Гальмівні властивості автомобілів і автомобільних поїздів

Мета роботи – освоєння методики визначення оціночних показників ефективності робочих гальмівних систем та набуття навичок аналізу показників у різних умовах експлуатації.

Загальні відомості

До основних оціночних показників ефективності робочих гальмівних систем відносяться [1, с.186–190; 2, с.171–178; 3, с.101–104]:

а) максимальне сповільнення, яке може досягатись під час гальмування в заданих умовах;

б) мінімальний гальмівний шлях, який проходить автомобіль або автопоїзд від початку гальмування до зупинки;

в) мінімальний час гальмування, необхідний для проходження мінімального гальмівного шляху.

Крім цього, важливим показником ефективності гальмування є зупинний шлях, тобто шлях, який проходить автомобіль від моменту виникнення у свідомості водія сигналу про необхідність гальмування до зупинки.

З найвищою точністю ефективність гальмівних систем визначається під час дорожніх випробувань, що проводяться відповідно до стандартизованих вимог. Зокрема, перед випробуваннями автотранспортного засобу, який пройшов обкатку, агрегати трансмісії і ходової частини прогріваються; спрацювання рисунка протектора не повинно перевищувати 50%.

Випробування проводяться на прямолінійному відрізку горизонтальної дороги з цементобетонним або асфальтобетонним покриттям. Нахили дороги не повинні перевищувати 0,5%, а їх протяжність – 50 м. Швидкість вітру під час випробувань – не більше 3 м/с, температура повітря – від –5 до +25С. Початкові швидкості гальмування залежать від типу транспортного засобу: 40– 80 км/год – легкові автомобілі, 40 км/год – вантажні автомобілі та автопоїзди. Зусилля на гальмівних педалях легкових автомобілів повинно становити 500 Н, а вантажних – 700 Н.

Усталене сповільнення і гальмівний шлях у вказаних умовах повинні відповідати нормативним значенням (табл. 9.1). Сповільнення автомобілів, що перебувають в експлуатації, приймають на 10–12% меншим, ніж нових.

Точний теоретичний аналіз основних оціночних показників ефективності робочих гальмівних систем можливий на основі закономірності зміни у часі сповільнення під час гальмування; аналіз потребує залучення громіздкого математичного апарату та широкого спектра експериментально отриманих вихідних даних для розрахунку. Тому практичний інтерес представляє методика розрахунку оціночних показників ефективності гальмування з постійним сповільненням. Зокрема, максимальне теоретичне сповільнення j_{г max} (м/с²), яке може досягатись автомобілем у заданих умовах на горизонтальній ділянці дороги становить:

(9.1)

де g – прискорення вільного падіння, м/с²;

Таблиця 9.1

Нормативи ефективності робочих гальмівних систем

Тип транспортного засобу	Повна маса, т	Початкова швидкість гальмування, км/год	Зусилля на гальмівній педалі (Н) не більше	Допустимі значення показників ефективності
				гальмівний шлях (м) не більше	усталене сповільнення (м/с2) не менше	час спра-цьовування гальмівної системи (с) не більше
Легкові автомобілі	–	40	50	16,2 (14,5)	5,2 (6,1)	0,6
Вантажні автомобілі	до 3,5	40	70	23,0 (19,4)	4,0 (5,4)	1,0
	3,5–12			23,0 (18,4)	4,0 (5,7)
	понад 12			23,0 (17,7)	4,0 (6,1)
Вантажні автопоїзди	до 3,5	40	70	25,0 (22,7)	4,0 (4,7)	1,2
	3,5–12			25,0 (22,1)	4,0 (4,9)
	понад 12			25,0 (21,9)	4,0 (5,0)

Примітка. У дужках наведено нормативи для транспортних засобів без навантаження.

 – коефіцієнт зчеплення коліс з дорогою;

_об – коефіцієнт обертових мас.

Максимальне теоретичне сповільнення автопоїзда, до складу якого входить автомобіль-тягач і причіп, з врахуванням умови запобігання наїзду причепа на тягач під час гальмування дорівнює:

(9.2)

де j_{г max(пр)} – максимальне сповільнення причепа, м/с².

Коефіцієнт обертових мас автомобіля розраховується з наступного емпіричного виразу:

(9.3)

де і_к – передатне число коробки передач (у випадку оцінки показників ефективності гальмування приймаємо і_к = 1);

m₀ , m_в – відповідно власна сила тяжіння і вантажопідйомність автомобіля (для легкових автомобілів приймається m_в = 0).

За умови гальмування автомобіля або автопоїзда на горизонтальній дорозі з максимальним сповільненням до зупинки мінімальний теоретичний гальмівний шлях S_{г min} , м, становить:

(9.4)

де V₁ – швидкість руху в початковий момент гальмування, км/год.

У випадку встановлення згідно з виразом (9.4) гальмівного шляху автопоїзда приймається _об = 1.

Мінімальний теоретичний час t_{г min} , c, рівномірно сповільненого гальмування до зупинки

(9.5)

Формула (9.4) не враховує, що від моменту виникнення у свідомості водія сигналу про необхідність гальмування до початку гальмування з максимальним сповільненням минає деякий час, протягом якого машина продовжує рух з попередньою швидкістю. Цей підготовчий час можна розділити на два етапи: протягом першого – водій реагує на сигнал необхідності гальмування і переносить ногу на гальмівну педаль; другий етап займає час від моменту натискання на педаль до початку дії гальм та половину часу наростання гальмівної сили від нуля до максимального значення.

Перший етап – це час реакції, тривалість якого залежить від індивідуальних якостей водія, його кваліфікації та самопочуття. За дослідними даними найчастіше час t₁ змінюється в межах 0,4–1,0 с.

Другий етап – час спрацьовування гальмівної системи, що залежить від конструкції приводу та його стану. Для гідравлічного приводу приймається t₂ = 0,4–0,6 с, а для пневматичного приводу 0,6–1,0 с. У автопоїздів з пневматичною гальмівною системою час спрацьовування приводу не повинен перевищувати 1,2 с.

Під час виведення формули (9.4) не враховувався ряд експлуатаційних факторів, які знижують ефективність гальмування. Зокрема, було прийнято, що гальмівні зусилля на передніх і задніх колесах одночасно досягають максимальних значень за умовами зчеплення з дорогою. Оптимальні співвідношення між гальмівними зусиллями передніх і задніх коліс досягаються тільки в окремих випадках, а у всіх інших – максимально можливі гальмівні зусилля отримуються на колесах тільки однієї осі за умови недовикористання сил зчеплення коліс іншої осі.

Ефективність дії гальм також знижується через їх забруднення, спрацювання та неправильне регулювання. У зв’язку з цим зупинний шлях S_з , необхідний для зупинки автомобіля (автопоїзда), та дійсний гальмівний шлях більший від його мінімального теоретичного значення.

Зупинний шлях S_з (м) автомобіля або автопоїзда на горизонтальній дорозі можна визначити за запропонованою професором Великановим Д.П. формулою:

(9.6)

де t₁ – час реакції водія, с;

t₂ – час спрацьовування гальмівної системи, с;

k_е – коефіцієнт зниження ефективності гальмування, який показує, у скільки разів дійсне максимальне сповільнення менше від теоретично можливого на даній дорозі (для легкових автомобілів k_е = 1,2, вантажних – k_е = 1,4).

Під час розрахунку за формулою (9.6) зупинного шляху автопоїзда приймається _об = 1.

Виходячи з виразу (9.6), дійсні мінімальний гальмівний шлях (м), максимальне сповільнення (м/с²) і мінімальний час гальмування (с) дорівнюють:

(9.7)

(9.8)

(9.9)