Динамика транспортной техники

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

2. Задачи

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Автомобилем называется самодвижущийся экипаж, предназначенный для перевозки по безрельсовым дорогам пассажиров, грузов или специального оборудования и буксирования прицепов (полуприцепов).

Автомобили классифицируются по следующим основным признакам: назначению, типу двигателя, типу остова и проходимости.

По назначению различают  транспортные и специальные автомобили. Транспортные автомобили предназначены для перевозки пассажиров и грузов и в зависимости от выполняемых перевозок подразделяются на пассажирские и грузовые. Пассажирские автомобили разделяются на легковые и автобусы. Основным показателем пассажирских автомобилей является их вместимость, т. е. количество пассажирских мест. Грузовые автомобили разделяются на бортовые общего назначения и специализированные. Первые имеют открытую платформу с откидными бортами, а вторые оборудованы специализированными кузовами, приспособленными для перевозки определенного типа груза. Специальные автомобили служат для выполнения каких-либо определенных работ и снабжены соответствующими приспособлениями и устройствами. К ним относятся пожарные, санитарные, автокраны, автовышки и др. Они обычно представляют видоизмененные модели транспортных автомобилей.

 

 

 

 

 

 

1. Теоретическая  часть

Тяговая сила на ведущие  колеса при движении автомобиля затрачивается  на преодоление сил сопротивления  движению, т. е.

P_к = P_f ±  P_h  — P_w  ± P_ja

Это выражение называется тяговым балансом автомобиля и позволяет  определить величину тяговой силы,

Рис. 1. График тягового баланса автомобиля

развиваемой на ведущих колесах, и установить, как она распределяется по различным видам  сопротивления.

Для анализа тягового баланса  удобно воспользоваться его графической интерпретацией.

С этой целью в координатах  Р_к — v_а откладывается кривая, дающая для рассматриваемого автомобиля зависимость тяговой силы на ведущих колесах от скорости. Далее от горизонтальной оси вверх (рис. 1) откладываются величина сил сопротивления качению P_f, подъема P_h и сила сопротивления воздуха P_w. Полученная кривая определит сумму сил сопротивления при движении автомобиля с постоянной скоростью. Точка пересечения этой кривой с кривой тяговой силы определит величину максимальной скорости движения автомобиля в этих условиях. В этом случае P_ja  = 0.

Отрезки вертикальных линий, заключенные внутри заштрихованной на рис. 1 площади, определяют величину тяговой силы, равную силе P_ja, которая может быть использована для ускорения автомобиля.

График тягового баланса  показывает: соотношение между отдельными силами сопротивления движению и  тяговой силой на колесах, а также позволяет подсчитать возможные ускорения разгона; максимальные сопротивления дороги, которые может преодолеть автомобиль при разных условиях движения, а также величину максимальной скорости. Однако все эти и другие задачи значительно удобнее можно решать с помощью динамической характеристики автомобиля

Под устойчивостью  колесной или гусеничной машины понимается ее способность двигаться в разнообразных условиях без опрокидывания и без бокового скольжения колес всех осей автомобиля или одной из них. В зависимости от направления опрокидывания и скольжения различают продольную и поперечную устойчивость. Более вероятна и более опасна потеря поперечной устойчивости, которая выражается в заносе или боковом опрокидывании машины.

Поперечная устойчивость машины — способность сохранять  заданное движение без опрокидывания, сползания, заноса при движении на повороте, а также при боковом перемещении и сползании на уклоне.

В первом случае автомобиль движется равномерно по кривой с постоянным углом поворота со скоростью v_a. При этом дорожное полотно поперечного уклона не имеет.

Автомобиль, совершающий  поворот вокруг оси О — О (рис. 1), подвергается воздействию центробежной силы Р_ц, которая может вызвать опрокидывание или занос. Центробежная сила

 

Рис.  1. Схема   сил, действующих на автомобиль при повороте

 

P_a = m_av²/R = O_avl/gR,

где m_a — масса автомобиля;    R — радиус поворота.

В связи с тем что  в плоскости дороги действует сила Р_φ сцепления колеса с дорогой, опрокидывание автомобиля произойдет относительно точки А, если Р_φ > Рц. Начало опрокидывания возникает тогда, когда опрокидывающий момент Р_цh_ц будет равен моменту, удерживающему G_aB/2, т. е. Р_ц/h_ц = G_aB/2, где h_ц — высота центра тяжести машины; В — величина колеи машины, откуда

P_a=G_aB/(2h_ц).

Подставив в данное уравнение  значение Р_ц из зависимости, получим

G_av²/(gR)=G_aB/(2h_ц). 

Следовательно, максимальная (критическая) скорость движения автомобиля на повороте, при которой начнется опрокидывание:

 

Начало бокового скольжения может возникнуть тогда, когда сцепная сила Р_φ станет меньше или равна силе центробежной Р_ц, т. е.

Р_ц > Рφ=G_aφ. 

Из уравнений  и  можно определить максимальную (критическую) скорость v'_а.кр движения автомобиля, при которой начнется боковое скольжение:

G_aφ_a = G_av'_a._Kp/(gR)    и    v'_a._KP = Vf_aRg.

Поперечная устойчивость колесных и гусеничных машин характеризуется также величинами предельных углов косогоров а, при которых машины могут передвигаться, не опрокидываясь. Движение гусеничной машины по дороге  с поперечным  уклоном  α рассматривается на рис. 2. Из условия равновесия машины относительно нижней боковой кромки левой гусеницы (точка О) получим

G_тp sin αh_ц = G_тpcos α*0,5(B + b) = 0.

Начало опрокидывания  машины вокруг  точки О произойдет в момент, когда Z₁ = 0. При этом

G_тp sin α h_ц = G_тр cos α*0,5 (В + b),

Рис.   2.   Схема сил,    действующих на автомобиль при движении на поперечном уклоне

где В — величина колеи, м; b — ширина колеса, м.

Предельный угол α поперечного уклона, при котором начнется опрокидывание, определяется по тангенсу этого угла:

tg α = [0,5 (B + b)]/h_ц.

Следовательно, чем больше В и b и меньше h_ц, тем устойчивее машина.

Опрокидыванию машины может предшествовать ее сползание, если соблюдается условие

P_φ = γ₁ + γ₂  < G_TP*sinα,

где γ₁ и γ₂ — боковые реакции дороги на ходовые органы машины. Возможность сползания машины вследствие скольжения ходовой части по дороге характеризуется уравнением проекций всех сил на ось, параллельную поверхности дороги:

Gтp*sinα = γ₁ + γ₂  .

Наибольшее значение величин реакций γ₁ + γ₂  можно определить из выражения

γ₁ + γ₂  = G_Tp φ₁cosα,

где φ1 —коэффициент, характеризующий   боковое сцепление колеса с дорогой.

Следовательно, условие, при котором машина еще не будет сползать, имеет вид

G_Tp sin a < G_TP φ₁ cos α,

откуда предельный угол,   на котором   не произойдет   сползания,

tgα ≤ φ₁.

Величина коэффициента сцепления φ₁ зависит от механических свойств дороги и конструкции ходовых органов. По действующим нормам безопасности углы поперечной статической устойчивости для колесных и гусеничных тракторов должны  быть не менее 40°.

Под продольной устойчивостью машины подразумевается  ее способность двигаться по уклону без опрокидывания вокруг осей, проходящих через точки опор передних или задних колес, или вокруг тех же осей переднего или заднего опорных катков гусеничного движителя с последующим опрокидыванием через тяговые или

Рис.  3. Устойчивость автомобиля в продольной плоскости

 

натяжные звездочки. Случай ускоренного движения автомобиля на подъем, вследствие чего может быть потеря продольной устойчивости и опрокидывание машины вокруг задней оси О₂, рассмотрен на рис. 3.

Если пренебречь силами сопротивления воздушной среды P_w и сопротивления качению Р_f, то в момент опрокидывания реакции Z₁ передних колес должны быть равны нулю. Тогда условием статического опрокидывания автомобиля вокруг оси О₂ без учета деформации подвески будет

G_a sin α h_ц > G_a cos α b.

Из этого соотношения  определяется угол подъема а, при  котором возможно опрокидывание автомобиля: tgα = b/h_ц

Если tgα > b/h_ц, то опрокидывание неизбежно.

Учитывая, что  максимальное значение угла подъема  для современных автомобилей и колесных тракторов не превышает 45° (tgα = l), формула примет вид: h_ц > b. Следовательно, во избежание продольного опрокидывания высота центра тяжести не может превышать расстояния от центра тяжести автомобиля до задней оси.

Приведенные зависимости  не учитывают возможности буксования ведущих колес машины. Практически до начала опрокидывания наступает буксование колес при движении на подъеме, и машина сползает назад вследствие недостаточного сцепления колес с дорогой. При этом сила сцепления ведущих колес машины с колесной формулой 4 × 2 равна

P_φ2 = G₂ φ_а = Z₂ φ_а = G_а a φ_а cos α/L,

где G₂ — вес машины, приходящийся на ведущие колеса.

Приравняв эту  силу составляющей, направленной параллельно  дороге, G_a sin α, определим тангенс угла, при котором начнется сползание: G_a sin α = G_a a φ_а cos α/L, откуда

Tgα = a φ_а /L,

где а — расстояние от центра   тяжести до передней   оси машины; φ_а — коэффициент сцепления; L — база машины.

Для полноприводных автомобилей и колесных тракторов сцепная сила зависит от силы тяжести автомобиля (трактора) и коэффициента сцепления Р_φ = G_а φ_а . Исходя из этого равенство сдвигающей и сцепной сил

G_a φ_а cos α = G_asin α позволяет определить тангенс угла, при котором начнется продольное сползание полноприводной машины: tgα = φ_а.

 

 

 

2. Задачи

Задание № 1

Рассчитать время разгона  автомобиля ВАЗ-2106 до 110 км/час и затраченную  при этом мощность (эквивалентную).

 

Исходные  данные:

v₁ = 0     v₂ = 110 км/час = 30,5 м/с    

 

Решение:

По справочным таблицам определяем соответствующие ускорения:

 

          

Тогда среднее ускорение:

 

      

Время разгона автомобиля:

 

Путь разгона:

 

Средняя скорость движения:

 

Сила тяги автомобиля:

 

 

Мощность, развиваемая автомобилем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №2

Рассчитать устойчивость автомобиля ВАЗ-2106 на повороте при его  движении со скоростью 90 км/час.

 

Исходные  данные:

v = 90 км/час = 25 м/с   h_ц.т. = 0,56 м;     В = 2,424 м

Решение:

Расчет критической скорости при повороте по условию опрокидывания  определятся по формуле:

 

где В – ширина колеи автомобиля, м;

R – радиус поворота, м;

h_ц.т. – высота центра тяжести, м.

Следовательно, критический  радиус поворота автомобиля по условию  опрокидывания равен:

 

 

 

 

 

Заключение

Тяговой характеристикой  называется графическая зависимость  тяговой силы в функции поступательной скорости движения машины. Тяговая характеристика строится по результатам стендовых или дорожных испытаний или по расчетным данным.

Тормозная система предназначена  для снижения скорости и быстрой  остановки машины, а также для  удержания ее на месте  при стоянке. У гусеничных машин тормозная  система обеспечивает также крутой поворот. Наличие надежных тормозных систем позволяет увеличить среднюю скорость движения, а, следовательно, и эффективность использования машин.

Колесные машины (автомобили, колесные тракторы-тягачи) оборудованы  двумя тормозными системами —  рабочей и стояночной. Рабочая обеспечивает снижение скорости машины и ее остановку, стояночная — удержание остановленной машины на месте неограниченное время. Некоторые машины большой грузоподъемности (МАЗ, КамАЗ, КрАЗ), эксплуатирующиеся в горной местности оборудуются независимой вспомогательной тормозной системой, ограничивающей скорость движения на длительных спусках.