Расчет параметров безопасности мобильных энергосредств

Способность транспортного средства сохранять направление движения и противостоять действию внешних сил, стремящихся вызвать занос или опрокидывание, называется устойчивостью. Различают продольную и поперечную устойчивость машин и агрегатов.

Критерием продольной устойчивости служат предельные значения углов подъема а_п и уклона (Ху.

Угол подъема, при котором возникает вероятность опрокидывания,

где о —продольная координата центра масс машины, м (рис. 12.1); А_ц — высота расположения центра масс машины над поверхностью дороги, м.

Предельный угол уклона колесных машин.

где L — продольная база машины, м.

Рис. 12.1. Схема сил, действующих на колесный трактор, стоящий на предельном подъеме:

у', У — нормальная реакция дороги на колеса, расположенные соответственно в нижней и верхней частях подъема; G— сила тяжести трактора; P_1op — тормозная сила Для гусеничных тракторов: при подъеме.

при уклоне Для тракторов с балансирной подвеской величина L рассматривается как продольная база балансирных кареток.

Предельные углы подъема для колесных тракторов 35…40°, а уклона около 60°. Примерно в этих же пределах находятся рассматриваемые углы для грузовых автомобилей, работающих с установленной для них номинальной грузоподъемностью при равномерном распределении груза по платформе; без груза ос_п = а_у = = 60°. Для гусеничных тракторов с полужесткой подвеской эти углы равны 35…40°, а с балансирной подвеской — несколько меньше. Для самоходных шасси общего назначения без навесных машин а_п = 20…25°, Оу > 60°. Центр масс легковых автомобилей находится приблизительно посередине продольной базы, поэтому у них значения предельных углов подъема и уклона почти одинаковы; в большинстве случаев они не меньше 60°.

Для транспортных агрегатов наиболее опасно поперечное опрокидывание. Поперечная устойчивость определяется статическим углом р_о уклона, при котором машина стоит, не опрокидываясь и не сползая. Его предельная величина.

где В — ширина колеи транспортного средства, м.

Для гусеничных тракторов к значению В прибавляют ширину гусеницы Ь. Тогда

Для тракторов с четырьмя колесами р_о = 40…50°. Приблизительно такие же значения статического угла уклона характеризуют поперечную устойчивость гусеничных тракторов. Для тракторов трехколесного типа р_о = 30…35°, для грузовых автомобилей при полной нагрузке, равномерно распределенной по платформе, В₀ = 35°. В легковых автомобилях А"<0,5 В, поэтому для них Ь₀>45°.

Статический угол поперечного уклона, при котором возможно сползание машины,

где ч>_сц — коэффициент сцепления движителя с дорогой в боковом направлении.

Коэффициент ф_сц зависит от механических свойств дороги и конструкции движителя. В расчетах угол р_с принимают равным среднему значению коэффициента сцепления ф (табл. 12.1; 12.2).

12.1. Коэффициенты сцепления тракторов в зависимости от типа пути

12.2. Коэффициенты сцепления ф шин автомобилей с поверхностью дороги

На боковую устойчивость влияют динамические явления, возникающие от неровностей дороги, которые интенсивней проявляются при увеличении скорости движения. Поэтому угол р_д, определяющий динамическую боковую устойчивость машин, всегда меньше статического угла поперечного уклона:

Опрокидывание транспортного средства возможно не только при работе на склонах, но и на горизонтальном участке пути от действия центробежных сил на повороте. Критическая скорость, км/ч, при которой возможно опрокидывание на повороте,.

где #=9,81 м/с² — ускорение свободного падения; R — радиус поворота, м.

Степень опасности травмирования людей при эксплуатации транспортных средств во многом зависит от эффективности тормозных устройств. Полное время t аварийной остановки движущихся машины или агрегата можно разложить на отдельные составляющие:

где t — время реакции водителя (с момента обнаружения препятствия до начала воздействия на рычаг или педаль управления тормозом) — зависит от индивидуальных особенностей водителя, его возраста, рабочего стажа и т. п. и находится в пределах 0,2…1,5с; в расчетах обычно принимают t =0,8с; /j — время срабатывания тормозов — зависит от конструкции привода: для тормозов с гидравлическим приводом 0,2 с, с механическим —0,3, с пневматическим —0,6…0,7 с, для автопоезда с пневмоприводом — до 2 с; /3 — время от начала торможения до полной остановки транспортного средства: обычно /₃ = 0,2… 1 с.

Время /1 и Г₂ находят экспериментально или принимают в указанных выше пределах, а минимальное время торможения, с, рассчитывают по формуле.

где v₀ — скорость в момент начала торможения, км/ч; ф — коэффициент сцепления шин с поверхностью дороги (см. табл. 12.1, 12.2).

Эффективность торможения мобильных машин оценивают по величине остановочного пути /₀, который пройдет машина с момента обнаружения препятствия до момента ее остановки, м:

где ку — коэффициент эксплуатационных условий торможения, учитывающий нарушение регулировок тормозов, их загрязнение: для легковых автомобилей 1,2; для грузовых автомобилей и автобусов 1,4… 1,6.

Для трактора или автомобиля с прицепом, не имеющим тормозов, остановочный путь увеличивается до значения.

где (7_а —масса автомобиля (трактора), кг; (/" — масса прицепа, кг.

Иногда в зимнее время возникает необходимость передвижения транспортных средств через замерзшие водные преграды. В этом случае наименьшую толщину льда, м, которая обеспечивает безопасную переправу транспортных средств, рассчитывают по формуле.

где А,—коэффициент, зависящий от средней температуры воздуха за последние трое суток (табл. 12.3); — коэффициент учета структуры льда (табл. 12.4); /л_т —.

масса транспортного средства.

12.3. Значения коэффициента к,

При организации движения по льду группы транспортных средств необходимо выдерживать минимальную дистанцию между отдельными машинами (табл. 12.5).

12.5. Минимальная дистанция менту машинами в группе

Пример 1. Определить скорость, при которой может произойти опрокидывание трактора МТЗ-80 при движении на повороте дороги радиусом 8 м, если высота центра тяжести трактора Л_ц = 0,9 м, ширина колеи на транспортных работах 2?_тах ⁼ 1,8 м. Рассчитать скорость, при которой на этой же дороге произойдет опрокидывание трактора, подготовленного для выполнения сельскохозяйственных работ при ширине колеи 2?_min = 1,2 м.

Решение. Критическая скорость, при которой возможно опрокидывание трактора МТЗ-80, если ширина колеи максимальна:

Критическая скорость на повороте при минимальной ширине колеи трактора МТЗ-80:

Пример 2. Рассчитать теоретический остановочный путь агрегата, состоящего из трактора МТЗ-82 и прицепа, не оборудованного тормозами, для случая, когда движение происходит по ровной сухой дороге со скоростью 30 км/ч. Масса трактора G_T = = 3360 кг, масса прицепа (7_п= 1600 кг, коэффициент сцепления шин с поверхностью дороги ср = 0,7.

Решение. Приняв время реакции тракториста /| = 0,8 с, время срабатывания тормозов с механическим приводом г₂ = 0,3с и коэффициент эксплуатационных условий торможения ку= 1,6, определим остановочный путь транспортного средства: