Продольная устойчивость автопоезда

Признаком нарушения продольной устойчивости автопоезда при движении на подъеме является его сползание вниз по подъе­му, которое вызывается буксованием ведущих колес автомобиля-тягача. Это может произойти, например, во время динамического преодоления автопоездом крутого подъема большой длины.

Продольную устойчивость автопоезда характеризует критичес­кий (максимальный) угол α_б подъема по буксованию.

Определим максимальный угол подъема, который может пре­одолеть прицепной автопоезд при равномерном движении без бук­сования ведущих колес автомобиля-тягача. При этом силами со­противления качению и воздуха пренебрегаем, так как автопоезд на подъеме движется с небольшой скоростью и значения этих сил невелики (рис. 11.13).

Из условий равновесия автомобиля-тягача следует:

где G _пр— вес прицепа, H; h _кр— высота расположения крюка бук-сирного устройства; α — угол подъема.

Рис. 11.13. Движение автопоезда на подъеме

Максимальное значение касательной реакции дороги R_{x 2}огра­ничено сцеплением колес с дорогой:

R_{x 2} ≤ φ _x R_{z 2}.

Подставим в это выражение значения касательной R_{x 2}и нор­мальной R_{z 2} реакций дороги, разделим обе части выражения на cosα и, приняв, что α = α_б, получим выражение для максимально­го, или критического, угла подъема, при котором возможно дви­жение прицепного автопоезда без буксования ведущих колес ав­томобиля-тягача:

Критический угол подъема по буксованию существенно зави­сит от сцепления колес с дорогой. Так, например, при коэффи­циенте сцепления φ _х = 0,3 (асфальт, покрытый снегом) для авто­поездов этот угол не превышает 6°. Поэтому в зимнее время часто происходит буксование ведущих колес тягача автопоезда на отно­сительно пологих подъемах (см. рис. 11.12).

Влияние различных факторов на устойчивость

Автомобиля

В условиях эксплуатации чаще происходит нарушение попе­речной устойчивости автомобиля (занос, опрокидывание), кото­рое более опасно, чем нарушение продольной устойчивости.

На поперечную устойчивость автомобиля влияют различные конструктивные и эксплуатационные факторы. К ним относятся крен кузова автомобиля, износ шин, неисправность тормозных механизмов, центр тяжести автомобиля и колея колес, располо­жение груза в кузове, дорожное покрытие, повороты и виражи дороги, способ торможения автомобиля и др.

Рассмотрим влияние различных факторов на поперечную ус­тойчивость автомобиля.

Поперечный крен кузова. При определении показателей попе­речной устойчивости автомобиля не учитывались эластичность шин и упругость подвески, а автомобиль рассматривался как единое твердое тело.

В действительности автомобиль представляет собой систему масс, соединенных между собой подвеской, к которым относятся подрессоренные (кузов) и неподрессоренные (мосты, колеса) массы.

При разгоне, торможении и повороте автомобиля, а также езде по неровностям дороги вследствие действия боковой силы Р_у (рис. 11.14, а)шины 1 и упругие устройства 2 подвески (рессоры, пружины и др.) с одной стороны автомобиля разгружаются, а с другой — нагружаются. В результате кузов автомобиля наклоняет­ся в поперечном направлении. Угол ψ_кр крена кузова увеличивает­ся с возрастанием боковой силы Р_у. Он может быть уменьшен при увеличении угловой жесткости подвески, что достигается уста­новкой в подвеске стабилизатора 3 (рис. 11.14, б)поперечной ус­тойчивости, который препятствует крену кузова и уменьшает его поперечные угловые колебания.

Обычно при эксплуатации угол поперечного крена кузова не превышает 10°, однако этого достаточно для того, чтобы возросла возможность опрокидывания автомобиля. Поэтому значения кри­тической скорости и критического угла поперечного уклона до­роги (косогора) в действительности будут на 10... 15% меньше рассчитанных по формулам.

Износ шин. В процессе эксплуатации по мере износа протекто­ра шин ухудшается сцепление колес с дорогой и возрастает веро-

Рис. 11.14. Крен кузова (а) и стабилизатор (б) поперечной устойчиво­сти кузова:

1 — шина; 2 — упругое устройство подвески; 3 — стабилизатор

ятность заноса автомобиля. Так, например, значение коэффици­ента сцепления колес с дорогой, протектор шин которых изно­шен до полного исчезновения рисунка («лысые шины»), почти в 2 раза меньше, чем у новых шин. Поэтому эксплуатация автомо­биля с «лысыми шинами» недопустима.

Неисправности тормозных механизмов. Нарушение поперечной устойчивости автомобиля происходит чаще всего при торможе­нии, когда в местах контакта шин с дорогой действуют большие тормозные силы. В этом случае тормозящее колесо неустойчиво при действии боковой силы, и достаточно ее небольшой величи­ны, чтобы начался занос автомобиля.

Причиной нарушения поперечной устойчивости при торможе­нии может быть неравномерное распределение тормозных сил по колесам автомобиля из-за замасливания или неправильной регу­лировки тормозных механизмов. При этом неравномерность рас­пределения тормозных сил у передних колес опаснее, чем у зад­них. Так, например, при одном заторможенном заднем правом колесе (рис. 11.15, а)автомобиль отклоняется вправо от направле­ния прямолинейного движения. При этом расстояние S _цот центра тяжести автомобиля до центра заторможенного колеса сокраща­ется. Уменьшается также и поворачивающий момент Р' _и, создава­емый силой инерции. При заторможенном только переднем пра­вом колесе (рис. 11.15, б)расстояние S _цво время торможения уве­личивается. Это приводит к возрастанию поворачивающего мо-

Рис. 11.15. Устойчивость автомобиля при торможении:

а — заторможено заднее правое колесо; б — заторможено переднее правое

колесо

мента и дальнейшему отклонению автомобиля в сторону от на­правления прямолинейного движения. Поэтому неисправность пе­редних тормозных механизмов опаснее, чем задних.

Блокировка колес при торможении. На устойчивость автомоби­ля существенное влияние оказывает блокировка колес (доведение до юза) при торможении.

Одновременная блокировка всех колес автомобиля может про­изойти только на дорогах с оптимальными значениями коэффи­циента сцепления, составляющими 0,40... 0,45. На дорогах, харак­теризуемых другими значениями коэффициента сцепления, про­исходит блокировка передних или задних колес.

При торможении на дорогах с меньшим коэффициентом сцеп­ления у автомобиля первыми блокируются задние колеса, что может привести к потере устойчивости автомобиля.

При торможении на дорогах с более высоким коэффициентом сцепления у автомобиля первыми доводятся до юза передние ко­леса. Следствием этого может быть потеря управляемости автомо­биля.

Центр тяжести автомобиля и колея колес. Высота расположения центра тяжести автомобиля и ширина колеи передних и задних колес оказывают влияние на поперечную устойчивость автомобиля. Так, например, при высоком расположении центра тяжести может произойти опрокидывание автомобиля при действии боковой силы. Это наиболее вероятно при движении автомобиля на поворотах малого радиуса при отсутствии виражей вследствие уменьшения критической скорости автомобиля по опрокидыванию.

Легковые автомобили, движущиеся на поворотах с большой скоростью, обладают высокой устойчивостью, так как имеют низ­кое расположение центра тяжести и широкую колею передних и задних колес.

Дорога, повороты и виражи. Состояние покрытия дороги, ра­диусы поворотов и виражи оказывают существенное влияние на поперечную устойчивость автомобиля.

При ухудшении состояния дорожного покрытия (дождь, снег, обледенение) значительно уменьшается сцепление колес с доро­гой, что может привести к заносу автомобиля.

Наименьшие радиусы поворотов дорог составляют 30 м. При движении на дорогах с малыми радиусами поворотов создаются условия для нарушения поперечной устойчивости автомобиля в связи со снижением его критической скорости по заносу. Поэтому для повышения устойчивости автомобиля на поворотах с неболь­шими радиусами создают виражи — поперечные уклоны дороги, направленные к центру поворота. Виражи повышают не только ус­тойчивость автомобиля, но и безопасность движения на поворотах.

Расположение груза в кузове автомобиля. Устойчивость авто­мобиля при торможении может быть нарушена вследствие непра-

Рис. 11.16. Устойчивость автомобиля при неправильном расположении

груза в кузове:

а — блокированы передние колеса; б — блокированы задние колеса; А, Б —

центры осей задних и передних колес

вильного размещения груза в кузове. Так, например, при несов­падении центра тяжести груза с продольной осью автомобиля сила инерции Р' _и(рис. 11.16, а), возникающая при торможении, создает поворачивающий момент, характеризуемый плечом S _ц. Если при этом блокированы передние колеса автомобиля, то их сцепление с дорогой меньше, чем у задних колес. В результате под действием момента Р' _и S _цавтомобиль поворачивается относительно точки А оси задних колес. Расстояние S _цв этом случае быстро уменьшает­ся до нуля и поворот автомобиля прекращается.

При блокировке задних колес (рис. 11.16, б)автомобиль пово­рачивается относительно точки Б оси передних колес. При этом расстояние S _цувеличивается, что может привести к заносу авто­мобиля.

Способ торможения. Устойчивость автомобиля существенно за­висит от способа торможения. Так, торможение автомобиля дви­гателем, который не отсоединяется от трансмиссии и работает на компрессорном режиме (без подачи горючей смеси в цилиндры) или режиме холостого хода, обеспечивает устойчивость автомо­биля против заноса вследствие равномерного распределения тор­мозных сил по колесам. При комбинированном торможении авто­мобиля (совместно тормозными механизмами колес и двигате­лем) повышается также его поперечная устойчивость, поскольку дифференциал трансмиссии обеспечивает более равномерное рас­пределение тормозных сил по колесам. В результате уменьшается вероятность заноса автомобиля.

Комбинированный способ торможения автомобиля необходи­мо применять на дорогах с малым коэффициентом сцепления (скользких, обледенелых и т. п.), так как в этом случае существенно повышается не только устойчивость автомобиля, но и безопас­ность его движения.

Контрольные вопросы

1. Что является признаком нарушения устойчивости автомобиля?

2. Потеря какого вида устойчивости автомобиля при эксплуатации
наиболее вероятна и опасна?

3. Какими показателями оценивается поперечная устойчивость авто­мобиля?

4. Что характеризуют критические скорости автомобиля по заносу и
опрокидыванию?

5. Что характеризуют критические углы косогора по боковому сколь­жению и опрокидыванию?

6. Что определяет коэффициент поперечной устойчивости автомоби­ля?

7. Что такое вираж и для чего его создают на поворотах дорог?

8. Занос каких колес (передних управляемых или задних ведущих)
наиболее вероятен и опасен? Объясните почему.

9. Что может произойти с автомобилем при нарушении продольной
устойчивости и каким показателем она оценивается?

ПРОХОДИМОСТЬ

Проходимость является эксплуатационным свойством, имею­щим важное значение для любых автомобилей, особенно работа­ющих в сельском хозяйстве, лесной промышленности, на строи­тельстве, в карьерах и в условиях бездорожья. Проходимость в та­ких условиях эксплуатации определяет среднюю скорость движе­ния и оказывает существенное влияние на производительность автомобиля.

Проходимость автомобиля оценивается габаритными, тяговы­ми и опорно-сцепными параметрами, а также комплексным фак­тором проходимости.