Показатели тормозных свойств

С повышением интенсивности движения и общего веса лесотранспортных систем возрастают требования к эффективности и безопасности торможения. Тягово-скоростные и тормозные свойства лесотранспортных машин связаны между собой. Чем выше скорость движения машины, тем эффективнее должны быть ее тормозные свойства. Следовательно, безопасность движения и производительность в большей мере зависят от тормозных свойств лесотранспортной машины.
Тормозная система предназначена для снижения скорости и полной остановки лесотранспортной машины, а также для удержания ее на уклоне. Торможение представляет собой искусственное создание сопротивления движению тормозными механизмами, а иногда и подключением трансмиссии с двигателем. Кинетическая энергия машины в процессе торможения поглощается силами трения, возникающими в тормозе, и преобразуется в тепло.
К показателям тормозных свойств относятся: замедление при торможении, тормозной путь и время торможения. Наибольшее значение имеют замедление при торможении и тормозной путь. Рассмотрим торможение колеса, оборудованного тормозным механизмом, вращающегося с частотой n, на которое действует вес Zк. В процессе торможения колодки прижаты к барабану силами P1 и P2 (рис. 15.1), а между фрикционными накладками и барабаном возникают силы трения X1 и X2. Тормозной момент этих сил Mт = ∑Хir противодействует вращению колеса. Заторможенное колесо стремится сдвинуть верхний слой грунта силой Мт/rд. Co стороны дороги на колесо действует такая же по величине сила — касательная реакция, называемая тормозной силой Pт.

Замедление при торможении. На лесотранспортную машину воздействуют еще и силы сопротивления движению:

Сила инерции при торможении равна:

Тогда уравнение движения лесотранспортной машины при торможении с отсоединенным двигателем можно записать:

где jт — замедление; Gа — вес лесотранспортной системы; δв — коэффициент учета вращающихся масс.
При максимальном значении тормозной силы Pтм будет максимальное замедление jтм, которое ограничивается силой сцепления Pφ колеса с опорной поверхностью:

где φ — коэффициент сцепления.
Силой сопротивления воздушной среды Pw в режиме торможения можно пренебречь, а сила сопротивления качению входит в тормозную силу Рт. После подстановки выражения (15.3) в формулу (15.2) получим выражение для замедления по условию сцепления:

где kт — коэффициент тормозного веса, представляющий отношение веса лесотранспортной системы, приходящейся на колеса, оборудование тормозными механизмами к весу Gc.
Знак перед sin a отражает влияние силы сопротивления подъема на показатели торможения, которая может способствовать торможению или уменьшить тормозную силу. У современных лесных машин все колеса оборудованы тормозными механизмами. Для таких машин выражение максимального замедления упрощается:

а на горизонтальном пути:

Из полученного выражения следует, что величина замедления зависит от коэффициента сцепления движителя с опорной поверхностью и коэффициента учета вращающихся масс.
Если сумма тормозных сил, создаваемых тормозными моментами Мт, превысит значение сил сцепления колес с дорогой, то возникает блокировка колес. В таком состоянии колесо не вращается, а только скользит по опорной поверхности. Установлено, что тормозная сила и коэффициент сцепления достигают максимального значения, когда заторможенное колесо значительно проскальзывает, но вращается. При блокировке колеса с доведением до юза исчезает трение между колодками и барабаном и поглощение кинетической энергии происходит не в тормозном механизме, а в зоне контакта шины с поверхностью пути, что приводит к снижению тормозной силы, местному нагреву и износу шины и возникновению потери устойчивости движения. Торможение «юзом» — исключительно опасный режим, особенно при скоростях движения выше 30...40 км/ч, который может вызвать аварийную ситуацию с заносом и даже опрокидыванием автомобиля, поэтому при отсутствии опасности наезда лучше тормозить качением. Особенно опасно торможение «юзом» при температуре окружающего воздуха в диапазоне +2...-7°С (см. рис. 15.2), когда значение коэффициента сцепления резко снижается, а вращающиеся массы не поглощают кинетическую энергию и (δв = 1), и замедление:

По величине замедления торможение может быть экстренным (аварийным) jт = 8,0...8,5 м/с2 и служебным jn = 1,5...4,0 м/с2.
Интенсивное торможение вызывает неприятные ощущения у водителя и пассажиров и даже возникает опасность травмирования, а также оно сопровождается повышенным износом тормозных механизмов и шин.
Замедление лесотранспортной системы используется в качестве оценочного показателя при диагностике тормозных систем. Для экспериментального определения замедления применяются приборы инерционного типа, называемые десельрометрами. Существует два типа десельрометров: одни указывают замедление машины в процентах от условного замедления, равного 9,4 М/с2, другие отмечают достижение предельной нормы замедления. Для лесовозных автопоездов предельная норма находится в пределах 3,5...4,0 м/с2.
Время торможения. Время торможения можно определить, используя замедление при торможении. На горизонтальном участке пути время торможения t до полной остановки лесотранспортной машины при любом замедлении определяется:

где v — скорость лесотранспортной машины в начале торможения, км/ч.
При торможении качением с максимальным замедлением и отключенным двигателем из формул (15.6) и (15.7) получим:

При торможении с доведением до «юза», когда колеса и трансмиссия не вращаются (δв = 1):

Тормозной путь. Тормозной путь — это путь, проходимый лесотранспортной машиной за время полного торможения, в течение которого замедление имеет максимальное значение. Выражение для вычисления теоретического минимального тормозного пути Sт может быть получено из условия постоянства замедления при торможении и равенства кинетической энергии лесотранспортной машины (системы) mw2/2 и работы тормозной силы. Такое равенство можно представить так:

или

При торможении «юзом» (δв = 1):

Теоретический тормозной путь, как видно из формул (15.10) и (15.11), зависит только от квадрата скорости и коэффициента сцепления.
Теоретические зависимости для определения времени торможения и тормозного пути не учитывают техническое состояние подвижного состава, влияние веса лесотранспортной системы на распределение динамических нагрузок на оси и колеса в процессе торможения и ряд эксплуатационных факторов. В реальных условиях неравномерность размещения перевозимых грузов смещает центр тяжести лесотранспортной системы и изменяет распределение веса по осям, что приводит при интенсивном торможении к недоиспользованию силы сцепления отдельных осей и колес. Техническое состояние тормозных систем отдельных машин может значительно отличаться. Для повышения точности расчетов времени торможения и тормозного пути вводят специальный коэффициент эффективности торможения Kэ, который учитывает эксплуатационные факторы, техническое состояние подвижного состава и другие особенности условий торможения.
С учетом коэффициента эффективности торможения для случая торможения качением до полной остановки, формулы для определения времени торможения и тормозного пути будут иметь вид:

Коэффициент условий эксплуатации для автомобилей по параметрам, близким к лесотранспортным, принимается 1,8...2,4. Следовательно, тормозной путь в основном зависит от скорости движения в начале торможения и коэффициента сцепления движителя с опорной поверхностью.
Отсчет тормозного пути начинается с момента достижения максимальных значений тормозных сил в тормозных механизмах, поэтому введен показатель оценки тормозных свойств машины, называемый остановочный путь.
Остановочный путь Sо — это путь, пройденный лесотранспортной машиной от момента, когда водитель принял решение о торможении до полной остановки машины, определяемый по зависимости:

где tр — время реакции водителя (время перехода от зрительного восприятия к действию); tр = 0,15...0,3 с — водитель подготовлен к быстрому восприятию опасности:

где t1 — время действия (реакции) водителя; t2 — время срабатывания тормозного привода; t3 — время нарастания тормозной силы.
В реальных тормозных системах при быстром, ударном нажатии на педаль:
- с гидравлическим приводом: t1 = 0,15...0,3 с; t2 = 0,05...0,1 с; t3 = 0,15...0,25 с;
- с пневматическим приводом: t1 = 0,15...0,3 с; t2 = 0,2...0,4 с; t3 = 0,4...0,8 с.
Анализ выражения кинетической энергии, приведенного в левой части выражения (15.10), убеждает, что тормозная система является очень емким потребителем энергии двигателя и, следовательно, пользоваться ею необходимо предельно рационально.
Готовность тормозной системы к работе, тормозной и остановочный путь, максимальное замедление в большой мере зависят от состояния тормозной системы и особенно температуры тормозных механизмов. Например, установлено, что после непрерывного 10-минутного торможения температура тормозных колодок и барабана повышается до 250...350°С, коэффициент трения снижается, при этом увеличивается тормозной путь.