3.2.2. Устройчивость и управляемость пожарного автомобиля

Тягово-скоростные свойства ПА определяют потенциальную, т. е. предельно возможную скорость следования ПА к месту вызова. Устойчивость и управляемость ПА ограничивают v_max в зависимости от дорожных и транспортных условий.

Устойчивость АТС — свойства, которые характеризуют способность АТС сохранять заданное водителем движение. Показатели устойчивости ПА характеризуют только возможности АТС без учета возможностей водителя по управлению автомобилем для реализации задаваемого движения.

Управляемость АТС — свойства, которые характеризуют способность АТС реагировать на воздействие водителя на органы управления (руль, педаль муфты сцепления, педаль тормоза, рычаг коробки передач). Показатели управляемости АТС характеризуют поведение системы автомобиль-водитель.

Единых оценочных показателей устойчивости и управляемости АТС нет. «Исключить» водителя удалось только при одном виде испытаний на устойчивость — опрокидывание АТС на наклонной платформе. При всех других видах испытаний АТС на устойчивость и управляемость фактически оценивается поведение системы автомобиль-водитель. Поэтому сейчас принято говорить об устойчивости управления АТС, которую классифицируют.

Рис. 3.11. Потеря устойчивости управления автомобилем:

a - на уклоне (продольная); б - на уклоне (поперечная); в - на повороте (поперечная)

По виду потери устойчивости управления (рис. 3.11, а, б, в): продольная; поперечная.

По результату (проявлению) потери устойчивости управления (рис. 3.11):

опрокидывание (проявление — разгрузка колес одной оси или стороны автомобиля);

занос — скольжение колес относительно опорной поверхности, не выполняется условие (3.9);

отклонение от траектории движения (рис. 3.12, а) — траекторная устойчивость управления АТС;

отклонение от курса (направления) движения (рис. 3.12, б) — курсовая устойчивость управления АТС.

По режиму движения, при котором наступила потеря устойчивости управления АТС: статическая, динамическая.

Устойчивость ПА против опрокидывания. Опрокидывание ПА может произойти из-за действия поперечной составляющей силы веса (Gg)_ при движении по косогору или из-за действия силы инерции P_J при движении на повороте. Опрокидывание ПА наступает при разгрузке колес одной стороны автомобиля, т. е. при R₁₃=0 (рис. 3.11, б, в).

Рис. 3.12. Потеря устойчивости управления автомобилем:

a—траекторией; б—курсом; В_к — ширина разметки полосы движения; _— поперечное смещение; 2 — угловое смещение; 1 — центр полосы движения: 2—разметка; 3—автомобиль до потери устойчивости управления; 4—автомобиль при потере устойчивости управления

Поэтому для движения ПА по косогору и на повороте необходимо выполнение соответственно двух условий

(3.58)

(3.59)

Так как

(Gg)_n=Ggcos, (3.6)

(Gg)_=Ggsin, (3.61)

P_J=G(v²/R) (3.62)

(R — радиус поворота ПА), то для движения ПА без опрокидывания необходимо выполнение условий

tgB/2H, (3.63)

, (3.64)

которые получены соответственно из (3.58) и (3.59).

Отношение

К=В/2Н (3.65)

называют коэффициентом устойчивости автомобиля против опрокидывания. Для определения К автомобиль устанавливают на наклонную платформу (рис. 3.11, б), замеряют угол, при котором произошла разгрузка колес одной стороны автомобиля, и затем по формуле (3.63) вычисляют численное значение K.

Неравенства (3.58) и (3.59) составлены без учета деформации шин, подвески и кузова АТС, поэтому значения К, вычисленные по экспериментальному значению, на 10…15% меньше, чем определенные по формуле (3.65). При определении коэффициента К пожарных автоцистерн необходимо учитывать также уменьшение К. из-за смещения центра масс жидкости относительно цистерны при частичном ее заполнении. Если масса жидкости составляет не более 30% от общей массы, ПА, то уменьшение коэффициента К не превышает 5...7% и определить его экспериментально сложно (рис. 3,13). Например, для АЦ—40(130)63Б =36° и при точности определения 2° уменьшение коэффициента К из-за смещения жидкости при испытании на стенде опрокидывание соизмеримо с погрешностью эксперимента.

Поэтому для оценки эффективности мероприятий по обеспечению безопасности движения пожарных автоцистерн необходимо использовать другие виды испытаний на устойчивость управления АТС. Такими видами испытаний являются «поворот» и «переставка» (рис. 3.14).

При испытании «поворот» водитель ПА постепенно, от заезда к заезду, увеличивает скорость движения по прямой 1—2 (рис. 3.14,а). На участке 2—3 водитель должен, не снижая скорости, пройти дугу поворота радиусом R=30...60м. При испытании фиксируется скорость, при которой на участке 2—3 происходит или отрыв колес одной стороны ПА от дороги, или занос, или выход ПА из коридора безопасности (под коридором безопасности понимается ширина разметки проезжей части дороги на повороте).

Рис. 3.13. Коэффициент поперечной устойчивости АЦ—40(130)635:

1 — не учтены деформации колес, подвески, кузова и смещение центра масс жидкости; 2 — не учтено смещение центра масс жидкости: 3 — учтены деформация подвески, колес и смещение центра масс жидкости

Рис. 3.14. Определение предельной скорости пожарного автомобиля:

а - на повороте; б - при смене полосы движения (обгоне); 1-2 - прямолинейное движение с v-const; 2 - 3 - переходной участок: 3 - 4 - движение с постоянной скоростью и углом поворота управляемых колес

При испытании «переставка» имитируется обгон или объезд ПА внезапного препятствия. Испытания проводятся аналогично испытанию «поворот», но на участке с иной разметкой (рис. 3.14, б). Испытание при L_П=12 м имитирует обгон в городских условиях движения, L_П=20 м при движении за городом.

Испытания «поворот» и «переставка» проводятся на специально оборудованных площадках автомобильных полигонов водителями, прошедшими курс специальной подготовки.

Устойчивость ПА против заноса. Занос ПА может произойти из-за действия поперечной составляющей силы веса (Gg)_ при движении по косогору или из-за действия силы инерции Р_J при движении на повороте.

Занос колеса ПА наступает при невыполнении неравенства (3.9). Если Р_К=Х_n=0, то для отсутствия бокового скольжения колес на косогоре и при повороте необходимо выполнение соответственно двух условий:

(Gg)(Gg)_n, (3.66)

Р_jG. (3.67)

После преобразований (3.66) и (3.67) с учетом (3.60), (3.61) и (3.62) условия движения без заноса записываются в виде

tg (3.68)

. (3.69)

Сравнение формулы (3.63) и (3.68) и формулы (3.64) и (3.69) позволяет заключить, что в большинстве случаев занос ПА будет предшествовать его опрокидыванию (<K). Следовательно, опрокидывание ПА в реальных условиях может произойти при углах косогора и скоростях меньших, чем определенных экспериментально на стенде опрокидывания и при испытаниях «поворот» и «переставка». Поэтому угол косогора, который разрешается преодолевать ПА, уменьшается вдвое, т. е. []<0,5.

При наличии продольной силы X_n (рис. 3.2) вероятность бокового скольжения колеса увеличивается, так как часть силы сцепления Р_n (3.9) уже использована силой тяги Р_K или торможения Р_т колеса. Поэтому при движении в режиме, предшествующем буксованию ведущих колес или блокировке колес при торможении, достаточно незначительной боковой силы для потери поперечной устойчивости ПА. Так как у большинства ПА ведущими являются колеса задней оси, то для устранения заноса заднего моста ПА при повороте или торможении необходимо уменьшить касательную реакцию Х_п на ведущих колесах, отпустив педаль подачи топлива или прекратив торможение, и повернуть колеса в сторону начавшегося заноса. Вся сила сцепления Р_n будет реализовываться для предотвращения бокового скольжения Y_n — занос прекратится. Сразу же после прекращения заноса управляемые колеса следует повернуть в нейтральное положение.

Потеря устойчивости управления траекторией движения (рис. 3.12, а) наблюдается, как правило, при движении ПА со скоростью, близкой к v_max- Предельной скоростью [v_T] по траекторией устойчивости управления считается скорость, после превышения которой водитель не может на прямой дороге обеспечить движение ПА в коридоре безопасности (внутри разметки на дороге полосы движения). На дорогах с ровным асфальтобетонным покрытием конструкция всех исправных ПА обеспечивает v_mах<[v_T]. Появление [v_T]<v_max возможно только у технически неисправных ПА или у пожарных автоцистерн с частичным заполнением цистерны. Основные причины уменьшения [v_T]: неправильная установка управляемых колес ПА, дисбаланс (неуравновешенность) управляемых колес, незначительный разворот одной оси ПА из-за «проседания» рессор с одной стороны автомобиля, различие между давлениями шин колес одной оси (уменьшение давле­ния в шине меньше номинального).

Потеря устойчивости управления курсом (направлением) движения (рис. 3.12, б) наблюдается при движении со скоростью, близкой к v_max и при торможении. Предельной скоростью [v_K] по курсовой устойчивости управления считается скорость, после превышения которой водитель не может обеспечить движение ПА в коридоре безопасности. С увеличением длины ПА требования к курсовой устойчивости управления ужесточаются, так как выход части автомобиля за пределы коридора безопасности появляется при меньших углах отклонения от курса. Причины ухудшения курсовой устойчивости управления при движении по прямой ровной дороге, те же, что и для [v_T]. Основное внимание при обеспечении курсовой устойчивости управления необходимо уделять исправности тормозной системы.

На [v_K] ПА при торможении оказывают влияние соотношение между тормозными усилиями колес и последовательностью срабатывания тормозов. Тормозные усилия колес одной оси ПА должны быть равны, их срабатывание должно быть одновременным. Раннее включение тормозов передней оси ПА позволяет уменьшить S_T из-за лучшего использования максимальной силы сцепления при увеличении нагрузки на передние колеса при торможении, но уменьшает [v_K], т. е. увеличивает вероятность заноса задней оси, особенно на дорогах с малым коэффициентом сцепления .

Обеспечение [v_T]>v_max и [v_K]>v_max при эксплуатации ПА зависит от систематического контроля за техническим состоянием шин, ходовой части и рулевого управления.

При контроле технического состояния ходовой части проверяются: углы установки управляемых колес (рис. 3.15), зазоры шкворневых соединений (рис.3.16), состояние рессорной подвески и амортизаторов, затяжка болтовых и состояние заклепочных соединений рамы, давление воздуха в шинах и балансировка колес.

Контроль радиального А и осевого Б зазоров в шкворневых соединениях осуществляется при перемещении цапфы относительно бобышки передней оси, которое фиксируется индикатором 1 (рис. 3.16), укрепленным на балке переднего моста, и щупом. Зазоры замеряются при двух положениях колеса: в вывешенном и после полного опускания колеса на пол. Радиальный зазор A фиксируется индикатором, а осевой зазор Б — плоским щупом, вставляемым между верхней проушиной поворотной цапфы и бабышкой передней оси.

Зазор между обоймой подшипника и его гнездом в ступице, а также затяжка подшипника определяется при покачивании колес в поперечной плоскости после устранения люфта в шкворневом соединении.

Крепление рессор (затяжка стремянок) и амортизаторов проверяется динамометрическим ключом. Состояние рессор («проседание») контролируется визуально.

На рис. 3.17 показана схема поворота заднего моста ПА с зависимой рессорной подвеской. При «проседании» одной рессоры она перемещается по дуге mm. Из-за «проседания» одной рессоры (на рис. 3.17 — левой) кузов ПА наклоняется, левая рессора, сжимаясь, перемещает задний мост назад (в точку А), а правая, распрямляясь, перемещает его вперед (в точку В). В результате задний мост поворачивается в горизонтальной плоскости.

Техническое состояние шин определяется по их износу, внутреннему давлению воздуха.

После устранения люфта в шкворневых соединениях и подшипниках ступиц колес, проверки давления воздуха в шинах и крепления дисков колес контролируются углы установки управляемых колес (рис. 3.15).

Развал колес  — наклон плоскости колеса к перпендикуляру, восстановленному к плоскости дороги, колеблется от —30' до 1,5°, в редких случаях до +2°. Контроль  осуществляется на специальных стендах. Отклонение от нормативного  можно выявить по износу шин: уменьшение  приводит к преждевременному износу внутренней зоны шины; увеличение — внешней.

Рис. 3.16. Замер люфтов шкворня при вывешенном (а) и опущенном на пол (б) колесе:

1 - индикатор; 2 -домкрат; A - радиальный зазор; Б - осевой зазор

Рис. 3.17. Поворот задней оси при прогибе рессоры:

mm — линия перемещения оси; В_Р—расстояние между рессорами

Продольный наклон шкворня у влияет на пересечение оси шкворня с дорогой впереди площади касания колеса и дороги. Это заставляет колесо самостоятельно поворачиваться в сторону сохранения прямолинейного движения. Определяется  на специальных стендах.

Схождение колес определяется по разности расстояний С, D и по углу .. Схождение считается положительным, если расстояние между колесами спереди меньше, чем сзади, т. е. при С>D. Угол схождения  составляет от 5'до 30', увеличение . приводит к большему износу шин, уменьшение — к уменьшению [v_T] и [v_K].

При проверке технического состояния рулевого управления контролируются: свободный ход (люфт) рулевого колеса; усилие, необходимое для поворота рулевого колеса (после выбора люфта); относительные перемещения деталей из-за ослабления крепления деталей рулевого управления и шарнирных соединений тяг рулевого привода.

Увеличение люфта в механизме рулевого управления не допускается, так как это приводит к «нечуткости» управления из-за увеличения времени, необходимого для «выбора» люфта. Увеличение люфта на ПА увеличивает вероятность возникновения ДТП при следовании к месту вызова. Уменьшение люфта приводит к большей утомляемости водителя при управлении АТС. На ПА с гидравлическим усилителем рулевого управления люфт измеряется при работающем двигателе.

Увеличение усилия, необходимого для поворота рулевого колеса, увеличивает утомляемость водителя, излишняя «легкость» управления увеличивает число ДТП, происшедших из-за ошибочного поворота водителем рулевого колеса.

Подписи к рисункам