Особенности динамики торможения транспортных средств и факторы, влияющие на ее эффективность

Потребность в торможении возникает в случае необходимости: снизить скорость движения; остановить машину; предотвратить повышение скорости; удержать транспортное средство неподвижно на стоянке; повысить маневренность машины (подтормаживанием борта). Можно выделить несколько разновидностей торможения, среди которых: рабочее - связанное с регулированием скорости движения; стояночное - целью которого является удержание транспортного средства неподвижно, относительно опорной поверхности; экстренное - нацелено на максимально быструю остановку транспортного средства; аварийное - совершенное по причине аварии или угрозы; служебное - не относящееся к вышеперечисленным (составляет 95-100% от общего числа торможений) [42].

К основным показателям, определяющим тормозные качества ТТА, относят путь, проходимый ТТА с момента нажатия на тормозную педаль до полной остановки, установившееся замедление и время экстренного торможения до полной остановки [84].

При исправной системе тормозов эффективность торможения зависит от ряда факторов: типа и состояния дорожного покрытия и шин колес; конструкции тормозного механизма; эффективности и быстроты нажатия на тормозную педаль; конструкции ТТА и тяговосцепного устройства. Тормозные системы современных колесных тракторных поездов способны реализовать значительные тормозные силы, близкие по величине к предельным по сцеплению значениям. В силу этого на дорогах с меньшим коэффициентом сцепления водителю не всегда удается обеспечить эффективность тормозной системы, необходимую для данных дорожных условий, вследствие чего процесс экстренного торможения может сопровождаться блокированием колес, а это, в свою очередь, является причиной потери устойчивости [122].

Устойчивость при торможении является важной составляющей частью теории устойчивости колесных машин. Под данным понятием подразумевается способность звеньев тракторного поезда сохранять заданное водителем направление движения при действии внешних возмущений. Данные возмущения определяются условиями движения, в частности центробежной силой, возникающей при движении по криволинейной траектории.

Внутренние возмущения, вызванные неравномерной работой тормозных механизмов (вследствие загрязнения или замасливания фрикционных накладок, засорения частей тормозного привода, неправильной регулировки тормозного механизма и др.), также ведут к нарушению устойчивости транспортного средства в процессе торможения, что обусловлено возникновением разворачивающего момента. Так, в процессе торможения грузовых автомобилей неравномерность тормозных моментов может достигать 34 и 64% соответственно для передней и задней оси автомобиля [28,29], для трактора класса 14 кН; различные податливости тормозного привода левого и правого колес, самоусиления тормозных механизмов приводят к неравномерности тормозного усилия до 35% [14]. Из-за данной неравномерности может возникнуть занос транспортного средства, причем с возрастанием начальной скорости торможения опасность заноса увеличивается, что подтверждено Г.М. Косолаповым [70].

В процессе торможения устойчивость автотракторного поезда, так же как и у одиночных транспортных средств, зависит от распределения и соотношения тормозных сил на колесах его осей, кроме того, от взаимодействия его звеньев. Усилия сжатия, возникающие в процессе торможения в тягово-сцепном устройстве, способствуют заносу тягача (трактора), а растяжения - снижают. В связи с этим рекомендуется такое распределение сил по осям звеньев поезда, при котором усилия в сцепках будут растягивающими, т.к. в этом состоянии тракторный поезд более устойчив [45,122,71].

Опасность потери устойчивости движения автотракторных поездов усиливается вследствие их большой длины и значительной разности веса груженого и порожнего транспорта. При этом для тракторного транспорта определено ряд особенностей:

  • - трактор не является грузонесущей машиной и, зачастую, в 3 - 4 раза легче буксируемых прицепов;
  • - почти все универсально-пропашные тракторы не оборудованы тормозами передних колес;
  • - трактор менее устойчив, т.к. имеет более высокое расположение центра тяжести и меньшую массу [14J.

Для повышения устойчивости движения тракторного поезда в режиме торможения необходимо, чтобы тормозные силы на каждом мосту поезда максимально были приближены к силам сцепления колес с дорогой при имеющемся коэффициенте сцепления. Максимальную реализуемую колесом тормозную силу в приближенном виде можно представить формулой 1.1 [118]:

где G - нагрузка, приходящаяся на тормозящее колесо, ф - коэффициент сцепления.

В реальности процесс торможения осложняется постоянными колебаниями значений тормозной силы, вследствие изменяющегося в движении коэффициента сцепления, статического и динамического изменения нормальных реакций на колесах тракторного поезда. Это способствует нерациональному распределению тормозных усилий (не- дотормаживание одних колес и блокирование других), что приводит к заносу автотракторного поезда.

Коэффициент сцепления указывает, какую часть весовой нагрузки обеспечивает дорожное покрытие для реализации тормозной силы. Различают коэффициенты сцепления: при качении колеса в плоскости вращения без буксования или скольжения (коэффициент сцепления покоя); при буксовании или юзе, соответствующий качению колеса в плоскости вращения; при боковом скольжении колеса. Значение коэффициента сцепления при качении колеса «без скольжения» на грани блокировки на 20-25% больше, чем при скольжении блокированного колеса[68).

Являясь одной из основных величин, характеризующих эксплуатационные качества дорожных покрытий и взаимодействие колеса с дорогой, коэффициент сцепления в процессе движения постоянно изменяется. Существует несколько методов определения коэффициента сцепления, в числе которых: динамометрирование при буксировании блокированного и неблокированного колеса; торможение автомобиля на участке с одновременным определением максимального замедления; торможение автомобиля с измерением тормозного пути [88].

Как показал анализ работ [42,118,68,88,55,5], величина коэффициента сцепления зависит от многочисленных факторов, данная зависимость схематично представлена на рисунке 1.2.

По данным НИИАТ [67], в зависимости от состояния дорожного покрытия коэффициент сцепления может колебаться в значительных пределах. Так, увлажнение асфальто-бетонного покрытия снижает его значение с 0,65 - 0,7 до 0,5-0,55, а обледенение данного покрытия приводит к снижению коэффициента сцепления до 0,09-0,1.

Величина коэффициента сцепления одного и того же покрытия может изменяться вдвое в течение его срока службы [68].

Факторы, влияющие на величину коэффициента сцепления

Рисунок 1.2. - Факторы, влияющие на величину коэффициента сцепления

На рисунке 1.3 представлены сравнительные данные о коэффициенте сцепления для различных типов дорог в зависимости от степени износа покрытия. Графики соответствуют испытанию одного и того же колеса при постоянной скорости, равной 64 км/ч.

С увеличением скорости движения уменьшается продолжительность контакта отдельных участков шины с дорожным покрытием, возрастает количество толчков от неровности дороги и контакт колес с поверхностью дороги ухудшается, что снижает коэффициент сцепления.

С возрастанием шероховатостей на поверхности дороги увеличивается площадь контакта шины с дорогой, и коэффициент сцепления возрастает, однако слишком большая шероховатость снижает данный коэффициент, а слишком гладкая поверхность дорожного покрытия, образуя сплошной слой воды во время дождя, способствует аквапланированию.

1 - бетонное; 2 - гравийное; 3 - щебенчатое.

Рисунок 1.3. - Зависимость коэффициента сцепления от износа

покрытия

Коэффициент сцепления также может претерпевать сезонные изменения до 10 - 20%, что обусловлено в основном изменением теплового режима в зоне контакта пневматической шины с дорожным покрытием [88]. С повышением температуры сцепление протектора с бетонной поверхностью несколько уменьшается, а с асфальтобетонным покрытием - увеличивается. Так, например, коэффициент сцепления шины с сухим асфальтом при температуре - 5° С равен примерно 0,6, при температуре +10° С - 0,8, а при более высоких температурах (+15° +40°) и интенсивном торможении может достигать величины 1,1-1,2 [68].

С повышением давления воздуха в шине коэффициент сцепления возрастает, а затем начинает снижаться вследствие уменьшения площади контакта колеса с поверхностью дороги. Увеличение нагрузки на тормозящее колесо, износ протектора шины значительно снижают величину коэффициента сцепления. По данным НИИАТ, шины с изношенным протектором и протектором типа «вездеход» на скользких дорогах способствуют увеличению тормозного пути автомобиля ЗИЛ - 150 на 30% по сравнению с шинами с «универсальным» протектором. В то же время шины повышенной проходимости на рыхлых дорожных поверхностях обеспечивают больший коэффициент сцепления, чем шины с дорожным рисунком протектора.

Значительное влияние на коэффициент сцепления могут оказать конструкция и материал шины. Так, изменением конструктивных параметров шины (угла наклона нити корда, кривизны профиля, рисунка протектора, кривизны беговой дорожки) можно в достаточно широких пределах изменить соотношение между удельными касательными и нормальными силами, т.е. изменять напряженность, а следовательно, и сцепляемость элементов протектора с дорогой [68]. Шины, имеющие меньшую напряженность элементов протектора в контакте, обладают лучшими сцепными качествами.

Как показали опыты, шины, имеющие большие гистерезисные потери, обладают и более высоким коэффициентом сцепления с дорогой. На различных влажных покрытиях коэффициент сцепления шин из синтетического каучука примерно на 5% выше, чем у шин из натурального каучука. Исследования характера взаимодействия колеса с дорогой при торможении показали, что коэффициент сцепления при полном скольжении уменьшается с увеличением скорости, а максимального значения он достигает при скольжении 10-15%.

Анализ работ по изучению динамики торможения транспортных средств показал, что максимальная величина коэффициента сцепления является функцией многих переменных, а определяющее влияние на качество сцепления оказывают тип и состояние дорожного покрытия. Максимально эффективное торможение достигается путем создания тормозного момента, при котором колесо доводится до грани блокировки и поддерживается в этом режиме. Определенным шагом в направлении повышения качества сцепления можно считать применение шипов противоскольжения, сезонных шин, а также шин из высокогистерезисных резин, однако данные решения высоказатратны и эффективны только в постоянных дорожных условиях. Кроме того, шипы изнашивают дороги, уничтожают разметку, образуют колеи. С учетом вышеизложенного, коэффициент сцепления в процессе эксплуатации ТТА постоянно изменяется, делая реализацию оптимального торможения невозможной.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >