Глава 7. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АВТОПОЕЗДОВ

7.1. Тягово-скоростные свойства

Эксплуатационными называются свойства автопоездов, определяющие качество выполнения основной задачи — транспортирования грузов и пассажиров. Эксплуатационные свойства автопоездов определяют средние скорости движения в различных дорожных условиях, расход топлива, безопасность движения и т. д.

Важнейшими эксплуатационными свойствами автопоездов являются тягово-скоростные и тормозные свойства, топливная экономичность, проходимость, управляемость и устойчивость.

Теория движения автопоездов позволяет оценить показатели эксплуатационных свойств конкретного автопоезда, определить оптимальные условия его применения при решении транспортной задачи или, наоборот, по конкретным условиям эксплуатации определить (подобрать) необходимые технические параметры автопоезда.

Тягово-скоростные свойства определяют возможные диапазоны изменений скорости и интенсивности разгона автопоезда в различных дорожных условиях, т. е. определяют максимально возможную среднюю скорость движения в заданных условиях.

Установлено семь показателей тягово-скоростных свойств: скоростная характеристика разгон — разбег,

скоростная характеристика на высшей и предшествующей передачах, скоростная характеристика на дороге с переменным продольным профилем, максимальная скорость, условная максимальная скорость, время разгона на определенных участках и время разгона до заданной скорости.

Для определения оценочных показателей тяговоскоростных свойств рассмотрим силы, действующие на автопоезд при движении. Как известно, источником, а вернее преобразователем химической энергии топлива в механическую на автомобиле-тягаче является двигатель

Рис. 85. Схема сил на ведущем колесе автомобиля-тягача

Крутящий момент от маховика двигателя через трансмиссию передается на полуоси и далее на ведущие колеса автомобиля-тягача, вызывая их вращение. Действие крутящего момента Мкр эквивалентно действию нары сил (рис. 85). В данном случае одна сила — горизонтальная реакция Rr дороги или сила тяги действует в месте контакта колеса с дорогой и направлена по ходу движения автомобиля, а другая сила — сила сопротивления движению Ра приложена к оси колеса и направлена против движения. Так как ведущие колеса через балку моста автомобиля-тягача и рессоры связаны с рамой, то действие первой из указанных сил — силы тяги вызывает перемещение автомобиля-тягача, а следовательно, и всего автопоезда.

Под действием силы тяги автопоезд движется, преодолевая различные сопротивления.

Кроме тяговой силы, на автопоезд действует сила тяжести Рт, приложенная в центре масс и направленная вертикально вниз.

Ей противодействует вертикальная реакция RB дороги, приложенная в месте контакта колеса с дорогой и направленная вертикально вверх.

Рассматривая автопоезд, состоящий из нескольких звеньев, можно определить нагрузку на мосты автомобиля-тягача и оси прицепного звена (рис. 86).

Значения вертикальных нагрузок на осях позволяют правильно подобрать шины, определить полную и сцепную массу (т. е. массу, приходящуюся на ведущие колеса автомобиля-тягача) автопоезда. Сила тяжести каждого звена автопоезда приложена в центре масс звена. Чем ближе центр масс звена автопоезда к одной из осей, тем больше вертикальная нагрузка на эту ось.

При движении автопоезда в гору или на спуске сила тяжести раскладывается на две составляющие: одну — направленную вертикально вниз и другую — параллельно дороге.

При движении автопоезда вниз вторая составляющая будет направлена в сторону движения, а при движении на подъем — против движения.

При движении на подъем на автопоезд будет действовать сила сопротивления подъему, которая является одной из сил сопротивления движения и зависит от общей массы автопоезда и угла подъема. Кроме того, во время движения на автопоезд постоянно действуют еще две силы сопротивления, на преодоление которых затрачивается мощность двигателя. Одна из них — сила сопротивления качению Рк, которая характеризует потери энергии на деформации шин и дороги, на трение качения шины о дорогу, а также на другие потери. Эта сила определяется вертикальной нагрузкой Рг на колесо и коэффициентом сопротивления качению PK = Pzf.

Сила сопротивления качению всего автопоезда определяется как сумма сил сопротивления качению всех колес автомобиля-тягача и прицепных звеньев автопоезда.

Коэффициент сопротивления качению зависит от конструктивных параметров шины, давления воздуха в шине,

вертикальной нагрузки, скорости движения и особенно от состояния дорожного покрытия:
Асфальтобетонное покрытие в хорошем состоянии ............................0,015—0,018

Асфальтобетонное покрытие в удовлетворительном состоянии......................0,018—0,022

Булыжная мостовая....................0,023--0,030

Сухая грунтовая дорога..................0,025—0,035

Грунтовая дорога после дождя............0,05—0,15

Песок..............................0.1—0,3

Водяная пленка на дорогах увеличивает коэффициент сопротивления качению на 3—5%, а снежный покров даже небольшой толщиной на 20—30%.

Другая постоянно действующая сила сопротивления — сила сопротивления воздуха, т. е. аэродинамическая сила, затрачиваемая на преодоление воздушного потока. Сила сопротивления воздуха зависит от формы (обтекаемости) автопоезда, относительной скорости движения и плотности воздушного потока.

Необходимым условием движения автопоезда является равенство или превышение тяговой силы суммы сил сопротивления. Однако одного этого условия недостаточно. Движение автопоезда возможно только тогда, когда его ведущие колеса будут иметь достаточное сцепление с поверхностью дороги. Если сила сцепления будет меньше, чем сила тяги, то колесо будет пробуксовывать.

Сила сцепления Р на дороге с твердым покрытием в основном определяется трением резины о дорожное покрытие. Она равна вертикальной нагрузке на колесо, умноженной на коэффициент сцепления, Р = Рz.

Коэффициент сцепления зависит от типа покрытия дороги и его состояния (наличие влаги, грязи, снега, льда) (табл. 27).

На деформируемой дороге сила сцепления в основном определяется зацеплением грунтозацепов за грунт.

На асфальтобетонных покрытиях при наличии пыли и грязи образуется пленка, которая резко снижает коэффициент сцепления, а в жаркую погоду появляется маслянистая пленка из выступающего на поверхность асфальта битума, которая снижает коэффициент сцепления. Коэффициент сцепления колес с дорогой зависит также от многих эксплуатационных и конструктивных
факторов. Основными из них являются: скорость движения, давление воздуха в шинах, степень изношенности шин, размеры колес, нормальная нагрузка на колеса, конструктивные и технологические особенности шин.
 

Т а б л и ц а 27. Значения коэффициента сцепления

Тип покры­тия дороги	Коэффициент сцепления		Тип покры­тия дороги	Коэффициент сцепления
	по сухой поверх­ности	по мокрой поверх­ности		по сухой поверх­ности	по мокрой поверх­ности
Асфальтобе­тонное Щебеноч ное Грунтовые дороги	0,704-0,80 0,504-0,60 0,504-0,60	0,304-0,40 0,304-0,50 0,30-Г 0,40	Глина Уплотнен­ный снег Обледене­лая дорога	0,504-0,60 0,204-0,30 0,084-0,10	0,204-0,40

Скорость движения автопоезда зависит от радиуса качения и частоты вращения ведущих колес. Частота вращения ведущих колес значительно меньше частоты вращения коленчатого вала двигателя, что обеспечивается трансмиссией. При этом степень снижения скорости вращения колес определяется передаточным числом трансмиссии. Таким образом, скорость автопоезда будет тем больше, чем больше частота вращения коленчатого вала двигателя, радиус ведущих колес и чем меньше общее передаточное число трансмиссии.

Часть мощности двигателя при передаче ее ведущим колесам автомобиля-тягача расходуется на трение между шестернями в коробке передач, ведущем мосту, в подшипниках валов и других агрегатах, на разбрызгивание масла и т. д. Потери мощности в трансмиссии составляют до 20% мощности двигателя. Эти потери обычно оценивают коэффициентом полезного действия трансмиссии.

Этот коэффициент стремятся сделать более высоким за счет тщательного изготовления деталей и точной регулировки узлов и агрегатов, использования соответствующих смазочных материалов.

Кроме скорости, движение автопоезда может характеризоваться быстротой изменения скорости, т. е. у с к о-рением. Положительное ускорение свидетельствует об ускоренном движении (разгоне), отрицательное — о замедленном движении (торможении), отсутствие ускорения — о равномерном движении. При изменении скорости движения возникает сила инерции. Эта сила тем больше, чем больше масса автопоезда и сообщаемое ускорение.

При разгоне сила инерции стремится воспрепятствовать увеличению скорости, поэтому ее принято называть силой сопротивления разгону. Увеличение силы тяги на ведущих колесах при разгоне идет на преодоление этой силы.

Для автопоезда в отличие от одиночного автомобиля характерна сила взаимодействия в сцепном устройстве. Для различных звеньев автопоезда и в различных режимах эта сила может иметь различное направление и значение.

Для автомобиля-тягача при равномерном или ускоренном движении сила взаимодействия в сцепном устройстве является дополнительной силой сопротивления движению. Ее значение равно сумме сил сопротивления (включая силу инерции), действующих на прицепы (полуприцепы) автопоезда.

Для прицепов (полуприцепов), движущихся в режимах равномерного и ускоренного движения, эта сила является движущей, а при замедлении движения, наоборот, тормозящей.

Характер движения автопоезда зависит от соотношения между мощностью, подводимой к ведущим колесам автомобиля-тягача, и мощностью, необходимой для преодоления сопротивлений движению.

При равенстве этих мощностей автопоезд движется равномерно. Если к ведущим колесам подведена мощность большая, чем необходимо для преодоления постоянно действующих сил сопротивления, то образуется избыток мощности, в результате которого автопоезд начинает разгоняться, т. е. движение становится ускоренным.

Если мощности, необходимой для преодоления сопротивлений, требуется больше подводимой мощности, то скорость движения будет уменьшаться и движение станет замедленным.

Соотношение рассмотренных мощностей называется мощностным балансом.