Понятие устойчивости специальной автомобильной и тракторной техники.

Поперечная устойчивость машины. Под устойчивостью колесной или гусеничной машины понимается ее способность двигаться в разнообразных условиях без опрокидывания и без бокового скольжения колес всех осей автомобиля или одной из них. В зависимости от направления опрокидывания и скольжения различают продольную и поперечную устойчивость. Более вероятно и более опасно потеря поперечной устойчивости, α выражается в заносе или боковом опрокидывании машины. Поперечная устойчивость машины – способность сохранять заданное движение без опрокидывания, сползания, заноса при движении на повороте, а так же при боковом перемещении и сползании на уклоне.

Машина совершающая поворот вокруг оси ОО подвергается воздействию центробежной силы, α может вызвать опрокидывание или занос. Центробежная сила определяется: Р_ц=m_a*v_a²/R=G_a* v_a²/(R*g), где m_a – масса авто, кг; R – радиус поворота, м. Условием опрокидывания автомобиля относительно точки А будет след. выражение: Рφ≥ Р_ц. Начало опрокидывания возникает тогда, когда опрокидывающий момент будет равен моменту, удерживающему, т.е. Р_ц*h_ц= G_a*В/2, где h_ц – высота до центра тяжести машины, м; В – величина колеи машины, м. Р_ц = G_a*В/2 h_ц, G_a* v_a²/(R*g)= G_a*В/2 h_ц, следовательно максимальная (критическая) скорость движения авто на повороте, при α начнется опрокидывание, определяется: υакр=(gRB/(2hц))^1/2. Начало бокового скольжения может возникнуть тогда, когда сцепная сила станет меньше или равной силе центробежной, т.е. Р_ц≥ Рφ= G_a*φ. Определим максимальную (критическую) скорость движения авто, при α начнется боковое скольжение G_a*φ= G_a* v_a²/(R*g), следовательно υакр=(gR φ)^1/2. Поперечная устойчивость колесной или гусеничной машины характеризуется величинами предельных углов-косогоров, при α машины могут передвигаться, не опрокидываясь. Движение гусеничной машины на дороге с поперечным уклоном α рассмотрим на рисунке.

Из условия равновесия машины относительно нижней боковой кромки левой гусеницы (т.О) получим G_трsin α hц - G_трcos α*0.5(B+b)=0. Начало опрокидывания машины вокруг точки О произойдет в момент, когда Z1=0, при этом получим G_трsin α hц = G_трcos α*0.5(B+b), где В – величина колеи, м; b– ширина гусеницы, м. Предельный угол поперечного уклона, при α начнется опрокидывание определяется по tg угла, tg α = (0,5(В+b))/ hц, следовательно чем больше В и в, и меньше hц, тем устойчивее машина. Опрокидывание машины может предшествовать ее сползание, если соблюдается следующие условие Рφ=γ1+ γ2< G_трsin α, где γ1, γ2 – боковые реакции дороги на ходовые органы машины. Возможность сползания трактора в следствии скольжения ходовой части по дороге характеризуется след. уравнением G_трsin α,=γ1+γ2. Наибольшее значение величин реакции γ1+γ2 можно определить из выражения γ1+γ2=G_тр* φ1* cos α, где φ1 – коэф-т, характеризующий боковое сцепление гусеничного движителя с дорогой, следовательно условие, при α трактор еще не будет сползать примет вид: G_трsin α≤ G_тр* φ1* cos α, откуда предельный угол, на α не произойдет скольжение определяется tg α≤ φ1. Величина коэф-та сцепления φ1 зависит от механических свойств дороги и конструкции ходовых органов. По действующим нормам безопасности углы поперечной статистической устойчивости для колесных и гусеничных тракторов должны быть на менее 40⁰.

Продольная устойчивость машины. Под продольной устойчивостью машины подразумевается ее способность двигаться по уклону без опрокидывания вокруг осей, проходящих через точки опор передних или задних колес или вокруг осей переднего или заднего опорных катков гусеничного движителя с последующим опрокидыванием через тяговый или натяжные звездочки. Авто движется ускоренно на подъем в следствии чего может быть потеряна продольная устойчивость и опрокидывание машины произойдет вокруг задней оси О₂. Если пренебречь силами сопротивления воздушной среды и сопротивлением качению, то в момент опрокидывания реакция Z1=0, тогда условием статического опрокидывания авто вокруг оси О₂ без учета деформации подвески будет след. выражение G_аsin α hц= G_аcos α*b, из этого соотношения определяется угол подъема авто при α возможно опрокидывания машины tg α=b/hц, если tg α>b/hц, то опрокидывание неизбежно. Учитывая, что максимальные углы подъема совр.авто и тракторов не превышают 45⁰ (tg α=1), формула примет вид hц>b, т.е. во избижании продольного опрокидывания высота центра тяжести не может превышать расстояние от центра тяжести автомобиля до задней оси. До начала опрокидывания наступает буксование ведущих колес, при движении на подъеме и машина сползает назад в следствии недостаточного сцепления колес с дорогой, при этом сила сцепления ведущих колес машины с колесной формулой 4×2 определяется Р_φ2=G_a*а*φ*cosα/L, где L – база авто, м. Определим tg угла, при α начнется сползание tg α= а*φ/ L, где а – расстояние от центра тяжести до передней оси машины. Для полноприводных авто и тракторов угол сползания определяется tg α= φ. Для гусеничного трактора с полужесткой подвеской находящегося на продольном уклоне показаны схемы на рисунках. Предельный статистический угол уклона и подъема составляет tgα^сп_lim =(Сп-а)/hц – для спуска, tgα^п_lim =(а-Ск)/hц – для подъема, где Сп, Ск – соответственно расстояние передней и задней кромок опорных поверхностей гусениц до плоскости, проведенной через геометрическую ось ведущих колес. Если статические углы подъема и уклона будут больше значений, определенных по формулам, то это еще не означает аварийного опрокидывания трактора, т.к. повернувшись относительно кромок трактор сядет на наклонные задние или передние ветви гусениц. Для тракторов с полужесткой подвеской предельные статистические углы находятся в пределах 35-45⁰.