Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

АНАЛИЗ ТЯГОВЫХ И ТОРМОЗНЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЕЙ

Дорохин С.В. 1 Скворцова Т.В. 1 Логачев В.Н. 1 Губарев В.Ю. 1
1 ФГБОУ ВПО "Воронежская государственная лесотехническая академия"
Благоприятное разрешение противоречие «скорость–опасность» зависит от совершенства ряда компо-нентов, которые образуют процесс дорожного движения: транспортных средств, дорожных условий, от подготовленности и дисциплинированности водителей, от качества управления дорожным движением, а также ряда кон¬структивных особенностей автомобилей; качества тормозной систе¬мы, от устойчивости автомобилей и других причин, которые позволяют разрешить эти противоречия за счет их совершенства и периодического контроля. Проведенные исследования показали, что за счет возрастания насосных по-терь в цилиндре создается значительное разряжение, нарушается процесс горения, уменьшается индика-торный коэффициент полезного действия, и частота вращения коленчатого вала падает. В дизельных дви¬гателях регулятор числа оборотов в это время перемещает рейку топливного насоса в сторону увели-чения цикловой подачи, как бы стараясь придерживать падение числа оборотов, и имитирует тем самым нагрузку (увеличивает расход топлива до максимума) дизеля. Для карбюраторных двигателей повышен-ное разряжение в цилиндрах на несколько секунд создает большее поступление топлива из карбюратора. Все это требует в начале большей затраты дополни¬тельного тормозного усилия и приводит к усиленному нагреву и неэффективному изнашиванию трущихся поверхностей тормозов и шины.
мощность
замедление
накат
остановочный путь
тормозной путь
безопасность движения
торможение
разгон
1. Автомобильные транспортные средства [Текст] / Д.П. Великанов, В.Н. Вернацкий, Б.И. Нифонтов, И.П. Плеханов; под ред. Д.П. Великанова. – М.: Транспорт, 1977. – 326 с.
2. Информационные технологии для решения задач управления в условиях рационального лесопользования [Текст] : монография / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т.В. Скворцова, А.И. Вакулин, В.Н. Логачев. – Воронеж, 2011. – 127 с. – Деп. в ВИНИТИ 26.09.2011, № 420-2011.
3. Кондрашова, Е.В. Определение эффективности транспортной работы лесовозной автомобильной дороги [Текст] / Е.В. Кондрашова // Бюллетень транспортной информации (БТИ). Информационно-практический журнал. – 2009. – № 9 (171), сентябрь. – С. 25-27.
4. Кондрашова, Е.В. Повышение эффективности транспортной работы автомобильных дорог в лесном комплексе [Текст] / Е.В. Кондрашова, А.М. Волков. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. университета, 2010. – 232 с.
5. Курьянов, В.К. Повышение эффективности обследования автомобильных дорог в районах лесозаготовок [Текст] / В.К. Курьянов, Е.В. Кондрашова, Ю.В. Лобанов. – М.: Изд-во РАЕ, 2010. – 130 с.
6. Методы, модели и алгоритмы повышения транспортно-эксплуатационных качеств лесных автомобильных дорог в процессе проектирования, строительства и эксплуатации [Текст]: монография / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т.В. Скворцова, А.И. Вакулин, В.Н. Логачев. – М.: Изд-во ФЛИНТА: Наука, 2012. – 310 с.
7. Рябова, О.В. Совершенствование методов оценки транспортно-экологических качеств автомобильных дорог [Текст] / О.В. Рябова, Е.В. Кондрашова, А.В. Скрыпников. – Воронеж: Изд-во Воронежского гос. ун-та, 2005. – 277 с.
8. Скрыпников, А.В. К вопросу повышения безопасности движения на лесовозных автомобильных дорог и дорогах общего пользования [Текст] / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, В.Ю. Губарев, А.Б. Киреев. – М.: Издательство ФЛИНТА: Наука, 2012. – 168 с.
9. Скрыпников, А.В. Метод оптимизации планов ремонта участков лесных автомобильных дорог [Текст] / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т. В. Скворцова // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6; URL: www. science- education.ru/ 100-5155.
10. Скрыпников, А.В. Оптимизация межремонтных сроков лесовозных автомобильных дорог [Текст] / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т. В. Скворцова // Фундаментальные исследования. – М., 2011. – № 8 (ч. 3). – С. 667-671.
11. Скрыпников, А.В. Оценка транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог в системе автоматизированного проектирования (САПР АЛД) [Текст] / А.В. Скрыпников. – Воронеж: Издательство Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2008. – 387 с.

Введение. Тяговые и тормозные свойства автомобиля тесно связаны меж­ду собой. Чем больше мощность двигателя, тем больше при необхо­димости можно создать тяговое усилие на ведущих колесах и улуч­шить разгонное качество автомобиля. Это требует во всевозрастающем транспортном потоке уделять большое внимание обеспечению безопасности движения, а, следовательно, улучшить тормозные свой­ства автомобилей.

Торможение автомобиля – основное средство предотвращения ДТП, поэтому оно имеет важнейшее значение для безопасности дви­жения.

Основными измерителями тормозных свойств автомобиля являются максимальное замедление при торможении () и тормозной путь ().

Величины замедления можно представить в виде [1] :

, (1)

где – ускорение автомобиля (знак минус указывает на то, что происходит замедление движения); – коэффициент продольного сцепления шин с дорогой; – ускорение силы тяжести.

Полагая м/с2, можно считать, что при экстренном торможении автомобилей всех моделей на сухом асфальтобетоне максимальное замедление будет порядка =7,5 …8 м/с2. В условиях эксплуатации, чтобы избежать повышенного износа тормозов и шин, при служебном торможении, замедление не создает больше 1,5...2,5 м/с2.

При торможении автомобиля с целью уменьшения скорости путь можно определить следующей формулой [1,6]:

, (2)

где – скорость автомобиля в момент начала торможения; – скорость автомобиля в момент окончания торможения.

Теоретический анализ. Подробно рассмотрим процесс торможения по этим показателям с различными приемами, анализируя при этом различные способы поглощения кинетической энергии.

Известно, что время равномерного движения автомобиля обыч­но мало по сравнению с общим временем его работы. Автомобили движутся равномерно всего 15...25 времени, от 30 до 45 % времени приходится на ускоренное движение и 30...40 % – дви­жение накатом и торможение. Исходя из этого, для безопасного движения большое значение имеют разгонные и тормозные качества автомобилей. Во время разгона двигатель развивает мощность, близ­кую к максимальной. Повышение при этом тяговых качеств обеспе­чивается, прежде всего, за счет возможности использования почти в течение всего процесса разгона максимальной мощности двигателя. Если имеется возможность определить максимальную мощность двига­теля без снятия его с автомобиля, тогда при установлении разгон­ного качества автомобиля целесообразно учитывать максимальную мощность двигателя при данном его техническом состоянии.

При движении накатом двигатель отъединен от трансмиссии, крутящий момент к ведущим колесам не подводится и тяговая сила отсутствует. Поглощение кинетической энергии при этом происходит за счет мощнос­ти затрачиваемой на преодоление трения в трансмиссии и гидравли­ческих потерь. Величина этой мощности незначительна и поэтому замедление происходит очень медленно.

Величина тормозного пути при торможении с максимальной ин­тенсивностью прямо пропорциональна квадрату скорости автомобиля в момент начала торможения. Поэтому при увеличении скорости дви­жения автомобиля величина тормозного пути растет особенно быс­тро. Следовательно, знание скорости движения автомобиля перед экстренным торможением и мощность, затрачиваемая на торможение, дает возможность раскрыть механизм дорожного происшествия и техническую возможность его предотвращения, а также принять меры предупреждения.

Методика. При выводе формул для пути и времени торможения не учиты­валось состояние тормозных механизмов (износ, регулировка, за­грязненность), а также несоответствие распределения тормозной силы по колесам. Поэтому фактически минимальный тормозной путь оказывается на 20...40 % больше теоретического [2, 4].

Для учета эксплуатационных условий Д.П. Великанов [1] предложил ввести в формулу торможения коэффициент , который учитывает степень использования полной теоретически возможной эффективности действия тормозной системы:

. (3)

Величина коэффициента эффективности торможения Кэ в сред­нем равна 1,2 для легковых автомобилей и 1,4...1,6 для грузовых автомобилей и автобусов.

Величина учитывает лишь путь, проходимый непосредст­венно за время полного торможения. Полный (остановочный) путь , необходимый для остановки автомобиля, больше , так в него входит также путь, проходимый автомобилем за время водителя () (в течение времени, которое он с момента обнаружения препятствия принимает решение о торможении и переносит ногу с педали управления подачи топлива на педаль тормоза), за время запаздывания срабатывания тормозного привода () (в течение времени, при котором выбирается свободный ход педали тормоза до прижатия тормозных колодок к барабану и возникновения тормозного момента или замедления) и за время постепенного увеличения замедления от нуля (начало действия тормозов) до мак­симального значения ().

Таким образом, остановочный путь автомобиля складывается из четырех отрезков пути, соответствующих четырех промежутков временя: . Следовательно, остановочный путь – это расстояние, которое пройдет автомобиль от момента обнаружения водителем опасности до момента остановки автомобиля.

Замедление автомобиля за время изменяется по закону, весьма близкому к линейному. Поэтому можно считать, что за это время автомобиль движется равнозамедленно с замедлением, равным . С учетом этого, остановочный путь можно определить следующим образом:

. (4)

Время зависит от индивидуальных особенностей и квалификации водителей и находится в пределах 0,4...1 с. В расчетах обычно принимают с. В течение времени происходят перемещения всех подвижных деталей тормозного привода. Оно зависит от типа тормозного привода, а также от его технического сос­тояния и находится в пределах 0,2...0,4 с для гидравлического и 0,6...0,8 с – для пневматического приводов. У автопоездов с пневматическим тормозным приводом =1 … 2 с. С достаточной для прак­тики точностью можно считать, что за время автомобиль движется равномерно, сохраняя начальную скорость. Время зависит от эффективности торможения, нагрузки автомобиля, типа и состоя­ния дорожного покрытия. Исходя из этого, при экстренном торможе­нии груженного автомобиля на сухом асфальтобетоне с достаточной точностью можно определить следующей формулой [10] :

, (5)

где – время увеличения замедления при экстренном торможении автомобиля без груза в заданных дорожных условиях; – вес автомобиля без груза; – вес груза.

Приращение скорости за время можно определить формулой:

. (6)

Следовательно, скорость в начале экстренного торможения с замедлением равна:

. (7)

Если же в дальнейшем автомобиль движется равнозамедленно с замедлением и останавливается в конце торможения, то скорость в течение времени уменьшается по линейному закону от значения до нуля.

Тогда:

. (8)

Решая полученное уравнение, относительно времени , получим:

. (9)

При «ударном» или быстром нажатии на педаль тормоза значение колеблется в пределах: для гидравлического привода 0,15...0,25 с, а для пневматического привода 0,4...0,8 с. При этом можно считать, что тормозная сила нарастает почти равномерно. Из всех перечисленных величин аналитически определяется лишь , а все остальные находятся экспериментально.

Торможение автомобиля с периодическим прекращением действия тормозной системы также является одним из приемов эффектив­ного торможения. Однако этот способ можно рекомендовать только водителям высокой квалификации, так как для того, чтобы удержать колеса автомобиля на грани юза, не допуская их скольжения, необ­ходимы опыт и большое внимание.

Исследованиями установлено, что тормозная мощность двигателя при обычном торможении составляет около 40 % от его эффективной мощности. Тормозная мощность двигателя складывается из затрачиваемых на преодоление сил трения в двигателе механические потери, привод вспомогательных агрегатов двигателя и насосные потери.

Основная часть механических потерь двигателя (50…60 %) составляет трение в поршневой группе, которое в свою очередь состоит от силы трения поршневых колец и трения поршня:

. (10)

Наиболее точно эти силы могут определяться следующими формулами [3, 7]:

(11)

, (12)

Где 1…5 указывает номера колец; – среднее давление колец; – давление от собственной упругости кольца; – площадь опорной поверхности кольца; – нормальная сил, действующих на поршень; – радиус закругления кромки кольца.

По мере износа цилиндропоршневой группы давление собственной упругости кольца уменьшается. При износе кольца по радиальной толщине на элементарную величину изменение упругости поршневого кольца [1, 6]:

, (13)

где – зазор в стыке кольца; – коэффициент относительного изнашивания; а – радиальная толщина кольца; – упругость неизношенного кольца.

Толщина поршневых колец и гильзы экспоненциально изменяется по убыванию в процессе эксплуатации:

, (14)

где – диаметр кольца, гильзы в конце приработки; – коэффициент интенсификации изнашивания; – пробег автомобиля.

Практически площадь просвета между кольцом и гильзой про­порционально износу гильзы. Тогда зазор будет равным износу гильзы:

. (15)

Значительное влияние на тормозной момент двигателя оказы­вает температура смазывавшего масла. Это объясняется температурно-вязкостными свойствами масла и ухудшением условий смазки трущихся поверхностей.

Для определения динамической вязкости масла ( ) [3, 8]:

, (16)

где и – соответственно температура всасывания воздуха и охлаждавшей воды; и – соответственно давления сжатия и всасывания; – вязкость масла при 50°С.

Для обычных двигателей со свободным впуском (без турбонаддува) насосные потери составляют 10…20 % от всех потерь двигате­ля и имеют место во всех тактах при нормальной работе двигате­ля кроме рабочего хода. Но в процессе переработки в изношенном двигателе увеличивается прорыв газов в картер за такт сжатия, и снижаются насосные потери. Давление в конце сжатия двигателя с учетом прорыва и без учета прорыва можно определить по следующей формуле:

, (17)

где – давление начала сжатия; и – показатели политропы сжатия соответственно с учетом и без учета прорыва газов.

находим из следующего формулы:

, (18)

где – соответственно масса заряда в начале и в конце сжатия.

Изменение работы за политропический процесс сжатия будет:

, (19)

где – объем заряда в начале и конце сжатия. Изменение насосных потерь в такте всасывания и выпуска зависит от засоренности воздухоочистителя и глушителя и требует более глубокого анализа.

При обеспечении безопасности движения экстренным тормозом совместно рабочим тормозом и двигателем при различных наработках значения указанных сил еще больше изменятся.

Затраты мощности на привод вспомогательных агрегатов растут с ростом числа оборотов по степенному закону и изменение значения по технической причине подменяется аналитической зависимостью.

Вывод. Чем больше разгоняется автомобиль (имеет лучшие тяговые качества для увеличения скорости), тем при необходимости требу­ется эффективное торможение. Тяговые и тормозные свойства автомобиля тесно связаны между собой. В связи с нерациональным рас­ходом топлива на разгоне, предшествующем торможению и возраста­нию при этом других потерь, надо при этом добиться наименьшего остановочного или тормозного пути. Поэтому, с целью обеспечения активной безопасности дорожного движения при диагностировании технического состояния тормоз­ного механизма необходимо иметь взаимосвязь между мощностью двига­теля, которая используется для создания тяги, осуществлявшей разгон автомобиля. По мощности, затрачиваемой на торможение при движении автомобиля, можно оценивать техническое состояние тор­мозов.

Рецензенты:

Скрыпников А.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры информационные технологии моделирования и управления ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», г. Воронеж.

Кондрашова Е.В., д.т.н., профессор кафедры технического сервиса и технологии машиностроения ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», г. Воронеж.


Библиографическая ссылка

Дорохин С.В., Скворцова Т.В., Логачев В.Н., Губарев В.Ю. АНАЛИЗ ТЯГОВЫХ И ТОРМОЗНЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЕЙ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 3.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=13002 (дата обращения: 14.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074