Рис. 3,16. Пример графика экономи ческих характеристик:
I — III — группы кривых, относящихся к случаям движения на I — III передачах; I — кривые максимальнцх расходов топли ва при движении с разными скоростями (цифры на кривых характеризуют дорож
ные сопротивления Т = /+ » )
Рис. 3.17. Экономические характери стики некоторых советских автомоби лей при движении на прямой пере даче:
I — МАЗ-514; 2 — КамАЗ-5410 с полуприце пом; 3 — ЗИЛ-130; 4 — ГАЗ-53А; 5 — ЗИЛ117; 6 — ГАЗ-14 «Чайка»; 7 - ГАЗ-24 «Вол га* ; 8 — ЗАЗ-968 «Запорожец»; 9 — ВАЗ2101 «Жигули»
Из курса термодинамики известно
_ |
3 ,6 -106 |
Ч* ~ |
(342) |
Янт,е |
где 3,6-HF — число джоулей, эквивалентное работе, равной 1 кВт-ч; Ян— низшая теплотворность топлива, Дж/ч; т]в— коэффициент полезного действия двигателя.
Расход топлива при построении графика экономических харак теристик принято выражать в литрах на 100 км пути. В этом случае, учитывая выражения (3.40) и (3.42), расход топлива (в л /100 км) будет составлять
|
|
|
|
|
K B<*v2 |
-Ь |
л |
^ |
100 |
= |
Qt |
3,62 |
|
Qioo^= Qs |
|
|
(3.43) |
|||
|
|
|
lOOi'Y |
|
З^ТтрУ |
|
На рис. 3.17 приведены экономические характеристики некото рых советских автомобилей при движении с постоянной скоростью на прямой передаче с полностью открытой дроссельной заслонкой по ровным горизонтальным участкам дороги с усовершенствован ными покрытиями.
61
I передача.
|
|
ч\ |
|
|
|
|
■чН1 |
|
|
|
|
• |
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
сЭЧ+ |
|
|
|
|
|
° ч+ |
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
К |
о |
|
|
|
о \ |
|
|
|
|
|
5- |
|
30 |
ВО |
90 |
и, Щч |
Рис. 3.18. Схема графического опре |
Рис. 3.19. Зависимость износа шин от |
|||
деления расхода топлива |
|
скорости движения: |
|
|
|
Т — относительный |
срок службы |
шин, %. |
|
|
Различные условные знаки относятся к |
|||
|
|
данным разных авторов |
|
|
Расход топлива при движении автомобиля по заданному участ ку дороги может быть определен с использованием графиков дина мических и экономических характеристик при помощи построения, показанного на рис. 3.18. Вначале должны быть определены ско рости движения на отдельных участках. Для этого предварительно анализируют продольный профиль дороги, определяют протяжен ность участков, /ь h , ..., In с равными дорожными сопротивлениями, которые м.огут быть пройдены на тех или иных передачах.
Для этих участков строят график дорожных сопротивлений, откладывая значения )= /+ / для условий движения с постоянными скоростями и ф = /- И + / для участков разгона и замедления. Затем находят по графикам динамических характеристик соответствую щие скорости движения автомобилей.
В результаты расчетов вводят поправки на действительные условия -движения, в частности ограничение скорости в отдельных местах правилами движения. Для участков, на которых происхо дят изменения скорости, принимают ее среднее значение. Затем по скоростям и значениям дорожных сопротивлений, используя построенные под осью скоростей графики экономических харак теристик, определяют соответствующие каждому участку расходы топлива Q1loo (в л /100 км) и на проезд каждого участка
€2
От скорости автомобиля на отдельных участках зависит так же износ шин. Высокие скорости движения значительно повышают износ шин (рис. 3.19). Это вызывается значительным нагрева нием шин, а также увеличением силы ударов о неровности дорожной одежды. Износ шин зависит также от типа по крытия.
Если принять пробег шин на дорогах с ровным твердым усовер шенствованным покрытием за 100%, то на дорогах с менее ров ными покрытиями (щебеночные, гравийные, булыжная мостовая) он снижается на 25—30%, а на дорогах с покрытиями с большим количеством выбоин и других деформаций — на 50%.
Глава 4
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КРИВЫХ В ПЛАНЕ
4.1. Особенности движения автомобиля по кривым
На автомобиль, движущийся по криволинейному участку до роги, в точке кривой, радиус кривизны которой равен R, дейст вует центробежная сила
C = m v 2 / R , |
(4.1) |
где т — масса автомобиля, кг; v — его скорость, м/с.
Центробежная сила, перпендикулярная направлению движения,, оказывает на автомобиль, водителя и пассажиров опрокидываю щее и сдвигающее воздействия. Перераспределяя давление между правыми и левыми колесами и вызывая явление бокового увода шин (см. п. 4.2), она осложняет также условия управления авто мобилем. На кривых малых радиусов увеличивается расход топли ва и повышается износ шин. В ночное время проезд криволи нейных участков осложняется тем, что свет фар освещает дорогу перед автомобилем на меньшее расстояние, чем на прямых участ ках.
Все указанные отрицательные факторы проявляются тем силь нее, чем меньше радиус кривой в плане. Поэтому безопасность,, удобство и экономичность движения автомобилей с расчетной скоростью возможны только при назначении достаточно больших радиусов кривых.
В общем виде выражение для определения радиуса круговых кривых в плане может быть получено из следующих сообра жений.
При движении по кривой на автомобиль действует две силы,, приложенные к его центру тяжести (рис. 4.1): центробежная сила С, направленная во внешнюю сторону закругления [см. уравне ние (4.1)]; G— вес автомобиля.
Проектируя обе силы на нап равление поперечного уклона проезжей части автомобильной дороги, получаем
mi/2 |
(4.2) |
Y = —- — cos а ± m g l , |
|
д |
|
где Y — результативная сила, стремя щаяся сдвинуть автомобиль с дороги, называемая поперечной силой.
|
|
В |
зависимости |
от направле |
|
Рис. 4.1. Силы, действующие на ав |
ния |
поперечного, уклона дороги |
|||
томобиль при движении по кривой в |
составляющая веса |
автомобиля, |
|||
плане |
|
равная mgi, может |
иметь |
знак |
|
Поскольку угол а мал |
|
«+» или «—». |
можно |
пре- |
|
(cos а » 1 ) , его влиянием |
|||||
небречь. Тогда |
|
|
|
|
|
Y = |
mi/2 |
± mgl. |
|
(4.3) |
|
— |
|
||||
Поделив все члены предыдущего уравнения на вес автомобиля, получим
Y_ |
1/2 ± i • |
(4.4) |
G |
1 R |
|
Отношение Y/G, обозначаемое р, принято называть коэффи циентом поперечной силы. Задаваясь допустимыми значениями коэффициента поперечной силы, можно определить радиус кру говых кривых
R = |
1/2 |
(4.5) |
Для практического использования этого выражения необходи мо нормировать допустимое значение коэффициента поперечной
чшлы р.
Детальный анализ устойчивости и управляемости автомобилей при движении по криволинейной траектории дается в курсе «Тео рия автомобиля».
4.2. Коэффициент поперечной силы
Действующая на автомобиль при проезде по кривой малого радиуса поперечная сила оказывает на него ряд воздействий — стремится сместить его с дороги или опрокинуть, затрудняет уп равление,. снижает комфортабельность поездки, а также, созда вая дополнительное сопротивление движению, увеличивает рас-
434
ход топлива и износ шин. С уче том этих воздействий и определя ют предельные допустимые значе ния коэффициента поперечной силы.
Устойчивость против заноса
является важнейшим условием безопасного движения автомоби ля по кривой. Смещению автомо биля вбок под действием центро бежной силы и поперечного укло на покрытия препятствует сцепле ние шин с покрытием. Приложен ные к ведущему колесу автомо биля поперечная сила У и тяго вое или тормозное усилие Р соз дают в плоскости контакта шин с покрытием суммарное сдвигаю щее усилие Q, направленное под углом к траектории движения (рис. 4.2). Для устойчивости авто мобиля необходимо, чтобы было соблюдено условие
V W + P 2 = Q < GK?np, |
(4.6) |
где G K — нагрузка от ведущего или заторможенного колеса на покрытие; Фпр — коэффициент продольного сцепле ния шины с покрытием.
Рис. 4.2. Соотношение между попе речными и продольными усилиями, действующими на колесо автомобиля
При этом используется отмеченное выше (см. п. 3.3) обстоя тельство. Сопротивление шины заторможенного колеса сдвигу практически не зависит от угла, составляемого направлением равнодействующей с плоскостью движения колеса.
Под воздействием центробежной силы нагрузка между коле сами перераспределяется. При большом значении поперечной силы тяговое усилие на менее нагруженном внутреннем колесе может превысить силу сцепления и вызвать буксование колеса и занос автомобиля. Критическим для устойчивости автомобиля является случай интенсивного торможения с блокировкой колеса на кри вой, когда работа сил трения шины и дороги почти полностью используется на погашение кинетической энергии поступательного движения автомобиля и лишь малая ее доля остается на сопро тивление смещению автомобиля вбок.
Составляющие коэффициента продольного сцепления фПр в про дольном фх и поперечном фп направлениях связаны зависимостью
9 ц = У ^ р - ^ 1 ' |
(4.7) |
3—977 |
65 |
Для устойчивости автомобиля на кривой против заноса необ ходимо, чтобы соблюдалось условие <рпб>У. Отсюда вытекает требование, чтобы <рц>У7С=р, т. е. коэффициент поперечной силы ц не должен превышать остающейся части общего коэффициента сцепления <рн, сопротивляющейся смещению шины вбок. Чем большая часть cpi общего коэффициента сцепления используется для преодоления продольного уклона при торможении автомобиля, тем меньшая часть его поперечной составляющей <рц остается для сопротивления сдвигу автомобиля на кривой.
В СССР считают, что используемая часть коэффициента про дольного сцепления в продольном направлении <pi должна состав лять не менее 0,7—0,8 от его полного значения <рпр. В этом слу чае соответственно коэффициент ери равен 0,7 <рП или 0,6 <рпр.
Для устойчивости автомобиля при движении по кривой без торможения необходимо, чтобы коэффициент поперечной силы был меньше коэффициента поперечного сцепления р<фпоп.
Устойчивость автомобиля против опрокидывания обеспечи вается превышением удерживающего момента над опрокидываю щим (см. рис. 4.1).
Составляя уравнение моментов сил, действующих на автомо биль, относительно оси, проходящей через центры площадей кон тактов внешних колес, получаем
Yh = mg (b/2 — А),
откуда
■‘- ^ г = ^ Г < ‘ - 24)- (4в>
Вэтом выражении учитывается, что из-за деформации рессор
иэластичности шин центр тяжести автомобиля смещается в попе речном направлении на некоторую величину Л. На основе опытов боковое смещение А можно принять равным примерно 0,2 Ь. От
ношение Ъ/Н для современных легковых автомобилей колеблется от 1,8 до 2,5, для грузовых — от 2 до 3 и для автобусов — от 1,7 до 2,2, а высоты центра тяжести над поверхностью дороги 0,45— 0,6 м для легковых автомобилей, 0,65—1 м для грузовых и 0,7— 1,2 м для автобусов. Принимая наиболее невыгодные значения h и b/h, получаем, что для устойчивости автомобиля против опроки дывания необходимо, чтобы коэффициент поперечной силы не пре вышал 0,6.
В нормальных условиях эксплуатации автомобилей и при обыч ных скоростях движения коэффициент поперечной силы не дости гает этого значения. Случаи опрокидывания обычно бывают свя заны с наездом колеса автомобиля на препятствие при заносе.
Удобство проезда кривой обеспечивается тем, что действую щая на водителя и пассажиров центробежная сила, наклоняю
66