Мета роботи. Оволодіння студентами методами розрахунку гальмівної сили на колесах задньої та передньої вісі автомобіля

Оволодіння студентами методами розрахунку гальмівної сили на колесах задньої та передньої вісі автомобіля, побудова залежності між ними, побудова гальмівної діаграми та розрахунок гальмівного шляху

6.2 Теоретичні відомості

Під гальмівними властивостями автомобіля розуміють його властивості, що забезпечують максимальне уповільнення під час гальмування й утримання його на схилі.

Забезпечують ці властивості автомобіля робочою, запасною, стоянковою і допоміжною гальмівними системами.

Робоча і запасна системи автомобіля можуть мати гідравлічний, пневматичний або комбінований привод. Такі приводи забезпечують однаковий тиск у всіх гальмівних циліндрах і одночасність його наростання в них.

Оскільки безпека руху істотно залежить від гальмівних властивостей автомобілів, то гальмівні системи всіх автомобілів, які експлуатують на дорогах загального користування, повинні задовольняти єдиним вимогам. Ці вимоги регламентуються міжнародними Правилами №13 ЄЕК ООН.

Під час гальмування з блокованими колесами кінетична енергія поступальної маси автомобіля, що рухається, перетворюється на роботу сил тертя в контактах коліс з недеформованою дорогою. Якщо колеса не заблоковано, тоді ця енергія перетворюється на теплову енергію частково у гальмівних механізмах і частково – у контакті коліс з дорогою.

Під часом гальмування будемо розуміти час з моменту, коли водій помітив перешкоду, і до повної зупинки автомобіля.

Час гальмування складається з часу реакції водія t_р, часу запізнювання привода t_з, часу наростання уповільнення t_н, часу гальмування з постійним уповільненням t_m.

Час реакції водія t_р- це проміжок часу з моменту, коли водій помітив перешкоду і до моменту торкання ногою педалі гальма. За час реакції водія t_р, який складається з часу психічної та фізичної реакцій, водій оцінює обстановку і переносить ногу на педаль гальма. Залежно від індивідуальних особливостей людини, її стану, пори року і доби він коливається t_р = 0,3...1,5 с. Проте у розрахунках беруть середнє значення часу реакції водія 0,8... 1 с. Вважається, що за цей час швидкість автомобіля не змінилася, а уповільнення дорівнює нулю.

Час запізнювання привода t_з – час, починаючи з передачі зусилля від гальмівної педалі до появи тиску в гальмівних механізмах. За цей час вибираються зазори в приводі, відкривається клапан у гальмівному крані й тиск передається по трубопроводах до гальмівних циліндрів. Величина цього часу залежить від типу привода (гідравлічний, пневматичний), конструкції гальмівних механізмів (дискові, барабанні). Беруть для гідропривода з дисковими механізмами t_з = 0,05...0,07 с, а з барабанними – t_з = 0,07...0,15 с. Якщо привод пневматичний, t_з = 0,15...0,3 с. За час t_з швидкість не змінюється, а уповільнення дорівнює нулю.

Час наростання уповільнення t_н – за цей час уповільнення змінюється від нульового значення до максимального, обмеженого зчіпними можливостями коліс з опорною поверхнею. Прийнято, що прискорення за час t_н наростає за лінійним законом, а тому графіком прискорення буде похила лінія. Графіком швидкості на цій ділянці буде крива, описувана параболою. Величина часу t_н залежить, насамперед, від привода. Якщо привод гідравлічний, тоді t_н = 0,05...0,15 с, якщо привод пневматичний, t_н = 0,15...0,4 с.

Сума t_н + t_з = t_с називається часом спрацьовування гальмівної системи. Згідно із Правилами № 13 ЄЕК ООН, ця сума повинна бути менш ніж 0,6 с (t_с < 0,6 с).

Час гальмування з постійним уповільненням t_m. Графіком уповільнення на цій ділянці буде пряма, паралельна осі абсцис. Якщо уповільнення постійне, тоді швидкість руху автомобіля на цій ділянці буде похила лінія;

Час розгальмування t₀ – час від початку відпускання педалі гальма до появи зазорів між фрикційними елементами.

Графіки залежностей уповільнення і швидкості руху від часу гальмування називаються гальмівною діаграмою автомобіля.

Рисунок 6.1 – Гальмівна діаграма

На рисунку 6.2 представлена розрахункова схема гальмування двовісного автомобіля.

Рисунок 6.2 – Розрахункова схема

При гальмуванні на горизонтальній дорозі на автомобіль діють наступні сили: сила тяжіння G_a нормальні реакції передньої R_Z1 і задньої R_Z2 вісей; сумарні подовжні реакції в контактах коліс з дорогою на передній осі R_x1, задній осі R_X2, які дорівнюють гальмівним силам P_тop1 і Р_тор2, сила інерції, що дорівнює добутку маси автомобіля на уповільнення.

Гальмівні сили при екстреному гальмуванні:

,

де – коефіцієнт зчеплення колеса з опорною поверхнею.

Як приклад нижче наведено значення коефіцієнта зчеплення для деяких опорних поверхонь.

Асфальтобетон:

• сухий 0,6... 0,8;

• мокрий 0,35...0,6.

• Ґрунтова дорога:

• суха 0,4...0,6;

• після дощу 0,2...0,4;

• бездоріжжя 0,25...0,3.

• Пісок:

• сухий 0,2...0,4;

• вологий 0,35...0,5.

6.1

Щоб знайти R_Z1 і R_Z2, потрібно розглянути рівняння рівноваги моментів від сил, що діють, відносно точки 2

де а і b – відстані відповідно від передньої та задньої вісей до центра мас автомобіля;

L – база автомобіля.

h_g - висота центру мас над поверхнею дороги.

Координати центру мас автомобіля (а, b) можна визначити, розглянувши рівняння рівноваги моментів від дії сил на нерухомий автомобіль відносно точки 2. На нерухомий автомобіль діють тільки G_a, R_Z1 і R_Z2. Тоді:

З рівняння (3.1):

Якщо прийняти - при гальмуванні з повним використанням гальмівних сил, тоді:

6.2

По цих формулах можна розрахувати нормальні реакції при гальмуванні в заданих дорожніх умовах. Відношення

тобто співвідношення гальмівних сил має бути таке ж, як співвідношення нормальних реакцій, а самі сили:

6.3

Користуючись цими формулами, можна розрахувати і побудувати залежність Р_тор2 = f (Р_тор1). Її вигляд представлений на рисунку 6.3.

Порожній (ідеальна залежність)

Завантажений (ідеальна за- лежність)

Рисунок 6.3 – Залежність Р_тор2= f(Р_тор1).

Аналіз цієї залежності дозволяє встановити, що для кожного коефіцієнта зчеплення в діапазоні його можливої зміни існує певне співвідношення P_тop1/P_тop2, причому по величині для кожного різне. Якщо гальмівна система може забезпечити цю залежність, то це буде ідеально. Найпростіші гальмівні системи без регулятора забезпечують постійне співвідношення P_тop1/P_тop2.

Якщо при гальмуванні першими заблокуються задні колеса, а передні ще не дійдуть до межі по – у автомобіля розпочнеться занесення.

Якщо при гальмуванні заблокуються першими передні колеса, автомобіль втратить керованість.

Із графіка рисунок 6.3 видно, що якщо ординати прямої, відповідні Р_тор2, знаходяться нижче за ідеальну криву, то буде забезпечений другий варіант - першими заблокуються колеса передньої осі. Ясно, що при, = 0,8 це відповідатиме всьому можливому діапазону зміни , а якщо узяти, наприклад, = 0,6, то при силі Р_тор1 більшій, чим відповідна величина при = 0,6, на колесах другої осі повинна розвиватися сила більша, ніж при = _max, а отже, вони заблокуються першими.

Проте вибір лінійної залежності P_тop1/P_тop2 = 0,8 збільшує недовикористання можливого зчеплення колеса з дорогою в цілому. Недовикористання зчеплення можна оцінити по величині питомої гальмівної сили:

6.4

розрахувавши значення при звичайній і ідеальній гальмівних системах.

Для зменшення недовикористання зчеплення колеса з дорогою застосовують регулятор гальмівних сил, що змінює співвідношення P_тop1/P_тop2 залежно від ваги автомобіля і інтенсивності гальмування.

Гальмівний шлях і стале уповільнення при екстреному гальмуванні можна визначити за формулами:

6.6

6.5

де t_c – час запізнювання спрацьовування приводу;

t_н – час наростання уповільнення;

V₀ – початкова швидкість гальмування автомобіля;

g =9,81 м/с² – прискорення вільного падіння.

6.3. Порядок виконання роботи

1. Вихідними даними для розрахунку є висота центра мас автомобіля, яку приймають рівній висоті вантажного майданчика для вантажних автомобілів і діаметру колеса для легкових.

Значення приймається: для розподілу гальмівних сил – 0,2; 0,4; 0,6; 08; для побудови гальмівної діаграми – 0,6; 0,7; 0,8.

Початкова швидкість гальмування (км/год): для легкових АТС – 80; для вантажних – 60.

Значення t_н вибирається згідно конструкції автомобіля: 0,2 с – для легкових автомобілів; 0,4 с – для вантажних автомобілів з гідроприводом; 1,5 с – для вантажних автомобілів з пневмоприводом; 1,2 с – для автобусів.

Для гальмівної системи без регулятора:

Розрахунок проводити для одного автомобіля в різних станах (навантажений і ненавантажений).

2. Провести розрахунки по формулі 6.2 значень R_z1 та R_z2, по формулі 6.3

– значень Р_тор1 та Р_тор2, по формулі 6.4 – значень при різних значеннях для завантаженого і незавантаженого автомобіля. Результати розрахунків занести до таблиці 6.1

Таблиця 6.1 – Результати розрахунків

Показники
Порожній	Завантажений
0,2	0,4	0,6	0,8	0.2	0,4	0,6	0,8
Гальмівна система з ідеальним регулятором
RZ1
RZ2
Ртор1
Ртор2
Ртор1 / Ртор2
Гальмівна система без регулятора
Ртор2

3. За отриманими даними (таблиця 6.1) побудувати залежність

Р_тор2 = f (Р_тор1).

4. Розрахувати S_T і j_ycm для трьох значень по формулам (6.5) (6.6);

5. Заповнити таблицю 6.2 і побудувати гальмівну діаграму.

Таблиця 6.2 – Результати розрахунків для побудови гальмівної діаграми

Показ- ники

Гальмівна діаграма розбивається на кілька частин і для кожної частини потрібно розрахувати j і швидкість.

І частина (t_c - час запізнювання спрацьовування приводу):

ІІ частина (t_H - наростання тиску в гальмівному приводі): j наростає від 0 до j_уст;

6.7

.

6.8

.

Значення t приймається від 0 до t_Н

ІІІ частина (t₃ - гальмування із сталим уповільненням):

J_ycm = соnst

.

Значення t приймається від 0 до t _з

Таблиця заповнюється для 3-х значень для 2-ої і 3-ої частини діаграми.

Гальмівна діаграма показана на Рисунок 6.1. На цьому ж графіку показана залежність V =f (t), отримана по формулам (6.7) та (6.8). На рисунку 6.4 показана залежність S_T =f().

Рисунок 6.4 – Залежність S_T =f()