Расчет статической устойчивости горизонтально установленного транспортного средства

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3

Основные причины травм при выполнении различных транспортных операций – опрокидывание транспортного средства (автомобиля, трактора, самоходного устройства и т.п.) и падение плохо закрепленных грузов. Опрокидывание чаще всего происходит из-за несоблюдения скоростного режима движения, неисправности транспортного средства, плохого состояния дорожного полотна и т.п. Падение грузов чаще всего происходит из-за их неправильной укладки и крепления.

При движении транспортного средства возможно его опрокидывание, поэтому ведут расчеты на устойчивость транспортного средства. Устойчивостью называют способность транспортного средства сохранять направление движения и противостоять действию внешних сил, стремящихся вызвать занос или опрокидывание.

Различают продольную и поперечную устойчивость машин и иных транспортных средств. Критерием продольной устойчивости служат предельные значения углов подъемаи уклона .

Продольная устойчивость

Угол подъема , град, при котором возникает вероятность опрокидывания транспортного средства, показан на рисунке 3.1. Этот угол можно определить по соотношению,

где - продольная координата центра тяжести транспортного средства, м; - высота располо­жения центра тяжести транспортного средства над поверхностью дороги, м.

a

Рисунок 3.1 Схема сил, действующих на колесный трактор, стоящий на предельном подъеме: G - сила тяжести трактора; ЦТ - центр тяжести; О - точка опрокидывания

Предельный угол уклона α_y, град, транспортных средств может быть определен из соотношений:

- для колесных машин (предельные углы подъема 35…40^о, уклона – около 60^о)

- для гусеничных тракторов при подъеме

- для гусеничных тракторов при уклоне

Для тракторов с балансирной подвеской продольную базу ма­шины рассматривают как продольную базу 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 ==60°. Для гусеничных тракторов с полужесткой подвеской эти углы 35...40°, а с балансирной подвеской несколько меньше. Для самоходных шасси общего назначения без навесных машин = 20...25°, > 60°. Центр тяжести 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°.

Поперечная устойчивость

Для транспортных средств опасным является поперечное оп­рокидывание. Поперечную устойчивость определяют статическим углом β_Пуклона, при котором машина стоит, не опрокидываясь и не сползая (рисунок 3.2

Рисунок 3. 2 Расчетная схема поперечной устойчивости машины:

G - сила тяжести машины; ЦТ - центр тяжести; О - точка опрокидывания

Для определения поперечной устойчивости служит соотношение

где B - ширина колеи транспортного средства, м.

Для гусеничных тракторов соотношение (3.5) принимает вид:

где b - ширина гусеницы, м.

Для тракторов с четырьмя колесами статический угол уклона β_П лежит в пределах 40...50°. Приблизительно такими же значениями статического угла уклона характеризуют поперечную устойчивость гусеничных тракторов. Для грузовых автомо­билей при полной нагрузке, равномерно распределенной по платформе, β_П=29...40°, для легковых автомобилей β_П= 45...50°, для автобусов β_П= 27...33°.

Статический угол поперечного уклона , при котором возможно сползание машины, может быть определен из уравнения

где φ_СЦ- коэффициент сцепления с дорогой в боковом направлении, зависящий от механических свойств дорожного полотна и конструкции движителя. В расчетах φ_СЦ обычно принимают как среднее значение коэффициентов сцепления, приведенных в табл. 3.1 и 3.2.

На боковую устойчивость транспортного средства наиболее существенное влияние оказывают динамические явления, возникающие от неровностей дороги, и интенсивно проявляющиеся при высоких скоростях движения. Поэтому угол β_Д, определяющий динамическую боковую устойчивость машин, всегда меньше статического угла поперечного уклона

Коэффициенты сопротивления качению f и сцепления φ_СЦ тракторов в зависимости от вида дороги

Коэффициенты сопротивления качению f и сцепления φ_СЦ автомобилей в зависимости от вида дороги

Опрокидывание транспортного средства возможно также на поворотах на горизонтальном участке пути от действия центробежных сил. Критическая скорость транспортного средства, при которой возможно его опрокидывание при повороте, может быть найдена по формуле, м/с

где R - радиус поворота транспортного средства, м.

Пример. По заснеженной укатанной дороге на склоне холма с уклоном 20^о параллельно его основанию движется грузовой автомобиль. Движение прямолинейное. Ширина колеи автомобиля составляет 1,8 м, а центр тяжести автомобиля с грузом находится на высоте 0,9 м. Определить поперечную устойчивость автомобиля и возможность его сползания с дороги.

Решение. Поперечная устойчивость автомобиля может быть вычислена по соотношению (3.5).

Откуда угол поперечной устойчивости автомобиля составит

Сравнивая полученное значение угла поперечной устойчивости автомобиля с допустимым β_П= 29...40°, видно, что β_П>β_СКЛ и условие поперечной устойчивости грузового автомобиля на данном склоне холма выполняется.

Проверим возможность сползания автомобиля с дороги, для чего используем уравнение (3.7)

где коэффициент сцепления φ_СЦ= 0,325 взят как средний из табл. 3.2 для снежной укатанной дороги. С учетом этого угол сползания грузового автомобиля составит

Как видим, из сравнения угла склона β_СКЛ = 22°с углом сползания β_С=20,0°, β_СКЛ>β_С, и движение грузового автомобиля по снежному склону невозможно из-за его сползания.

Пример 3.1. Сравнить показатели продольной устойчивости автомобиля ГАЗ-53А, движущегося по асфальтированной дороге (φ_к=0,7) с прицепом СМЗ-710В и без прицепа. Масса автомобиля с грузом в снаряженном состоянии m_А=6250 кг, масса прицепа с грузом в снаряженном состоянии m_пр=3500 кг. База автомобиля ГАЗ-53А L=3,7 м. Расстояние от вертикали, проходящей через передний мост, до вертикали, проходящей через центр тяжести автомобиля, а=2,4 м. Расстояние от поверхности дороги до центра тяжести: автомобиля с грузом h_А=1,15 м; прицепа с грузом h_пр=1,05 м.

Решение. Определим критический угол подъема при движении автомобиля с прицепом:

Определим критический угол подъема автомобиля без прицепа:

Таким образом, при движении автомобиля ГАЗ-53А с полной нагрузкой по сухой асфальтированной дороге, наличие прицепа СМЗ-710В с полной нагрузкой снижает показатель продольной устойчивости на 10°.

Пример 3.2. Оценить изменение показателя продольной устойчивости автомобиля ЗИЛ-130, движущегося по сухой асфальтированной дороге (φ_к=0,7) без нагрузки и с полной нагрузкой. База автомобиля L=3,8 м. Расстояние от поверхности дороги до центра тяжести автомобиля: без нагрузки h_А1=0,89 м; с полной нагрузкой h_А2=1,22 м. Расстояние от вертикали, проходящей через передний мост, до вертикали, проходящей через центр тяжести автомобиля: без нагрузки а₁=2,2 м, с полной нагрузкой а₂=2,45 м.

Решение. 1) Определим критический угол подъема при движении автомобиля без нагрузки:

2) Определим критический угол подъема при движении автомобиля с полной нагрузкой:

Таким образом, наличие груза и связанное с этим смещение центра тяжести автомобиля повышает критический угол α_бук.

Пример 3.3. Оценить изменение показателя продольной устойчивости автомобиля МАЗ-500, движущегося с полной нагрузкой по сухой (φ_к=0,7) и мокрой (φ_к=0,35) асфальтированной дороге. База автомобиля L=3,85 м, расстояние от поверхности дороги до центра тяжести автомобиля с полной нагрузкой h_А=1,45 м, расстояние от вертикали, проходящей через передний мост, до вертикали, проходящей через центр тяжести автомобиля а=2,45 м.

Решение. 1) Определим критический угол подъема при движении автомобиля по сухой дороге:

2) Определим критический угол подъема при движении автомобиля по мокрой дороге:

Таким образом, при снижении величины коэффициента сцепления в 2 раза показатель продольной устойчивости автомобиля снижается более чем в два раза.

Пример 3.4. Оценить влияние степени загруженности легкового автомобиля (ГАЗ-24) и грузового автомобиля (ЗИЛ-130) на коэффициент поперечной устойчивости.

Решение. Под действием груза происходит смещение центра тяжести автомобиля. Согласно таблице 6.1, расстояние от полотна дороги до центра тяжести автомобиля ГАЗ-24: без нагрузки h_А=0,56 м; при полной нагрузке h_А=0,62 м, для автомобиля ЗИЛ-130: без нагрузки hА=0,89; при полной нагрузке hА=1,22 м.

Коэффициент поперечной устойчивости для автомобиля ГАЗ-24:

без нагрузки:

при полной нагрузке:

Коэффициент поперечной устойчивости для автомобиля ЗИЛ-130:

без нагрузки:

при полной нагрузке

При этом угол опрокидывания при движении по прямолинейному участку равен:

Для автомобиля ГАЗ-24:

без нагрузки

при полной нагрузке

Для автомобиля ЗИЛ-130:

без нагрузки

при полной нагрузке

Таким образом, смещение центра тяжести автомобиля, вызванное грузом, снижает его поперечную устойчивость и угол опрокидывания, что обуславливает необходимость более аккуратного и осторожного вождения загруженного автомобиля. Кроме того, более низкое расположение центра тяжести легковых автомобилей обуславливает их большую поперечную устойчивость по сравнению с грузовыми автомобилями.

Пример 3.5. Определить критический радиус поворота автомобиля, движущегося со скоростью 54 км/ч по сухой асфальтированной дороге (φу=0,6): 1) вызывающий боковой занос; 2) вызывающий опрокидывание (для ПАЗ-672), при прохождении: а) горизонтального участка; б) участка с поперечным уклоном β=10°.

Решение. 1) Определим критический радиус поворота по условию бокового заноса:

а) на горизонтальном участке дороги (β=0)

б) на участке дороги с поперечным уклоном β:

2) Определим критический радиус поворота по условию опрокидывания:

а) на горизонтальном участке дороги (β=0):

Согласно таблице 3.3 для автомобиля ПАЗ-672 колея В=1,81 м, расстояние от поверхности дороги до центра тяжести автомобиля с полной нагрузкой hА=1,1 м.

б) на участке дороги с поперечным уклоном β:

Полученные данные показывают, что критический радиус поворота, вызывающий боковой занос при движении автомобиля ПАЗ-672 со скоростью 54 км/ч по сухой асфальтированной дороге на горизонтальном участке, на 10 м больше критического радиуса поворота, вызывающего опрокидывание автомобиля при тех же условиях; при движении по участку с поперечным уклоном 10° эта разница увеличивается до 20 м.

Дата добавления: 2014-10-23