Продольная устойчивость автомобиля: Устойчивость автомобиля | Вождение плюс

Устойчивость автомобилей Продольная устойчивость автомобилей

Под устойчивостью понимают способность автомобиля двигаться в разнообразных условиях без опрокидывания и без продольного сползания с уклона и бокового скольжения колес.

Устойчивость от опрокидывания.При нахождении автомобиля на подъеме его опрокидывание невозможно до тех пор, пока суммарная реакция на передних колесах больше нуля, то естьZ₁>0. В тот момент, когда передние колеса полностью разгрузятся (Z₁ =0) и вес автомобиля полностью будет восприниматься задними колесами, происходит потеря статической продольной устойчивости и опрокидывание машины относительно оси задних колес.

Максимальный угол наклона опорной поверхности, при котором заторможенный автомобиль стоит, не опрокидываясь, носит название предельного угла подъема α_пред. В этом случае на машину действуют сила весаG(рис. 4) и моменты сопротивления качению на передних (

М_f1) и задних (М_f2) колесах.

Момент трения М_Тна колесах, создаваемый тормозами и удерживающий машину от скатывания по наклонной плоскости, должен быть равен:

М_Т= Gr_кsinα — М_f1 — М_f2.

Из уравнения моментов относительно оси, проходящей через точки Аопоры ведущих колес о почву, находим выражение для определения суммарной нормальной реакции на направляющих колесах машины:

Z₁ L = Gbсоsα – Gh_gsinα + М_f1 + М_f2 .

Пренебрегая действием моментов сопротивления качению М_f1иМ_f2

и учитывая, что в момент опрокидывания машины реакцияZ₁на её направляющих колесах равна нулю, найдем значение тангенсапредельного угла подъема:

G(bсоsα_пред. – h_gsinα_пред.) = 0,

tg α_пред.= b/ h_g.

При этом условии равнодействующая силы веса машины находится в границах точек опоры колес.

На машину, заторможенную на уклоне (спуске), моменты сопротивления качению М_f1 и М_f2действуют по часовой стрелке. Момент трения, создаваемый тормозами, определяется так же, как и в предыдущем случае, но он имеет противоположное направление.

Суммарная нормальная сила реакции на ведущих (задних) колесах из уравнения моментов относительно оси, проходящей через точки опоры задних колес на почву, определится как:

Z₂ L = G·a·соsα – G·hg·sinα + М_f1 + М_f2 .

Рис. 4. Распределение силы тяжести (веса) автомобиля при подъеме.

На спуске с уклона машина сохранит продольную устойчивость и не опрокинется до тех пор, пока нормальная реакция на задних колесах больше нуля, то есть Z₂>0.

Пренебрегая сопротивлением качению и приравнивая нормальную реакцию на задних колесах нулю, получим предельный угол статической устойчивости на уклоне:

tg α_пред.= a/ h_g.

Следовательно, продольная (статическая) устойчивость машины на подъеме и уклоне (спуске) определяется координатами её центра тяжести. У легковых автомобилей центр тяжести располагается примерно посредине базы (расстояния между осями колес), а у грузового автомобиля он смещен ближе к задней оси. Поэтому грузовые машины с грузом в кузове обладают при подъеме худшей продольной устойчивостью (α_пред. =35…40⁰), а на спуске они более устойчивы от опрокидывания (α_пред.=60⁰). Для всех типов автомобилей: чем ниже цент масс, тем устойчивей автомобиль.

При движении автомобиля с прицепом сила тяги на крюке Р_кр

снижает продольную устойчивость машины на подъеме из-за возникающего при этом дополнительного опрокидывающего моментаМ_о = Р_крh_кр(h_кр— высота крюка над опорной поверхностью).

На спуске этот же момент способствует повышению устойчивости машины, играя роль стабилизирующего фактора. Для такого случая приобретает значение такой фактор, как отношение высоты расположения крюка к высоте центра тяжести h_кр/ h_g .

Поперечная устойчивость автомобиля

На машину, находящуюся поперек склона (на косогоре) (рис. 5) с углом наклона β, действуют силы: составляющая веса машины, параллельная поверхности косогора, Gsin β

, составляющая веса, нормальная к этой поверхности,Gсоs β, нормальные реакции почвы на колеса, расположенные выше по косогору Z´, и ниже по косогору Z´´.

Рис.5. Распределение силы тяжести (веса) автомобиля на косогоре.

Поперечная устойчивость машины будет обеспечиваться в том случае, если на менее нагруженных колесах (расположенные выше по косогору) реакция Z´>0. Уравнение моментов сил относительно оси, проходящей через точки (А) наиболее нагруженных (расположенных ниже по косогору) колес машины имеет вид:

0,5В Gсоs β = G h_gsin β + Z´В(В– колея машины).

Условие опрокидывания машины соответствует Z´=0, то есть:

0,5В Gсоs β_пред.

= G h_gsin β_пред.,

откуда для машины, находящейся на косогоре, предельный угол её поперечной устойчивости β_пред. будет определяться из выражения:

tg β_пред.= В/2h_g.

Из полученного уравнения видно, что боковая устойчивость машины зависит не только от расположения центра тяжести над опорной поверхностью h_g, но и от величины её базыВ.

Необходимо отметить, что в условиях скользких и сыпучих почв моменту бокового опрокидывания машины может предшествовать её сползание по косогору. В этом случае условие боковой устойчивости против сползаниямашины с косогора определяется величиной коэффициента сцепления колес с почвойφ. Из рассмотрения схемы сил, действующих на машину (рис.5), нетрудно установить, что предельный угол поверхности косогора, при котором наступает её сползание, определится из соотношения:

φ Gсоs β_{φ пред} = G sin β_{φ пред} или tg β_{φ пред} = φ.

Таким образом, сползание автомобиля со склона не произойдет, если коэффициент сцепления колес с опорной поверхностью дороги φбудет больше тангенса угла наклона поверхности, на которой стоит машина. Величинаφзависит от свойств и состояния дороги, типа и состояния протектора шины, ходовой системы, давления в шинах и др.

21 Продольная устойчивость автомобиля.

У современных автомобилей с низко расположенным центром тяжести опрокидывание в продольной плоскости маловероятно и практически исключено. Потеря продольной устойчивости может проявиться в буксовании ведущих колес, вызывающее сползание автомобиля, во время преодоления автопоездом автопоездом крутого подъема большой длины.

G_пр— вес прицепа; h_пр— высота сцепного устройства;

Определим максимальный угол подъема б, который при равномерном движении может преодолеть автопоезд без буксования ведущих колес тягоча. Примем, что силы сопротивлению качению и воздуха отсутствуют.

Критический угол б_букс в большой степени зависит от коэффициента сцепления . Для автопоездов при коэффициенте сцепленияэтот угол не превышает. Этим объясняется часто наблюдаемое в зимнее время буксование ведущих колес тягача автопоезда на сравнительно пологих подъемах. Для одиночного автомобиляG_пр = 0, поэтому

Для одиночных автомобилей классической компоновки с колесной формулой критический угол подъема б_букс находится в пределах

22 Значение управляемости для безопасности дорожного движения и ее оценочные измерители.

Управляемостью называется свойство автомобиля обеспечивать движение в направлении, заданном водителем.

При плохой управляемости автомобиля действительное направление движения не совпадает с желаемым и поэтому необходимы дополнительные управляющие воздействия со стороны водителя. Это приводит к «рысканию» автомобиля по дороге, увеличению динамического коридора и утомлению водителя. При особенно неблагоприятных обстоятельствах плохая управляемость может явиться причиной столкновений автомобилей, наездов на пешеходов или выезда за пределы дороги.

Управляемость автомобиля оценивают по следующим измерителям: критическая скорость по управляемости, поворачиваемость автомобиля, стабилизация управляемых колес и их угловые колебания.

23 Критическая скорость автомобиля по условиям управляемости.

Если автомобиль на повороте достиг такой скорости, при которой управляемые колеса скользят в поперечном направлении, то в этом случае их поворот не изменяет направление движения автомобиля, т.е. автомобиль теряет управляемость. Определим эту, так называемую критическую скорость по условиям управляемости.

Рисунок 1. – Силы действующие на передний мост автомобиля на повороте.

При движении на повороте автомобиля классической компоновки на его передний мост кроме центробежной силы действует толкающая сила от задних колес Р. Продольная составляющая этой силы Р_х параллельна плоскости вращения управляемых колес, а поперечная Р_у перпендикулярна к ней.

Критическая скорость автомобиля по условиям управляемости:

На дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления обычно во много раз превосходит коэффициент сопротивления качению, поэтому автомобиль даже при высокой скорости движения сохраняет управляемость. При движении по скользким дорогам с обледененным покрытием, а также по глубокому песку или снегу значения сближаются, что приводит к снижению критической скорости по управляемости. Еслии автомобиль теряет управляемость.

У переднеприводных автомобилей толкающая сила со стороны колес заднего моста отсутствует и, кроме того, направление силы тяги на передних колесах совпадает с плоскостью их вращения. Поэтому автомобили с передними ведущими колесами обладают лучшей управляемостью в сложных дорожных условиях.

Обучение операторов промышленных погрузчиков с механическим приводом — устойчивость промышленных погрузчиков с механическим приводом

1. Библиотека учебных и справочных материалов
2. Обучение операторов промышленных погрузчиков с механическим приводом — устойчивость промышленных погрузчиков с механическим приводом

Обучение операторов самосвалов — 

Стабильность самосвалов

Резюме Приложения А

А-1. Определения  

• Следующие определения помогают объяснить принцип стабильности:
  
  • Центр тяжести  это точка на объекте, в которой можно считать сосредоточенным весь вес объекта.
  • Противовес — это груз, являющийся частью базовой конструкции грузовика, который используется для компенсации веса груза и повышения устойчивости автомобиля к опрокидыванию.
  • Точка опоры  — ось вращения грузовика, когда он опрокидывается.
  • Класс   – это уклон поверхности, который обычно измеряется количеством футов подъема или спуска на сто футов горизонтального расстояния (измеряется в процентах).
  • Боковая устойчивость  – это устойчивость грузовика к опрокидыванию набок.
  • Линия действия  воображаемая линия, проходящая через центр тяжести объекта.
  • Центр нагрузки  – горизонтальное расстояние от края груза (или вертикальной поверхности вилки или другого навесного оборудования) до линии действия, проходящей через центр тяжести груза.
  • Продольная устойчивость  сопротивление грузовика опрокидыванию вперед или назад.
  • Момент — это произведение веса объекта на расстояние от фиксированной точки. В случае промышленного грузовика с двигателем расстояние измеряется от точки, в которой грузовик опрокидывается, до линии действия объекта. Расстояние всегда измеряется перпендикулярно линии действия.
  • Колея  – это расстояние между колесами на одной оси автомобиля.
  • Колесная база   – это расстояние между центральными линиями передних и задних колес автомобиля.

А-2. Общие  

• Определение устойчивости промышленного двигателя с электроприводом зависит от нескольких основных принципов. Есть много факторов, влияющих на устойчивость автомобиля:
  
  • колесная база автомобиля;
  трек
  • ;
  • высота;
  • распределение веса груза; и,
  • местонахождение противовеса автомобиля (при наличии).
• «Треугольник стабильности», используемый в большинстве дискуссий о стабильности, просто демонстрирует стабильность.

А-3. Основные принципы 

• Определение устойчивости объекта зависит от момента объекта на одном конце системы, который больше, равен или меньше момента объекта на другом конце системы. Это тот же принцип, по которому работают качели. Если произведение нагрузки и расстояния от точки опоры (момент) равно моменту на другом конце устройства, устройство сбалансировано и не будет двигаться. Однако, если на одном конце устройства есть больший момент, устройство будет пытаться двигаться вниз на конце с большим моментом.
   
• Продольная устойчивость грузового автомобиля с противовесом зависит от момента транспортного средства и момента груза. Другими словами, если математическое произведение момента груза (расстояние от передних колес, точка, вокруг которой может опрокинуться транспортное средство) на центр тяжести груза, умноженный на вес груза, меньше момента транспортного средства, система сбалансирован и не наклоняется вперед. Однако, если момент нагрузки больше, чем момент транспортного средства, больший момент нагрузки заставит грузовик опрокинуться вперед.

А-4. Треугольник устойчивости  

• Почти все промышленные погрузчики с противовесом имеют трехточечную систему подвески, то есть транспортное средство поддерживается в трех точках. Управляемая ось грузовика прикреплена к грузовику с помощью шарнирного пальца в центре оси. Когда точки соединяются воображаемыми линиями, эта трехточечная опора образует треугольник, называемый треугольником устойчивости. На рис. 1 показан треугольник устойчивости .

Рисунок 1.

• Примечания:
  1. Когда автомобиль загружен, объединенный центр тяжести (ЦТ) смещается к линии B-C. Теоретически максимальная нагрузка приведет к ЦТ на линии B-C. На практике комбинированный ЦТ никогда не должен находиться на линии B-C.
  2. Добавление дополнительного противовеса приведет к смещению центра тяжести грузовика в сторону точки A, что приведет к снижению поперечной устойчивости грузовика.
  
  Когда линия действия автомобиля или центр нагрузки попадает в треугольник устойчивости, автомобиль стабилен и не опрокидывается. Однако, когда линия движения транспортного средства или сочетание транспортного средства и груза выходит за пределы треугольника устойчивости, транспортное средство становится неустойчивым и может опрокинуться.  См. рис. 2.  
•  
•  
•  

Рис. 2.

A-5. Продольная устойчивость

• Ось вращения, когда грузовик опрокидывается вперед, — это точки контакта передних колес с дорожным покрытием. Когда промышленный грузовик с двигателем опрокидывается вперед, он будет вращаться вокруг этой линии. Когда грузовик стабилен, момент транспортного средства должен превышать момент нагрузки. Пока момент транспортного средства равен моменту нагрузки или превышает его, транспортное средство не опрокинется. С другой стороны, если момент нагрузки немного превышает момент транспортного средства, грузовик начнет опрокидываться вперед, что приведет к потере управляемости. Если момент нагрузки значительно превышает момент транспортного средства, грузовик опрокинется вперед.
   
• Чтобы определить максимально безопасный грузовой момент, производитель грузовика обычно оценивает грузовик при максимальной нагрузке на заданном расстоянии от передней поверхности вил. Заданное расстояние от передней поверхности вил до линии действия груза обычно называют центром нагрузки. Грузовики грузоподъемностью 30 000 фунтов или менее обычно рассчитаны на заданную массу груза при 24-дюймовом центре нагрузки. Для грузовиков грузоподъемностью более 30 000 фунтов расстояние между центрами грузов обычно составляет 36 или 48 дюймов. Чтобы безопасно управлять транспортным средством, оператор всегда должен сверяться с паспортной табличкой, чтобы определить максимально допустимый вес при номинальном центре нагрузки.
   
• Хотя истинное расстояние момента нагрузки измеряется от передних колес, это расстояние больше, чем расстояние от передней поверхности вилок. Расчет максимально допустимого грузового момента с использованием расстояния до центра груза всегда дает меньший грузовой момент, чем тот, на который рассчитан грузовик. При работе с необычными грузами, такими как грузы длиной более 48 дюймов (центр тяжести больше 24 дюймов) или со смещенным центром тяжести и т. д., следует рассчитать максимально допустимый момент нагрузки и использовать его для определения того, нагрузка может быть безопасно обработана.
  • Например, если оператор управляет грузовиком грузоподъемностью 3000 фунтов (с центром нагрузки 24 дюйма), максимально допустимый грузовой момент составляет 72 000 фунтов на дюйм (3000 умножить на 24). Если вероятный груз имеет длину 60 дюймов (центр нагрузки 30 дюймов), то максимальный вес этого груза составляет 2400 фунтов (72 000, деленное на 30).

А-6. Боковая устойчивость  

• Боковая устойчивость транспортного средства определяется положением линий действия (вертикальная линия, проходящая через объединенный центр тяжести транспортного средства и груза) относительно треугольника устойчивости. Когда автомобиль не загружен, положение центра тяжести грузовика является единственным фактором, который следует учитывать при определении устойчивости грузовика. Пока линия действия центра тяжести комбинированного транспортного средства и груза находится в пределах треугольника устойчивости, грузовик устойчив и не опрокинется. Однако, если линия действия выходит за пределы треугольника устойчивости, грузовик теряет устойчивость и может опрокинуться.
   
• Факторы, влияющие на поперечную устойчивость автомобиля, включают размещение груза на грузовике, высоту груза над поверхностью, на которой движется автомобиль, и степень наклона автомобиля.

A-7 Динамическая устойчивость  

• Необходимо также учитывать динамические силы, возникающие при движении транспортного средства и груза. Перенос веса и результирующее смещение центра тяжести из-за динамических сил, возникающих при движении машины, торможении, прохождении поворотов, подъеме, наклоне и опускании грузов и т. д., являются важными факторами устойчивости.
   
• При определении того, можно ли безопасно перемещать груз, оператор должен проявлять особую осторожность при работе с грузами, которые приближают транспортное средство к его максимальным расчетным характеристикам. Например, если оператор должен работать с максимальным весом, груз следует перевозить на наименьшей практической высоте, погрузчик должен разгоняться медленно и равномерно, а вилы следует осторожно наклонять вперед. Однако нельзя сформулировать четких правил, охватывающих все эти возможности.

1910.178 Приложение А – Устойчивость механических грузовых автомобилей (Необязательное приложение к пункту (l) настоящего раздела)

Приложение А – Устойчивость механических промышленных грузовиков (Необязательное приложение к пункту (l) настоящего раздела)

А-1. Определения.  Следующие определения помогают объяснить принцип устойчивости:

Центр тяжести — это точка на объекте, в которой сосредоточен весь вес объекта. Для симметричных грузов центр тяжести находится в середине груза.

Противовес — это груз, встроенный в базовую конструкцию грузовика и используемый для компенсации веса груза и повышения устойчивости автомобиля к опрокидыванию.

Точка опоры — это ось вращения грузовика, когда он опрокидывается.

Класс  – это уклон поверхности, который обычно измеряется количеством футов подъема или спуска на сто футов горизонтального расстояния (уклон выражается в процентах).

Боковая устойчивость — устойчивость грузовика к опрокидыванию на бок.

Линия действия  – воображаемая вертикальная линия, проходящая через центр тяжести объекта.

Центр нагрузки  это горизонтальное расстояние от края груза (или вертикальной поверхности вил или другого навесного оборудования) до линии действия, проходящей через центр тяжести груза.

Продольная устойчивость  сопротивление грузовика опрокидыванию вперед или назад.

Момент  это произведение веса объекта на расстояние от фиксированной точки (обычно точки опоры). В случае промышленного грузовика с двигателем расстояние измеряется от точки, в которой грузовик опрокидывается, до линии действия объекта. Расстояние всегда измеряется перпендикулярно линии действия.

Колея — это расстояние между колесами на одной оси грузовика.

Колесная база  – это расстояние между центральными линиями передних и задних колес автомобиля.

А-2. Общий.

А-2.1. Определить устойчивость промышленного грузовика с механическим приводом несложно, если понять несколько основных принципов. На устойчивость автомобиля влияет множество факторов: колесная база, колея и высота; распределение веса груза; и местонахождение противовеса автомобиля (если автомобиль так оборудован).

А-2.2. «Треугольник стабильности», используемый в большинстве дискуссий о стабильности, просто демонстрирует стабильность.

А-3. Основные принципы.

А-3.1. Стабильность объекта зависит от момента объекта на одном конце системы, который больше, равен или меньше момента объекта на другом конце системы. Этот принцип можно увидеть в том, как работают качели или качели: то есть, если произведение нагрузки и расстояния от точки опоры (момент) равно моменту на другом конце устройства, устройство сбалансировано. и он не будет двигаться. Однако, если на одном конце устройства имеется больший момент, устройство будет пытаться двигаться вниз на конце с большим моментом.

А-3.2. Продольная устойчивость грузового автомобиля с противовесом зависит от момента транспортного средства и момента груза. Другими словами, если математическое произведение момента груза (расстояние от передних колес, приблизительная точка, в которой транспортное средство могло бы опрокинуться вперед) на центр тяжести груза, умноженное на вес груза, меньше, чем момент транспортного средства, система сбалансирован и не наклоняется вперед. Однако, если момент нагрузки больше, чем момент транспортного средства, больший момент нагрузки заставит грузовик опрокинуться вперед.

А-4. Треугольник стабильности.

А-4.1. Почти все промышленные грузовики с противовесом имеют трехточечную систему подвески, то есть транспортное средство поддерживается в трех точках. Это верно, даже если транспортное средство имеет четыре колеса. Управляемая ось грузовика прикреплена к грузовику с помощью шарнирного пальца в центре оси. Когда точки соединяются воображаемыми линиями, эта трехточечная опора образует треугольник, называемый треугольником устойчивости. На рис. 1 изображен треугольник устойчивости.

А-4.2. Когда линия действия транспортного средства или центр нагрузки попадает в треугольник устойчивости, транспортное средство устойчиво и не опрокидывается. Однако, когда линия движения транспортного средства или сочетание транспортного средства и груза выходит за пределы треугольника устойчивости, транспортное средство становится неустойчивым и может опрокинуться. (См. рис. 2.)

A-5. Продольная устойчивость.

А-5.1. Ось вращения, когда грузовик опрокидывается вперед, является точками контакта передних колес с дорожным покрытием. Когда промышленный грузовик с двигателем опрокидывается вперед, он будет вращаться вокруг этой линии. Когда грузовик стабилен, момент транспортного средства должен превышать момент нагрузки. Пока момент транспортного средства равен моменту нагрузки или превышает его, транспортное средство не опрокинется. С другой стороны, если момент нагрузки немного превышает момент транспортного средства, грузовик начнет опрокидываться вперед, что приведет к потере контакта задней части с полом или землей и потере управления рулевым управлением. Если момент нагрузки значительно превышает момент транспортного средства, грузовик опрокинется вперед.

А-5.2. Чтобы определить максимальный безопасный грузовой момент, производитель грузовика обычно оценивает максимальную нагрузку на грузовике на заданном расстоянии от передней поверхности вил. Указанное расстояние от передней поверхности вил до линии действия груза обычно называют центром нагрузки. Поскольку более крупные грузовики обычно перевозят грузы, которые физически больше, эти автомобили имеют более крупные центры нагрузки. Грузовики грузоподъемностью 30 000 фунтов или менее обычно рассчитаны на заданную массу груза при 24-дюймовом центре нагрузки. Грузовики грузоподъемностью более 30 000 фунтов обычно рассчитаны на заданную массу груза с центром нагрузки 36 или 48 дюймов. Чтобы безопасно управлять транспортным средством, оператор всегда должен проверять табличку с техническими данными, чтобы определить максимально допустимый вес в номинальном центре нагрузки.

А-5. 3. Хотя истинное расстояние момента нагрузки измеряется от передних колес, это расстояние больше, чем расстояние от передней поверхности вилок. Расчет максимально допустимого грузового момента с использованием расстояния до центра нагрузки всегда дает меньший грузовой момент, чем тот, на который рассчитан грузовик. При работе с необычными грузами, такими как грузы длиной более 48 дюймов (центр тяжести больше 24 дюймов) или со смещенным центром тяжести и т. д., следует рассчитать максимально допустимый момент нагрузки и использовать его для определить, можно ли безопасно перемещать груз. Например, если оператор управляет грузовиком грузоподъемностью 3000 фунтов (с центром нагрузки 24 дюйма), максимально допустимый грузовой момент составляет 72 000 дюйм-фунтов (3000 умножить на 24). Если груз имеет длину 60 дюймов (центр нагрузки 30 дюймов), то максимальный вес этого груза составляет 2400 фунтов (72 000, деленное на 30).

А-6. Боковая устойчивость.

А-6.1. Боковая устойчивость транспортного средства определяется положением линии действия (вертикальной линии, проходящей через объединенный центр тяжести транспортного средства и груза) относительно треугольника устойчивости. Когда автомобиль не загружен, положение центра тяжести грузовика является единственным фактором, который следует учитывать при определении устойчивости грузовика. Пока линия действия центра тяжести комбинированного транспортного средства и груза находится в пределах треугольника устойчивости, грузовик устойчив и не опрокинется. Однако, если линия действия выходит за пределы треугольника устойчивости, грузовик не стабилен и может опрокинуться. См. рис. 2.

А-6.2. Факторы, влияющие на поперечную устойчивость автомобиля, включают размещение груза на грузовике, высоту груза над поверхностью, на которой движется автомобиль, и степень наклона автомобиля.

А-7. Динамическая стабильность.

А-7.1. До сих пор устойчивость промышленного грузовика обсуждалась без учета динамических сил, возникающих при движении транспортного средства и груза. Перенос веса и результирующее смещение центра тяжести из-за динамических сил, возникающих при движении машины, торможении, прохождении поворотов, подъеме, наклоне и опускании грузов и т.