нарастания тормозного замедления до остановки, т. е. так называемый путь полного торможения. При этом примем, что естественные сопротивления движению малы, а отклонение продольного уклона дороги от горизонтали не превышает 5‰.

Рис. 4.2 Нарастание замедления при торможении автомобиля

(тормозная диаграмма);

t1— время реакции водителя;

t2 — время срабатывания привода тормозов;

t3 — врёмя нарастания замедления;

t4 — время торможения с установившимся замедлением;

t5 — время оттормаживания;

iт. уст — установившееся замедление;

Vн — скорость движения перед торможением;

V1— скорость в конце нарастания замедления;

Vk— скорость в конце торможения.

Нарастание замедления на участке (рисунок 4.2) от точки В до точки С происходит от нуля до установившегося значения. Учитывая его линейный характер, можно считать, что в промежутке времени t3 замедление равно:

м/с2.

Через t3 скорость автомобиля уменьшится на величину ∆V=t3∙jт. ср. Следовательно, скорость автомобиля в конце нарастания замедления будет составлять:

м/с. (4.10)

Поскольку скорость можно выразить как производную пути по времени, т. е. как ,

;

отсюда

Из рисунка 4.2 следует, что:

тогда

.

При и

м. (4.11)

где - в м/с.

Путь за время t1 (участок торможения от С до D с установившимся замедлением) определяется из условия равенства работы силы торможения кинетической энергии автомобиля:

,

где — скорость в начале участка . Поставив значение скорости и ,

находим:

м. (4.12)

Тормозной путь автомобиля с момента нажатия на педаль до остановки будет равен сумме путей, проходимых на участках 2, 3 и 4.

Путь, проходимый на участке 2 (от А до В), равенм, тогда

м. (4.13)

При неисправных тормозах и экстренном торможении последний член формулы (4.13) можно не учитывать, так как на точность расчета он влияет незначительно.

Если скорость движения выразить в км/ч и отбросить последний член в формуле (4.13), то тормозной путь определится следующим выражением:

м. (4.14)

Формула (4.14) применяется в качестве рекомендуемой при расчетах, связанных с происшествиями.

Если, автомобиль тормозится на уклоне дороги, то формула (4.14) примет следующий вид:

м, (4.15)

где — уклон дороги в град;

—максимальное замедление на горизонтальном участке пути, м/с.

Торможение, в результате которого автомобиль изменяет скорость в некоторых пределах, отличных от нуля, называют частичным торможением.

Для расчета величины тормозного пути при частичном торможении ОСТ 37.ОО1.О16—70 рекомендована следующая формула:

м, (4.16)

где — время частичного торможения, с. Последним членом формулы (4.16) допустимо пренебречь.

Гидравлический привод тормозов срабатывает быстрее пневматического. Время срабатывания гидравлического привода составляет с. У легковых автомобилей при экстренном торможении с, а у грузовых —с. Время срабатывания неисправного гидравлического привода (при наличии воздуха в системе или неисправности клапанов в главном тормозном цилиндре) увеличивается. Если тормоза срабатывают со второго нажатия на педаль, то оно повышается в среднем до 0,6 с, а при трех нажатиях — до 1с.

Время срабатывания пневматического привода тормозов колеблется в пределах с, а среднее его значение с. У автопоездов, имеющих пневматический привод, это время увеличивается: при одном прицепе с, а при двух —до 1с. Зимой из-за уменьшения сечения трубопроводов замерзающим конденсатом оно может превосходить приведенные значения. У автомобилей с гидропневматическим приводом тормозов (например, «Урал») с. На величину времени срабатывания привода оказывает влияние быстрота нажатия на тормозную педаль, что нужно учитывать при анализе происшествий.