Файл: Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме.pdf

В зависимости от условий качения приведенное соотноше­ ние отдельных составляющих может изменяться в значитель­ ных пределах. Общее рассеивание энергии для рассматривае­ мого режима обычно составляет 15-ь25 кгсм на метр пути и 1000 кгс нагрузки, приходящейся на колесо, что соответст­ вует коэффициенту сопротивления качению, равному 0,015-ь -ь0,025 [7].

Включение тормозного устройства, т. е. перевод катящегося колеса в тормозной режим, интенсивно увеличивает расход ки­ нетической энергии на единицу пути, в основном за счет ра­ боты в тормозном устройстве и трения в контакте шины с опорной поверхностью.

Изменение остальных составляющих сопротивления каче­ нию практически не поддается количественной оценке ввиду сложности и недостаточной изученности рабочих процессов колеса применительно к тормозному режиму [8, 9, 10, 11, 12]. Учитывая этот факт, а также малый удельный вес потерь на качение в общем балансе тормозящего колеса, в первом при­ ближении, можно принять потери на качение постоянными для всех режимов торможения [13]. Тогда энергетический ба­ ланс будет представлен равенством:

A f — затраты энергии на работу колесного движителя; А-. — затраты энергии на трение в контакте; А т— работа трения в тормозном устройстве.

Очевидно, что распределение кинетической энергии по отдельным составляющим энергетического баланса будет из­ меняться в зависимости от интенсивности торможения. Харак­ тер этого изменения удобно проследить по графику, представ­ ленному на рис. 3.1.

График построен для процесса торможения колеса с при­ веденной массой 1000 кгс, начальной скорости 72 км/час и ко­ нечной скорости, равной нулю. Различная интенсивность тор­ можения обеспечивается за счет изменения тормозного мо­ мента (Мт). Тормозной момент, равный 100%, соответствует предельному значению, при котором происходит блокирование колеса и исключение Ат и Af из составляющих энергетическо­ го баланса. Анализ графика позволяет сделать следующие вы­ воды:

71

Рис. 3.1. Энергетический баланс заторможенного колеса:

А — кинетическая энергия движущейся массы; Ат— работа трения в тор­ мозном механизме; Af — диссипативные потерн колесного движителя; А- — работа на скольжение в контакте; Мт— тормозной момент.

1) в широком диапазоне изменения тормозного момента

(20-г-100%) основной составляющей энергетического баланса является работа трения в тормозном механизме (90-т-94%);

2)при торможении с малой интенсивностью существенной составляющей энергетического баланса являются затраты на работу колесного движителя;

3)блокирование колеса приводит к необходимости погло­ щения всей кинетической энергии за счет трения элементов шины об опорную поверхность.

При необходимости составляющие энергетического балан­ са тормозящего колеса могут детализироваться с учетом дан­ ных, приведенных в таблице 3.1, а также за счет более тща­ тельного изучения рабочих процессов [14]. Однако точная ко­

72

личественная оценка составляющих, а тем более установление функциональных связей с режимами качения п выходными характеристиками колеса,— задача очень сложная и, по-впдн- мому, неразрешимая на данном этапе.

В связи с этим вызывает сомнение возможность установ­ ления строгих силовых зависимостей для колеса по данным энергетического баланса. Несмотря на многочисленные иссле­ дования, выполненные с этой целью, до сих пор не найдено об­ щепризнанной строго обоснованной зависимости даже для простейшего случая плоского качения. Эти зависимости так­ же не могут быть определены через непосредственные замеры при экспериментах ввиду невозможности разделения диссипа­ тивных сил II моментов. Отсутствие строгих силовых связей для колеса затрудняет изучение его рабочего процесса, осо­ бенно при рассмотрении предельных и переходных режимов. Поэтому представляется целесообразным раздельное рассмот­ рение кинематических и силовых преобразующих свойств ко­ леса как передаточного механизма [8; 15; 16].

§ 2. Кинематические преобразующие свойства эластичного колеса

Кинематические преобразующие свойства колеса принято оценивать радиусом качения (гк):

где Ѵк — продольная поступательная скорость колеса; со^— угловая скорость вращения колеса.

Радиус качения является функцией многих факторов, ха­ рактеризующих конструктивные параметры пневматической шины и режим качения колеса.

Изменение режима качения колеса, как правило, сопровож­ дается изменением радиуса качения за счет перераспределе­ ния деформаций и зон проскальзывания в контакте. Это свой­ ство колеса достаточно подробно изучено в том числе и применительно к тормозному режиму [17; 18; 19]. Согласно име­ ющимся экспериментальным данным нагружение колеса тор­ мозным моментом вызывает увеличение радиуса качения. При­ чем это увеличение близко к линейной зависимости при не­ больших моментах, а затем переходит в параболическую по мере приближения тормозного момента к моменту по сцеп­ лению.

73

Рис. 3.2. Опытные шины 260-508Р модели 0-43 с различным шагом рисунка протектора:

В этой зоне основное влияние на радиус качения оказыва­ ют условия сцепления элементов шины с опорной поверхно­ стью. Последнее подтверждается результатами испытания че­ тырех опытных шин радиального построения, отличающихся только шагом рисунка протектора (рис. 3.2).

Опытные шины размером 260—508Р модели 0-43 были спроектированы и изготовлены на Омском шинном заводе для проведения сравнительных испытаний.

Краткая характеристика этих шин приведена в табли­ це 3.2.

На рис. 3.3 приведены зависимости радиусов качения от тормозного момента, полученные на стенде с беговым бараба­ ном (ИУ-5) для шин с различным шагом рисунка протектора. Согласно экспериментальным данным по мере увеличения шага увеличивается тангенциальная эластичность шины на

74

Т а б л и ц а 3.2

рмозного момента и двух значе-

ими вертикальной нагрузки.

Различие в тангенциальной эластичности шин особенно значительное при вертикальной нагрузке GK= 1060 Krc.

Статические характеристики касательного упругого сме­ щения этих шип, полученные статистической обработкой ре­ зультатов испытаний, имеют следующие корреляционные за­

h,= 4,686+ 0,0453078Рт+ 0 ,01188Рта—0,005864GK (шаг 128);

Аѵ= 2 ,34059+0,052727PT+0,5010Ptc,—0,007105GK (шаг 160); (3.2)

Анализ приведенных зависимостей не обнаруживает явно выраженной тенденции к увеличению или уменьшению жест­ кости в касательном направлении при увеличении шага рисун­ ка протектора. Шина с шагом 64 м, наиболее деформируемая в касательном направлении под действием силы Р, в то же время имеет наименьшую тангенциальную эластичность при торможении (рис. 3.3).

75