Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 24.1

Нормативы эффективности торможения для автомобилей, находящихся

в эксплуатации

Таблица 24.2

Нормативы эффективности торможения для новых автомобилей

Кате-

гория

М,

Тип и наименование

автотранспортного средства

С двигателем, предназначен-

ные для перевозки пассажи-

ров, имеющие не более

восьми мест для сиденья,

кроме водителя, или создан-

ные на их базе модификации,

предназначенные для пере-

возки мелких грузов

То же, имеющие более

восьми мест для сиденья,

кроме места водителя (РАФ,

УАЗ-452)

То же (автобусы ПАЗ, ЛАЗ,

ЛиАЗ,

КАВЗ)

Одиночные, с двигателем,

предназначенные для

перевозки грузов (грузовые

автомобили и тягачи, УАЗ

моделей

451,

452, 452Д)

То же (грузовые автомобили

ГАЗ, ЗИЛ,

КАЗ)

То же (грузовые автомобили

МАЗ, КамАЗ, КрАЗ, «Урал»)

Автопоезд одиночный авто-

мобиль с прицепом к легко-

вым автомобилям

Автопоезд грузовой автомо-

биль с прицепом (ГАЗ с при-

цепом ТН-2)

Автопоезд'

одиночный авто-

мобиль категории

а так-

же автомобили КАЗ, ЗИЛ с

прицепами и полуприцепами

Полная

масса, т

До 5

включи-

тельно

Свыше 5

До 3,5

включи-

тельно

Свыше

3,5 до 12

Свыше

До 3,5

включи-

тельно

Свыше

3,5 до 12

Свыше

Усилие

на органе

управления,

Н/кгс

490,5/50

686,7/70

Тормозной

путь/замедле-

ние,

м/с

при скорости

км/ч

16,2/5,2

21,2/4,5

23,0/4,0

пытания

проводят не менее двух раз с промежутками времени,

достаточными для охлаждения тормозных механизмов.

Испытаниями типа II определяют эффективность тормозной

системы при движении автомобиля на затяжных спусках. Тормоз-

320

Тип испытания

Испытание

типа 0 с отсо-

единенным

двигателем

Испытание

типа 0 с подсо-

единенным

двигателем

Параметр

v = 80%

Усилие на органе

управления

Значений параметров для видов испытания

0-1

км/ч

0,Ь

+ гЯ/150

5,8

м/с

160

км/ч

0,lv

1^/130

5,0

м/с

50 даН

0-1

км/ч

0-1-11

или ПА

км/ч

0-1

км/ч

0-1

км/ч

0-1-11

км/ч

0,15i;+

1^/130

5,0

м/с

100

км/ч

120

км/ч

100

км/ч

0,15и+

1^/103,5

4м/с

70 даН

Примечание,

v — скорость начала

торможения;

S — тормозной путь по

расчетным формулам; а — замедление при торможении.

ные

механизмы нагреваются путем длительного торможения ав-

томобиля, движущегося с скоростью 30 км/ч на спуске с уклоном

6 % и длиной 6

м.

Допускается метод буксирования с заданной

скоростью и усилием в тягово-сцепном устройстве при условии

равенства количества энергии, поглощаемой в процессе тормо-

жения, количеству энергии при торможении на спуске.

Для автомобилей, находящихся в эксплуатации, тормозная

эффективность определяется ГОСТ

25478—82

(табл.

24.1),

требо-

вания которого по тормозному пути и установившемуся замедле-

нию на

20...25

% ниже, чем для новых автомобилей.

Нормативы, которым должна соответствовать эффективность тор-

мозных систем новых автомобилей категории

(табл. 24.2), соглас-

но международным требованиям

регламентирует

ГОСТ Р

41.13—99

(правила ЕЭК № 13).

Измерительная экспериментальная аппаратура. Аппаратура долж-

на обеспечивать измерение тормозного пути с точностью ±2,5

скорости начала торможения и замедления — с точностью

±1,5

усилия на органе управления, курсового утла, температуры тор-

мозных механизмов — с точностью ±3

Наибольшее распростра-

нение получили приборы типа

«Мотомер»

«Пайслер»,

а также

«пятое колесо», выпускаемое

отечественной

промышленностью.

Путь, скорость и замедление автомобиля могут фиксироваться с

помощью цифровой регистрирующей аппаратуры (см. гл. 23), а

I 1

Вахламов

321

Рис. 24.5. Пример регистрации про-

цесса торможения

артомобиля:

1 — график замедления; 2 — график

процесса нажатия на тормозную пе-

даль; 3 — время

торможения;

4—

гра-

фик изменения давления в тормозной

системе

(р

г>:

)

температура тормозных механиз-

мов — датчиками температуры

(термопарами и индикаторными

приборами).

При регистрации тормозной

диаграммы с помощью самопис-

цев используют датчики времени,

замедления (акселерометры) и

усилия на органе управления

(тен-

зометрическую

педаль).

Рассмотрим пример реги-

страции процесса торможения

(рис. 24.5). После нажатия води-

телем на тормозную педаль до

начала замедления автомобиля

проходит время

определяемое

как запаздывание тормозной си-

стемы. За время

замедление на-

растает, а в период

замедление считается установившимся

—

суммарное время торможения). Из-за нестабильности выдержи-

вания установившегося замедления и усилия на тормозной педа-

ли (вследствие изменения дорожного сопротивления, вибраций

тормозной системы, нестабильности сил сцепления шин с до-

рожной поверхностью) графики замедления и усилия на педали

регистрируются как колебательный процесс.

Для получения статистических данных о процессе торможения

испытания проводят многократно. Графики усредняют таким обра-

зом, чтобы суммарная площадь выбросов графика при проведении

средней горизонтальной линии была приблизительно одинакова

над и под горизонталью. За средние принимают значения

тс

отсчитываемые от нулевой линии до усредняющей горизонтали.

По результатам испытаний составляют отчет, в котором изла-

гают результаты и дают

анализ^

полученных данных.

Организация

испытаний.

Испытания проводят водители, име-

ющие опыт вождения автомобилей с высокими скоростями в слож-

ных дорожных условиях. Для обеспечения необходимого темпа

нажатия на

органы

управления тормозной системы все испыта-

ния от начала до завершения проводят водители, прошедшие спе-

циальную подготовку.

При

испытаниях

автомобиль разгоняют до скорости большей, чем

задается (приблизительно на 5 км/ч), затем по сигналу оператора

водитель отключает двигатель от трансмиссии, автомобиль движется

накатом, снижая скорость. При достижении заданной скорости по

сигналу оператора водитель выполняет экстренное торможение.

Во время испытания должны быть соблюдены условия их без-

опасности, а именно:

испытания проводят при наличии автомобилей сопровожде-

ния, скорой медицинской помощи и пожарного;

дорожный участок должен быть свободен от любых объектов,

которые могут создать аварийную обстановку;

у въездов на

испытательный

участок устанавливают посты пред-

упреждения;

испытуемый автомобиль оборудуют специальной рамой, ук-

репляющей крышу и стойки;

ремнями безопасности оборудуют рабочие места водителя и

оператора, которые должны иметь шлемы;

измерительную и регистрирующую аппаратуру закрепляют так,

чтобы исключить возможность ее перемещения в кузове при оп-

рокидывании.

Контрольные вопросы

Чем объясняется отклонение действительных параметров торможе-

ния от теоретических?

2. Объясните влияние сопротивления движению на торможение.

3. Когда получается большой тормозной путь: при блокированных

колесах или при торможении без блокировки? Чем объясняется разли-

чие в величине этих двух тормозных путей?

4. От чего зависит теоретическое распределение тормозных сил на

колеса?

5. Почему при торможении автомобиля происходит перераспределе-

ние нагрузки по осям?

6. Каковы требования к эффективности торможения автомобилем?

7. Как и почему отличаются требования для автомобилей, находя-

щихся в эксплуатации, и новых?

8. Какие основные параметры эффективности торможения определя-

ют при испытаниях автомобилей и какие приборы при этом использу-

ют?

322

Глава

ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

25.1. Измерители и показатели топливной экономичности

Стоимость топлива составляет 10... 15 % всех затрат на перевоз-

ки. Топливо необходимо использовать с максимальной эффектив-

ностью, не допуская его потерь и неоправданных затрат.

Совершенство конструкции автомобиля оценивают по расходу

топлива Q, л, отнесенному к длине пройденного пути (пробегу)

S*,

км. Путевой расход топлива при пробеге 100 км

=10

<2/5*.

(25.1)

Часто для оценки топливной экономичности подвижного со-

става применяют также расход топлива

тр

отнесенный к едини-

це транспортной работы,

-км:

где

Рт

_ плотность топлива, кг/л;

— масса перевезенного гру-

за, т;

5"ф

— пробег автомобиля с грузом, км.

Измерителем топливной экономичности автомобильного дви-

гателя служат часовой расход топлива

удельный эффективный расход

топлива

г/(кВт-ч).

Часовой расход топлива, кг/ч

или

3600

<2р

Д,

(25.3)

где t — время, соответствующее расходу топлива Q.

Показателем топливной экономичности автомобиля служит

контрольный расход топлива, т.е. путевой расход, л, на 100 км

пути, определяемый экспериментально при равномерном движе-

нии по горизонтальной дороге (скорость движения нормирована

для каждого типа автомобиля).

Кроме контрольного расхода топлива, при экспериментальных

испытаниях автомобиля на топливную экономичность определяют

расход топлива на переменных режимах движения в магистральном

цикле на дороге, в городском цикле на дороге и на стенде, а также

топливные характеристики установившегося движения и движе-

ния на

магистрально-холмистой

дороге (с переменным

профилем)^.

Режимы движения при определении топливно-экономической

характеристики для каждой категории автомобилей (легковые,

324

4(5)

км/ч

О 200 400 600

800/1100

1400 1700 2000 2200

1000

3000

S, м

/и

(

)50

3 800 1000

1400

2000

400

1200 1600

2400

00 27

2800 3200

00 35

3600

5,м

км/ч

О 65

|l81\338|455\

628 758

1000

131 205 408 500

805

1500

1138 1255

1208

1803

1873

1920

S, м

Рис.

25.1.

Городской и магистральный циклы для легковых (а) и грузовых

(б) автомобилей и автобусов (в):

1 .5 — номера включенных передач в коробке

грузовые, автобусы) регламентируются ГОСТ

20306—90

для го-

родскрго

и магистрального циклов. Так, для автомобилей грузо-

подъемностью до 3,5 т (имеются в виду легковые

автомобили),

также для автобусов, эксплуатирующихся в основном в городских

325

условиях, разработан

городской

цикл движения. Учитывая труд-

ность выдерживания

режима,

движения в городе из-за большой плот-

ности транспортных потоков, испытания проводят на полигоне.

На специальных дорогах полигона испытуемые автомобили

движутся с частыми разгонами, накатами, остановками и с раз-

личными постоянными скоростями так, чтобы имитировать ве-

роятностные режимы, характерные для города (рис.

25.1,

а).

Для грузовых автомобилей на полигоне имитируют режим дви-

жения, соответствующий

магистральной

междугородной трассе,

где остановок значительно меньше. Но поскольку и на междуго-

родних трассах имеется транспортный поток, приходится приспо-

сабливаться к колебаниям его скорости (рис.

25.1,

б).

Максимальная

скорость

автобусов в городе меньше, чем лег-

ковых автомобилей, а

остановки

могут быть через короткие ин-

тервалы пути (рис.

25.1,

в)

Контрольный расход топлива позволяет оценить соответствие

автомобиля

утвержденным

техническим требованиям и современ-

ному уровню автомобилесгроения.

Чтобы выяснить связь между отдельными

измерениями

топ-

ливной экономичности, подставим в формулу (25.3) величину Q

из выражения (25.1):

зб<?

57/,

(25.4)

но

S*/t

£/(10000

v/1000,

где S — пробег автомобиля, м.

Следовательно,

= 36-

10~

г>.

Цайдя

из последнего выражения

и подставив значение

согласно формуле (25.2) определим путевой расход топлива (на

100 км пути):

3600р

г>

(25.5)

25.2.

Топливно-экономическая

характеристика автомобиля

Топливно-экономическая

характеристика позволяет определять

расход топлива в зависимости от скорости автомобиля. Она пред-

ставляет собой график зависимости путевого расхода топлива от

скорости автомобиля (рис. 25.2, а).

График характеризует топливную экономичность автомобиля

при равномерном движении и позволяет определить расход топ-

лива по известным значениям v и

\|/.

Например, при движении

автомобиля со скоростью

по дороге, качество которой характе-

ризуется коэффициентом

\|/

расход топлива равен

Можно решить и

обратную

задачу: определить максимально

возможную

скорость, которую может развить автомобиль при дан-

326

Рис. 25.2. Топливно-эконо-

мическая характеристика

автомобиля:

¥ь

¥г>

¥з

коэффициенты со-

противления дороги;

<?),

ft —

расходы топлива; АА\ — кри-

вая, ограничивающая макси-

мальную скорость;

д'

тш

—

минимальный расход топлива

и скорость, соответствующие

экономичному режиму

ном расходе топлива. Так, если расход

топлива не должен превышать

то на

дороге с коэффициентом

\j/

скорость

автомобиля не должна превышать

Задачи подобного рода возникают

при выявлении экономически целесо-

образной скорости автомобиля на ав-

томагистралях.

Каждая кривая графика имеет две

характерные точки. Одна из них опре-

деляет минимальный расход топлива

при движении по дороге с данным ко-

эффициентом (например,

д'

тп

при

\\!

{

Скорость

соответствующую этому

расходу, называют экономической. Дру-

гая (конечная) точка кривой опреде-

ляет расход топлива при полной нагруз-

ке двигателя, что соответствует скоро-

сти, максимально возможной при дан-

ном коэффициенте (точки а, в, с). Огибающая кривая

AAi,

прове-

денная через эти точки, представляет собой зависимость путевого

расхода топлива от скорости при полной нагрузке двигателя.

Перегибы в правых частях кривых, вызванные обогащением

смеси при включении экономайзера, получают при построении

характеристики по данным лабораторных исследований двигателя

с большим числом экспериментальных точек. Если же характери-

стику строят по небольшому числу точек

(5...6),

такого перегиба

кривых на графике можно и не получить.

Показателем топливной экономичности автомобиля служит

минимальный путевой расход топлива, соответствующий скорос-

ти при испытаниях автомобиля с полной нагрузкой на горизон-

тальном участке дороги с твердым покрытием.

Указываемый в технических характеристиках автомобилей кон-

трольный расход топлива практически мало чем отличается от

минимального расхода.

Экспериментально определяют топливные характеристики для

движения двух видов: установившегося и на дороге с переменным

профилем.

В первом случае измеряют расход топлива при движении авто-

мобиля на высшей передаче по горизонтальной дороге с задан-

ными постоянными скоростями от минимально устойчивой до

максимальной.

Во втором случае измеряют расход топлива при движении ав-

томобиля по измерительному участку со специально заданным

профилем. При этом автомобиль должен двигаться с максимально

возможной скоростью.

327

25.3. Влияние

конструктивных

и эксплуатационных

факторов на расход топлива

Выясним основные

факторы,

от которых зависит путевой рас-

ход топлива

Из уравнения

мощносткого

баланса имеем

NT,

(Р

Р>/Т1тр.

(25.6)

Подставив выражение (25.6) в формулу (25.5), получим

3600р

тр

(25.7)

Расход топлива на единицу пробега уменьшается при улучше-

нии топливной экономичности двигателя, оцениваемой

Все

конструктивные параметры двигателя и особенности его рабочего

процесса, от которых зависит

влияют на топливную эконо-

мичность автомобиля. Расход топлива автомобилем возрастает при

увеличении сил сопротивления трансмиссии, дороги и воздуха.

Во время разгона часть топлива расходуется на увеличение кине-

тической энергии автомобиля, вследствие чего путевой расход

топлива также возрастает.

Практическое использование уравнения (25.7) для определения

расхода топлива затруднительно тем, что КПД трансмиссии, вхо-

дящий в его уравнение, не является постоянным, а зависит от ус-

ловий движения автомобиля. Чем меньше силы сопротивления дви-

жению, тем меньше значения

г)^.

В случае движения автомо-

биля с малой скоростью по дороге хорошего качества, когда силы

невелики, коэффициент

г)тр

может иметь намного меньшее

значение, чем указано в подразд. 21.4. В значение путевого расхода

топлива вносят некоторую погрешность, считая

г)^

постоянным,

так как введение переменного

г\^

намного усложняет расчеты.

Удельный расход топлива

изменяется в зависимости от угло-

вой скорости коленчатого вала и коэффициента И степени ис-

пользования мощности двигателя (рис. 25.3). При работе двигателя

с малой нагрузкой относительные затраты энергии на преодоле-

ние внутреннего сопротивления велики, и в области малых зна-

чений Я кривые

поднимаются. По мере увеличения коэффици-

ента использования мощности И топливная экономичность улуч-

шается, так как удельный эффективный расход топлива снижает-

ся. При больших

нагрузках

происходит обогащение рабочей сме-

си, что приводит к повышению

Таким образом, изменение со-

противления движению, влияющее на использование мощности

двигателя, вызывает изменение скорости автомобиля и отражает-

ся на расходе топлива.

328

Для определения расхода топлива в кон-

кретных дорожных условиях необходимо рас-

полагать экспериментальным графиком —

нагрузочной характеристикой двигателя. Если

экспериментальных данных нет, можно вос-

пользоваться следующей приближенной ме-

тодикой. Определяют удельный эффективный

расход топлива,

г/(кВт-ч),

8е

(25.8)

где

— коэффициенты, учитывающие

соответственно изменения

в зависимости

от

со

И;

— минимальный удельный

эффективный расход топлива,

г/(кВт-ч).

Примерные значения коэффициента

приведены на рис. 25.4, а (сплошная линия

характеризует изменение этого коэффициен-

та для карбюраторных двигателей, а штриховая

вая

(рис. 25.4, б) относится к двигателям

Согласно уравнениям (25.7) и (25.8), при

k,AP

+ Р

\(г

/V//V,*

•«

/бе

3600р

тр

Рис. 25.3. Зависимость

удельного расхода то-

плива

от степени

использования мощ-

ности двигателя И и

угловой скорости ко-

ленчатого вала

—

для

дизелей).

Кри-

обоих типов.

(25.9)

Для построения топливно-экономической характеристики ис-

пользуют график мощностного баланса автомобиля. Задавшись

несколькими значениями коэффициента сопротивления дороги,

определяют мощность

и суммарную мощность

а затем

наносят их на график (рис. 25.4, в). Разделив диапазон изменения

скорости на высшей передаче от

min

до

max

на несколько интерва-

лов, для каждого значения скорости определяют отношение

V/V

(или

со

/со//)

и с помощью графика (см. рис. 25.4, б) находят зна-

чение

Для каждого значения v (или

со

)

по графику мощностного

баланса определяют значения

Затем находят коэф-

фициент И при заданном коэффициенте

\j/,

а далее по графику

(см. рис. 25.4, а) определяют коэффициент

Подставляя найден-

ные значения

k,u

формулу (25.9), вычисляют расход топли-

ва

при движении автомобиля по дороге с данным коэффици-

ентом

\|/.

Повторив расчеты для других значений

vj/,

строят топлив-

но-экономическую

характеристику автомобиля, которая, одна-

ко, не учитывает непрерывного изменения дорожной обстановки

и связанных с этим изменений скоростного и нагрузочного режи-

мов работы двигателя.

Топливная экономичность ухудшается главным образом в ре-

зультате неправильного регулирования приборов систем питания

329

0,5

""ч.

__^

*—

•

"""""

0 0,4 0,8

ск

1,2

1,1

1,0

0,9

О 0,4 0,8

/cutf

V\=V

min

max

Рис. 25.4. Зависимости коэффициентов

/://от

коэффициента использова-

ния мощности двигателя (a),

— от отношения угловых скоростей (б)

и определение степени использования мощности (в)

и зажигания, а также

распределительного

механизма двигателя.

Так, при неисправном экономайзере расход топлива может уве-

личиться на

10...

Отклонение уровня топлива в поплавковой

камере карбюратора от нормального также сопровождается ухуд-

шением топливной экономичности. Если не работает одна свеча

зажигания, то расход топлива у автомобиля с шестицилиндровым

двигателем возрастает на

20...

при двух неисправных свечах —

на

50...60%.

Неправильная установка зажигания может вызвать

повышение расхода топлива на

7...

10 %.

При чрезмерном охлаждении двигателя возрастают тепловые

потери и уменьшается индикаторный КПД двигателя. Часть топ-

лива поступает в цилиндры в виде неиспарившихся капель и не

успевает сгореть. Все это приводит к увеличению расхода топлива

и ухудшению топливной экономичности автомобиля. При пони-

жении температуры

с+95до+75°С

расход топлива увеличивается

на

6...

7 %, а при понижении ее до +65

°С

— почти на 25 % (точки

А, В,

на

рис. 25.5,

а).

На топливную экономичность автомобиля влияет также техни-

ческое состояние агрегатов шасси. Неправильное регулирование

зацепления зубчатых колес главной передачи,

радиально-упор-

ных

подшипников и тормозных механизмов, малое давление воз-

духа в шинах или неправильно отрегулированное схождение

уп-

330

16_

10 15

г>,

м/с О

,=0,2

МПа

Ч),

10 20

г>,м/с

2,5 5

г>,м/с

Рис. 25.5. Зависимости топливно-экономической характеристики автомо-

биля от температуры охлаждающей жидкости (а), давления воздуха в

шинах для автомобиля грузоподъемностью 2,5 т (б), типа шин

(<?);

(7 —

шины широкопрофильные; 2 — обычные; 3 — арочные)

равляемых

колес вызывают дополнительное сопротивление дви-

жению и, как следствие, перерасход топлива на

10,..20%.

Уменьшение давления воздуха в шинах с 0,3 до 0,2 МПа (при

скорости 15 м/с) увеличивает расход топлива

почти на

17%

(рис. 25.5,

б).

В случае замены обычных шин (кривая 2, рис. 25.5, в) широко-

профильными (кривая 7) расход топлива во всем эксплуатацион-

ном диапазоне скоростей автомобиля уменьшается, а при замене

обычных шин арочными (кривая 3) — увеличивается.

25.4. Топливная экономичность автопоезда

Работа автомобиля в составе автопоезда сопряжена с увеличе-

нием общего расхода топлива вследствие возрастания сил сопро-

тивления движению. Соответственно повышается и расход топли-

ва, отнесенный к единице пробега. Однако расход топлива, при-

ходящийся на единицу выполненной транспортной работы или

массы перевезенного груза, снижается. В результате себестоимость

перевозок грузов автопоездом меньше, чем себестоимость пере-

возок одиночным автомобилем. В сочетании с повышением про-

изводительности это приводит к значительному экономическому

эффекту и способствует широкому распространению автопоездов.

Для того чтобы выяснить причину улучшения топливной эко-

номичности при использовании прицепов, определим расход топ-

лива автопоездом на единицу транспортной работы

(т-км).

Под-

ставим в формулу (25.2) значение Q согласно выражению (25.1):

Отношение

S^/S*

называют коэффициентом использования про

бега

ргр.

Кроме того, масса груза

где

— вес груза, Н.

Следовательно

Подставим в эту формулу значение

согласно выражению (25.7).

Тогда, пренебрегая для простоты силами

имеем:

IQO&XI/GO

Вес груженого автомобиля (автопоезда) равен сумме весов

снаряженного автомобиля

и груза

(7^,

поэтому

Со

ЗбПтрРф 1

<^ф

(25.10)

Расход топлива

в большой степени зависит от отношения

собственного веса автопоезда к весу груза и понижается при умень-

шении этого отношения.

В случае применения прицепа количество перевозимого груза

увеличивается приблизительно в 2 раза, а собственная масса ав-

топоезда возрастает всего на

50...60%.

Кроме того, степень ис-

пользования мощности двигателя у автомобиля, буксирующего

прицеп, выше, чем у одиночного автомобиля. Следовательно, КПД

трансмиссии седельного тягача выше, чем бортового автомобиля,

так как больше нагрузка, передаваемая трансмиссией.

В результате расход топлива, отнесенный к единице транспорт-

ной работы, у автопоезда значительно меньше, чем у одиночного

автомобиля.

332

25.5. Понятие о нормах расхода топлива

Нормирование расхода топлива стимулирует снижение затрат

на перевозки пассажиров и грузов.

В результате проведения теоретических и экспериментальных

работ установлено, что расход топлива можно рассматривать как

величину, состоящую из двух частей. Одна из них представляет

собой постоянные потери энергии в двигателе и затраты ее на

передвижение автомобиля, а другая — расход топлива, необходи-

мого для передвижения груза, т. е. для выполнения транспортной

работы:

где

Kfi

— норма расхода топлива на передвижение автомобиля и

внутренние потери в двигателе;

— норма расхода топлива на

единицу транспортной работы

Маневрирование автомобиля связано с расходом топлива, а

его простой — с остыванием агрегатов (двигателя, коробки пере-

дач, ведущего моста), на разогрев которых также необходимо зат-

ратить топливо. Чтобы учесть этот дополнительный расход топли-

ва, в уравнение нормирования вводят третий член, пропорцио-

нальный числу ездок

Q =

(25.11)

А^.

зависят от типа автомобиля и

где

ТЗ

— норма дополнительного расхода

топлива

на каждую

ездку, л.

Конкретные нормы

А^,

условий его работы.

Грузовые автомобили с бортовой платформой осуществляют

перевозки на большие расстояния. Число ездок, приходящееся на

100 км пробега, у них сравнительно невелико, поэтому

К^

обыч-

но включают в норму расхода

Т2

Автомобили

-самосвалы

работают на коротких расстояниях и

перевозят груз только в одном направлении. Это позволяет упрос-

тить расчеты, включив для них норму расхода топлива

К&

в норму

расхода

т1

У легковых автомобилей масса полезной нагрузки невелика по

сравнению с собственной массой автомобиля, поэтому для них

норма расхода топлива относится к 100 км

пррбега.

Автопоезда обычно перевозят грузы на

большие

расстояния,

поэтому для расчета используют лишь первые два члена уравне-

ния

(25.1

1).

При этом норму

К^

автопоезда увеличивают на каж-

дую тонну собственной массы прицепа по

сравнению

с нормой

для одиночного автомобиля на 2,5 л для тягача с карбюраторны-

ми двигателями и на 1,5 л для тягача с дизелями. Норма расхода

333

топлива на единицу транспортной работы остается той же, что и

для одиночного автомобиля.

Контрольные вопросы

Назовите основные измерители и показатели топливной экономич-

ности автомобиля и автопоезда.

2. От каких факторов зависит расход топлива?

3. Что такое

топливно-экономическая

характеристика автомобиля, как

ее построить и какие эксплуатационные задачи можно решить с ее по-

мощью?

4. Зачем нужны нормы расхода топлива?

Глава 26

УСТОЙЧИВОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

26.1. Показатели устойчивости

Под потерей устойчивости подразумевают опрокидывание или

скольжение автомобиля. В зависимости от направления опрокидыва-

ния (скольжения) различают продольную и поперечную устойчивость.

Более вероятна и опасна потеря поперечной устойчивости, которая

происходит под воздействием центробежной силы, поперечной со-

ставляющей силы тяжести автомобиля, силы бокового ветра, а так-

же в результате боковых ударов колес о неровности дороги.

Показателями поперечной устойчивости автомобиля являются

максимально возможные скорость и угол поперечного уклона до-

роги (косогора). Оба показателя могут быть определены из усло-

вий поперечного скольжения колес (заноса) и опрокидывания

автомобиля. Таким образом, имеются четыре показателя попереч-

ной устойчивости:

— максимальные (критические) скорос-

ти автомобиля по окружности, соответствующие началу его сколь-

жения и опрокидывания, м/с;

,Р

— максимальные (критичес-

кие) углы косогора, соответствующие началу поперечного сколь-

жения колес и опрокидывания автомобиля, град.

При анализе факторов, влияющих на устойчивость, необходи-

мо знать поперечную силу, вызывающую занос или опрокидыва-

ние автомобиля. При повороте автомобиля такой силой является

центробежная сила. Чтобы определить ее, рассмотрим схему, при-

няв, что автомобиль является плоской фигурой и движется по

горизонтальной дороге, а шины в поперечном направлении не

деформируются (рис. 26.1).

На участке 1—2 автомобиль движется прямолинейно, и его

управляемые колеса находятся в нейтральном положении. На участке

2—3 водитель поворачивает колеса, и автомобиль движется по кри-

вой переменного радиуса (первой переходной кривой). На участке

3—4 положение управляемых колес, повернутых на угол 0, остает-

ся неизменным, а радиус R траектории середины заднего моста —

постоянным. На участке 4—5 (второй переходной кривой) води-

тель поворачивает колеса в обратную сторону, и радиус R посте-

пенно увеличивается. На участке 5— 6 автомобиль снова движется

прямолинейно.

При равномерном движении по дуге постоянного радиуса цен-

тробежная сила, Н,

/то

р,

(26.1)

Рис.

26.1.

Движение автомобиля на повороте:

— центробежная сила;

— поперечная составляющая центробежной силы;

Л/

— инерционный момент; 9 — угол между продольной осью автомобиля и

вектором скорости середины переднего моста;

— угол между радиусом кривиз-

ны траектории ЦТ (центра тяжести) и продолжением оси заднего моста; R —

радиус траектории середины заднего моста

где т — масса автомобиля, кг; со — угловая скорость

автомобиля

при повороте, рад/с; р — расстояние от центра поворота (точка 0)

до центра тяжести автомобиля, м.

Вместе с тем

(26.2)

где

— угол между радиусом кривизны траектории центра тяже-

сти и продолжением оси заднего моста, град; 0 —

угол

между

продольной осью автомобиля и вектором скорости середины пе-

реднего моста (приблизительно равен полусумме углов поворота

управляемых колес), град.

Потеря устойчивости автомобилем особенно опасна при боль-

шой скорости, когда движение его близко к прямолинейному. Угол

0 при этом сравнительно невелик, и можно считать, что tg0

Таким образом, центробежная сила, действующая на автомо-

биль при его равномерном движении по дуге окружности (R = const),

/(Rcosy)

mi;

6/(LcosY).

336

Поперечная составляющая центробежной силы

Q/L

(26.3)

При движении по переходным кривым на автомобиль действу-

ет также сила, вызванная изменением кривизны траектории. По-

перечная составляющая этой силы пропорциональна скорости

автомобиля и угловой скорости поворота управляемых колес

со

РУ =

/И1»/

со

Появление силы Ру объясняется тем, что при движении по

траектории переменной кривизны автомобиль поворачивается не

только относительно точки 0, но и

вокруг

центра тяжести (ЦТ).

Чем больше скорость автомобиля и чем резче водитель повора-

чивает рулевое колесо, тем больше сила Ру и, как следствие, ве-

роятнее потеря устойчивости автомобилем.

Следовательно, суммарная центробежная сила, действующая

на автомобиль во время поворота управляемых колес,

Сила

Ру,

действующая на автомобиль при криволинейном дви-

жении, пропорциональна квадрату скорости автомобиля v и углу 0.

Сила Ру действует только во время поворота передних колес. При

входе автомобиля в поворот угол 0 возрастает, скорость

со

поло-

жительна, и сила

складываясь с силой

увеличивает опас-

ность опрокидывания или заноса. При выходе из поворота угол 0

уменьшается, скорость

оо

ук

отрицательна, и автомобиль может

двигаться с большей скоростью без потери устойчивости. Практи-

чески сила Ру влияет на устойчивость автомобиля лишь в начале

первой переходной кривой и в самом конце второй, когда эта

сила соизмерима с силой

На участке постоянного радиуса (кру-

говой кривой) она отсутствует, так как

со

= 0.

В результате поворота автомобиля вокруг центра тяжести воз-

никает также инерционный момент

пропорциональный уг-

ловому ускорению и моменту инерции автомобиля. Под действи-

ем момента

происходит перераспределение поперечных реак-

ций дороги между мостами автомобиля, но обычно влияние этого

момента на устойчивость автомобиля сравнительно невелико, и

его можно не учитывать.

Определим критические скорости автомобиля по условиям

опрокидывания и заноса (рис. 26.2, а). Под действием центробеж-

ной силы

автомобиль может опрокинуться относительно оси,

проходящей через центры контактов шин наружных колес с до-

рогой. Составим уравнение моментов сил относительно этой оси:

Q,5GB-Ph

(26.4)

337

Рис. 26.2. Схемы к расчету показателей поперечной устойчивости:

а — критических скоростей; б — критического косогора; G — вес автомобиля;

— высота

центра

тяжести; В — колея (расстояние между средними линиями

колес автомобиля);

ув

— сумма поперечных реакций дороги;

/?„

— сумма

нормальных реакций дороги; (3 — угол косогора

где

— сумма нормальных реакций дороги, действующих на

внутренние колеса автомобиля.

В момент начала опрокидывания внутренние колеса автомоби-

ля отрываются от дороги, и сила

= 0. Тогда

0,5GB

Подставив вместо силы

ее значение из формулы (26.3), по-

лучим выражение для критической скорости по условиям опро-

кидывания, м/с:

v =

(26.5)

В результате действия силы

может начаться также скольже-

ние шин по дороге в поперечном направлении. Сумма попереч-

ных реакций

>гн

дороги при этом равна сумме сил сцепле-

ния с дорогой всех шин автомобиля:

Отсюда критическая скорость по условиям скольжения, м/с,

(26.6)

Автомобиль может потерять устойчивость и во время прямоли-

нейного движения, если водитель резко повернет управляемые

колеса. Возникающая при этом центробежная сила может быстро

достигнуть

значения

силы сцепления шин с дорогой.

Определим промежуток времени, в течение которого центро-

бежная сила увеличится до опасного предела, предполагая, что

водитель поворачивает управляемые колеса с постоянной скорос-

тью и 6 -

В момент начала скольжения

)/L

338

откуда время, с,

Если скорость автомобиля велика, то резкий поворот управля-

емых колес вызовет занос автомобиля в течение короткого про-

межутка времени, который меньше времени реакции водителя,

поэтому он не сумеет погасить начавшийся занос.

При движении автомобиля по дороге с поперечным уклоном

потеря устойчивости возможна вследствие действия поперечной со-

ставляющей силы тяжести автомобиля, равной

Gsinp

(рис. 26.2, б).

Составим уравнение моментов всех сил относительно оси, про-

ходящей через центры контактов шин наружных колес с дорогой:

R&B

G sin

РЛ

5BG

cos p.

В момент начала опрокидывания автомобиля реакции

= О,

тогда, разделив правую и левую части последней формулы на

имеем

Критический угол косогора по условиям опрокидывания

arctg(5/2/g.

(26.7)

Возможность автомобиля противостоять опрокидыванию в боль-

шой степени зависит от отношения

Я/(2А

называемого

коэффи-

циентом поперечной устойчивости.

Средние значения коэффициента

г|

поп

для автомобилей легко-

вых 0,9... 1,2, грузовых

0,55.

..0,

для автобусов

0,5.

..0,6.

Этим ко-

эффициентам соответствуют значения угла

40...

50°

для легко-

вых автомобилей,

30.

..40°

— для грузовых и

25.

..35°

для автобусов.

Критический угол косогора по условиям поперечного сколь-

жения определим, спроектировав все силы на плоскость дороги:

Gsinp

Вместе с тем по условиям сцепления шин с дорогой сумма

поперечных реакций в момент начала скольжения

^в

Кун

GcOSfityy.

Следовательно, критический угол косогора по условиям сколь-

жения

ск

= arctg

Фг

(26.8)

Для обеспечения безопасности движения автомобиля по кри-

вым малых радиусов строят вираж, на котором проезжая часть и

обочины имеют поперечный наклон к центру кривой (односкат-

ный поперечный профиль).

339