Пожарные и аварийно-спасательные машины

Р а з д е л 2

ПОЖАРНЫЕ И АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Г л а в а 6 . Базовые транспортные средства

Пожарные и аварийно-спасательные машины (далее – пожарные машины – ПМ) различного назначения сооружают на шасси транспортных машин общего назначения: автотранспортных средств (АТС), речных и морских судов, летательных аппаратов. Шасси этих машин для пожарной охраны являются базовыми. Этим обусловлено то, что ПМ приспособлены для использования (тушения пожаров) в условиях, в которых могут эксплуатироваться машины базовых шасси. Однако ПМ являются машинами оперативного назначения. Квалифицированное тушение пожаров, при прочих равных условиях, требует содержания их в состоянии постоянной технической готовности к использованию по назначению. Этим обусловлены дополнительные условия приспособления ПМ к эффективному использованию.

Условия эксплуатации пожарных автомобилей (ПА)

Особенность оперативного использования ПА. Пожары возникают в случайное непредсказуемое время. В течение суток их может не быть или в разных районах они возникают несколько раз. Этим обусловлена частота выездов ПА на их тушение. Количество вызовов на пожары в течение года и частота их в зависимости от численности населения в городах, особенностей промышленности в них и т.д. изменяется в широких пределах.

Так, в г. Подольске при численности населения около 200 тыс. человек частота выездов характеризовалась, как показано на рис.6.1.

nв

число выездов в сутки,

Рис.6.1. Выезды ПА на пожары в г. Подольске

В населенном пункте Кораблино (Рязанская область) частота выездов характеризовалась, как показано на рис.6.2.

Рис.6.2. Выезды ПА на пожары в г. Кораблино

Из анализа выездов ПА на тушение пожаров (рис.6.1 и рис.6.2) следует очень важное заключение. ПА должны содержаться в режиме постоянной технической готовности к следованию на пожар. Их двигатели должны быть готовы к немедленному пуску без предварительного разогрева.

Ущерб от пожара во многом зависит от продолжительности следования ПА на пожар и развертывания средств для начала его тушения. Продолжительность тушения также непредсказуема. Изложенное позволяет установить три режима эксплуатации ПА как оперативного средства тушения пожара: режим дежурства, транспортный режим и режим стационарный, в котором используют пожарное оборудование и средства тушения пожара

Режимы эксплуатации ПА. В режиме дежурства ПА должен содержаться в состоянии постоянной технической готовности к немедленному использованию. В этом режиме ПА и его оборудование должны быть исправными, а его двигатель должен запускаться без предварительной тепловой подготовки. Это обеспечивается при температурах в гаражах не ниже +16⁰С.

Районы выезда ПА на пожары четко определены. Радиус выезда не превышает 6 км. Поэтому продолжительность следования на пожар относительно невелика. Так, 35…45% всех выездов осуществляется в течение до 5 минут. Продолжительность следования до 10 минут составит от 18 до 35% всех пожаров. В случае выезда в другие районы это время может достигать 20…30 мин и более.

При подготовке пожарного оборудования (ПО) к тушению пожара и его тушению пожара ПА устанавливают на водоисточники или используют огнетушащие вещества (ОВ) из цистерн и баков ПА. В этих условиях он находится в стационарном состоянии, а работает двигатель под нагрузкой, обеспечивая подачу воды насосом на тушение пожара.

При смене караула, ежедневном техническом обслуживании двигатель запускают и он работает без нагрузки. Таким образом, двигатель эксплуатируют под нагрузкой и без нагрузки.

В транспортном режиме величину пройденного пути при следовании на пожар и возвращению в пожарную часть фиксируют по показаниям спидометра. Суммарная величина пройденного пути определяется потому, что пожарные автомобили не имеют пробегов без нагрузки. Специальные пожарные автомобили имеют постоянную нагрузку. Пожарные автоцистерны после тушения пожара, если расходовалась вода из цистерн, заполняются водой.

Продолжительность следования на пожар изменяется в широких пределах. Так, 33…47% всех выездов осуществляется в течение до 5 минут.

Продолжительность следования до 10% составляет от 20 до 35% всех случаев. При следовании по вызовам в отдаленные районы это время может достигать20…30 минут и более.

Работа двигателя под нагрузкой учитывается по показаниям счетчика времени работы пожарного насоса. В случае если насосы не имеют счетчиков времени, продолжительность работы двигателя фиксирует начальник караула.

Продолжительность тушения пожаров характеризуется широким интервалом времени. В городах она составляет до 15 минут в 30% тушения всех пожаров. От 25 до 60 минут тушат около 20% всех пожаров. В среднем до 70% продолжительность тушения пожаров не превышает 60 минут.

Средняя продолжительность тушения крупных пожаров равна 5…6 часам.

Суммарное время эксплуатации ПА определяют:

S_{общ =} S_сп + 50τ_н, км (6.1)

где S_общ - общий (суммарный) пробег ПА, км; S_сп - пробег ПА, устанавливаемый по показаниям спидометра, км; τ_н – продолжительность работы пожарного насоса, час.

В приведенной формуле цифра 50 является опытной величиной, указывающей, что один час работы двигателя под нагрузкой эквивалентен его работе при пробеге ПА, равном 50 км.

Продолжительность работы двигателя без нагрузки (на холостом ходу) (τ_хх) учитывается отдельно. Все значения S_сп , τ_н , τ_хх записываются в эксплуатационную карточку ПА для определения расхода топлива за км установленный период.

Подводя итог изложенному, следует сформулировать общий вывод. Пожарные автомобили не имеют пробегов без нагрузки. Их режимы эксплуатации обусловлены особенностями тушения пожара. Выезды на пожары осуществляются в непредсказуемых промежутках времени, режимы их эксплуатации относительно кратковременны.

Пожарные автомобили на всех режимах эксплуатации используются в широком интервале географических дорожных и природно-климатических условиях.

Высота над уровнем моря, характер дорожных покрытий и дислокация пожарных частей являются основными показателями категорий условий эксплуатации ПА. Совокупность этих условий оценивают пятью категориями условий эксплуатации. Их характеристика представлена в табл.6.1.

Таблица 6.1

Категории условий эксплуатации	Условия движения
за пределами пригородной зоны (более 50 км от границы города)	в малых городах (до 100 тыс. жителей и в пригородной зоне)	в больших городах (более 100 тыс. жителей)
I	Д1 – Р1, Р2, Р3	–	–
II	Д1 – Р4 Д2 – Р1, Р2, Р3, Р4 Д3 – Р1, Р2, Р3	Д1 – Р1, Р2, Р3, Р4 Д2 – Р1	–
III	Д1 – Р5, Д2 – Р5, Д3 – Р4, Р5 Д4 – Р1, Р2, Р3, Р4, Р5	Д1 – Р5 Д2 –Р2, Р3, Р4, Р5, Д3 – Р1, Р2, Р3, Р4, Р5 Д4 – Р1, Р2, Р3, Р4, Р5	Д1 – Р1, Р2, Р3, Р4, Р5 Д2 – Р1, Р2, Р3, Р4 Д3 – Р1, Р2, Р3 Д4 – Р1
IV	Д5 – Р1, Р2, Р3, Р4, Р5	Д5 – Р1, Р2, Р3, Р4, Р5	Д2 – Р5 Д3 – Р4, Р5 Д4 – Р2, Р3, Р4 Д5 – Р1, Р2, Р3, Р4, Р5
V	Д6 – Р1, Р2, Р3, Р4, Р5

Примечание.

Дорожные покрытия:

Д₁ – цементобетон, асфальтобетон, брусчатка, мозаика;

Д₂ – битумоминеральные смеси (щебень или гравий, обработанные битумом);

Д₃ – щебень (гравий) без обработки, дегтебетон;

Д₄ – булыжник, колотый камень, грунт и малопрочный камень, обработанные вяжущими материалами, зимники;

Д₅ – грунт, укрепленный или улучшенный местными материалами; лежневое и бревенчатое покрытия;

Д₆ – естественные грунтовые дороги, временные внутрикарьерные и отвальные дороги, подъездные пути, не имеющие твердого покрытия.

Тип рельефа местности (определяется высотой над уровнем моря):

Р₁ – равнинный (до 200 м);

Р₂ – слабохолмистый (свыше 200 до 300 м);

Р₃ – холмистый (свыше 300 до 1000 м);

Р₄ – гористый (свыше 1000 до 2000 м);

Р₅ – горный (свыше 2000 м).

На условия применения ПА большое влияние оказывают природно-климатические условия Они в нашей стране характеризуются спектром этих условий от умеренного до очень холодного климата. Районирование по природно-климатическим условиям представлено в табл.6.2.

Районирование по природно-климатическим условиям представлено в табл.6.2.

Таблица 6.2

Субъекты Российской Федерации	Климатические условия
Республика Саха (Якутия), Магаданская область	Очень холодный
Республика Алтай, Республика Бурятия, Республика Карелия, Республика Коми, Республика Тува. Края: Алтайский, Красноярский, Приморский, Хабаровский; Области: Амурская, Архангельская, Иркутская, Камчатская, Кемеровская, Мурманская, Новосибирская, Омская, Сахалинская, Томская, Тюменская, Читинская, Еврейская автономная область.	Холодный
Республика Башкортостан, Удмуртская Республика, Области: Пермская, Свердловская, Челябинская.	Умеренно холодный
Республика Дагестан, Республика Северная Осетия, Кабардино-Балкарская Республика, Ингушская Республика. Края: Краснодарский, Ставропольский. Области: Калининградская, Ростовская.	Умеренно теплый, умеренно теплый влажный
Прибрежные районы морей: Черного, Каспийского, Азовского, Балтийского, Белого, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского, Чукотского, Берингова, Охотского, Японского (с шириной прибрежной полосы до 5 км).	Районы с высокой агрессивностью окружающей среды
Остальные районы России	Умеренный

Примечание. Субъекты Российской Федерации, не указанные в данной таблице, относить к конкретному климатическому району согласно действующим на их территории правительственным документам.

Кузова ПА

К кузову пожарного автомобиля относятся: пожарная надстройка, кабина и оперение.

Пожарная надстройка предназначена для размещения в ней цистерн и баков для огнетушащих веществ, пожарного оборудования, оборудования для спецагрегатов, инструмента и т.д.

Пожарная надстройка крепится на раме автотранспортного средства вместо платформы под груз. В ней размещаются цистерны и бак для огнетушащих веществ, пожарные напорные рукава, пожарные насосы и водопенные коммуникации. Значительное место отводится в отсеках для размещения гидравлического оборудования, приборов и аппаратов для получения воздушно-механической пены, аварийно-спасательного оборудования и инструмента.

Часть оборудования (всасывающие рукава, лестницы и т.д.) размещаются на крыше кузова. В их креплении предусматриваются направляющие, облегчающие снятие, лестница и подножка для доступа к ним. На крыше оборудуются полосы для перемещения по ним личного состава. Эти полосы не должны иметь уклона. По периметру на крыше кузова предусматривается ограждение высотой не менее 100 мм. Снаружи кузова предусматривается размещение желобков для отвода воды.

В специальном отсеке кузова размещается насосная установка. Для обеспечения ее эксплуатации при низких температурах предусматривается ее обогрев. Он может осуществляться отработавшими газами двигателя или установкой специальных обогревателей.

Кабины ПА предназначены для размещения в них водителя и пожарного караула. По посадочной формуле они разделяются на две группы. К первой группе относятся ПА с кабиной базового шасси. Их обозначают 1+1 или 1+2 (один водитель и один или два пожарных). Это кабины неполноприводных ПА с колесной формулой 4×2 для специальных пожарных автомобилей (например, ПНР и АР). Большинство ПА имеют дополнительные кабины с одним рядом сидений (1+6) или двумя рядами сидений (1+8). Кабины водителя и расчета пожарных образуют общий салон.

Кабины водителя и личного состава пожарных должны обеспечивать:

оперативную и безопасную посадку и высадку пожарных;

удобство размещения пожарных и необходимого штатного оборудования;

жизнеобеспечение и сохранение жизненного пространства при опрокидывании ПА, лобовых столкновениях или наездах с любой стороны.

Реализация первых двух требований осуществляется с учетом размера человеческого тела. Основным его размером является рост.

Рост людей подчиняется нормальному закону распределения. Для решения технических задач обычно не учитывают 5% самого малого и большого роста.

Следовательно, в соответствии с антропометрическими признаками устанавливают 5,50 и 95 перцентили (5Р; 50Р и 95Р), характеризующие самый низкий, средний и самый высокий рост пожарных. Для европейской части России пожарные самого низкого роста равны 164,5 см, среднего роста – 176,5 см и самого высокого роста – 188,5 см. Эти размеры роста и могут быть положены в основу создания кабин для личного состава пожарных.

Для удобства посадки и высадки высота расположения ручки для открывания двери кабины, поручня для удобства посадки и высота расположения подножки, ее расстояние от пола кабины рассчитываются для пожарных самого малого роста. Высота и ширина открытого дверного проема рассчитываются для пожарных самого высокого роста.

Основные показатели, характеризующие сиденья, устанавливаются на основании анализа размещения пожарных различного роста. Так, угол наклона подушки может находиться в пределах 0...5⁰, угол наклона спинки от 3 до 19⁰. При этом угол, образованный подушкой и спинкой сиденья может находиться в пределах 85...100⁰.

Двери кабин оснащаются запирающими устройствами с наружными и внутренними ручками управления для предотвращения самопроизвольного их открытия.

В кабинах необходима световая и звуковая сигнализация. Они оборудуются отопителями, обеспечивающими в зимнее время температуру воздуха не ниже +15⁰С. В них предусматривается место для огнетушителей, одной или нескольких аптечек, а также место для хранения инструмента и запасных частей.

Конструкция кабин должна обеспечивать сохранение жизненного пространства при опрокидывании ПА, лобовом столкновении или наездах с любой стороны. Размещение и крепление оборудования в кабинах должно быть таким, чтобы отсутствовала возможность травмирования личного состава в транспортном режиме ПА. Герметизация кабин должна исключать загрязнение воздуха в кабине, как при движении ПА, так и на стоянке при работающем двигателе.

Двери кабин оборудуются самосрабатывающимися запорными устройствами, удерживающими их в закрытом положении и фиксаторами открытого положения.

Проемы дверей и люков должны иметь уплотнения, предотвращающие попадание в кузов влаги, пыли, грязи. Полки для пожарного оборудования должны иметь отверстия для слива скапливающейся на них влаги.

По устойчивости к климатическим воздействиям ПА приспособлены для работы при температуре от +40 до –40⁰С. При размещении ПН должно быть обеспечена защита его коммуникаций от замерзания во всем диапазоне условий эксплуатации. Должна поддерживаться положительная температура пенообразователя. Обогрев осуществляется либо отработавшими газами, либо установкой специальных отопителей.

По требованию заказчика конструкция кузова и кабины может оборудоваться специальной теплозащитой. Они должны обеспечивать защиту кабин и кузова от тепловых излучений интенсивностью до 25 кВт/м² при тушении крупных пожаров открытых и закрытых пространствах.

Шасси. Трансмиссии

Шасси объединяют такие группы деталей, механизмов и систем: трансмиссии, несущую систему, мосты, подвеску, колеса, рулевое управление и тормозную систему. На пожарных основных и многих специальных автомобилях установлены дополнительные трансмиссии для привода различных потребителей энергии. Такими потребителями мощности на основных пожарных автомобилях общего применения являются пожарные насосы, на специальных – приводы гидравлических систем (например, на автолестницах).

Трансмиссией называется совокупность кинематически связанных между собой узлов и деталей, предназначенных для передачи и распределения энергии от двигателя к исполнительным механизмам.

Трансмиссии обеспечивают: включение и выключение исполнительных механизмов, передачи вращающего момента, изменения частоты вращения вала исполнительного механизма и изменения направления (если это необходимо) его вращения.

В современных конструкциях пожарных машин применяются трансмиссии механические, гидромеханические, комбинированные. Они должны удовлетворять ряду требований:

быть компактными, легкими в управлении и иметь высокий КПД;

обеспечивать в широком интервале изменение нагружения исполнительных механизмов;

иметь предохранительные устройства, защищающие детали и узлы исполнительных механизмов от возможных перегрузок.

Все используемые в конструкциях пожарных машин трансмиссии характеризуются следующими основными параметрами: передаточным числом, КПД и передаваемым вращающим моментом.

Передаточное число u простейшей механической передачи, состоящей из ведущей и ведомой шестерен, определяется следующим соотношением

, (6.12)

где: n₁, n₂, z₁, z₂, d₁, d₂- соответственно частота вращения, число зубьев и диаметры начальных окружностей ведущего и ведомого зубчатых колес.

При < 1 передача называется ускоряющей (мультипликатор) и при u >1 – понижающей (редуктор).

Если трансмиссия имеет несколько пар зубчатых колес, из которых каждая имеет свое передаточное число, то общее передаточное число трансмиссии будет равно

u_общ = u₁, u₂...u_n (6.13)

Коэффициент полезного действия (кпд) трансмиссии характеризует потери мощности при передаче ее от двигателя к исполнительному механизму и определяется по формуле

h = (6.14)

где: N_e - эффективная мощность двигателя; N_м - мощность механических потерь в трансмиссии; N_и - мощность, подводимая к исполнительному механизму.

КПД определяется экспериментальным путем при стендовых испытаниях трансмиссии. Величина η в значительной степени зависит от типа и конструкции трансмиссии, частоты вращения ее элементов, передаваемой величины вращающего момента, а также вязкости и уровня масла в агрегатах трансмиссии.

Общий КПД трансмиссии, состоящий из нескольких механизмов, определяется по формуле

h_общ = h₁ h₂ … h_{n ,} (6.15)

где: h₁ ,h₂, h_n - соответственно КПД промежуточных элементов, составляющих трансмиссию.

Крутящий момент исполнительного механизма М_и связан с эффективным крутящим моментом двигателя М_е для случая равномерного вращения зависимостью

М_и = М_е u_общ h_общ . (6.16)

Механические трансмиссиивключают в себя механические передачи, муфты, сцепления и другие элементы, обеспечивающие передачу энергии.

В дополнительных трансмиссиях применяются механические или гидромеханические передачи. Передачи используются в качестве приводов пожарных автолестниц или автоколенчатых подъемниках. Они будут рассмотрены при изучении этих машин.

Механические передачи – редукторы или мультипликаторы.

В пожарных машинах они применяются для преобразования и передачи крутящего момента между валами с параллельными или перекрещивающимися осями.

В первом случае они используются в коробках отбора мощности в дополнительных трансмиссиях привода пожарных насосов. В них используются зубчатые колеса с прямыми и косыми зубьями. Они применяются в комбинированных пожарных насосах для передачи крутящего момента от валов низконапорной к валам высоконапорной ступени. В механизмах поворота пожарных автолестниц и пожарных подъемников используются передачи с внутренним зацеплением.

Во втором случае применяют червячные передачи в механизмах поворота и подъема колен пожарных автолестниц и пожарных автоподъемниках.

Зубчатые передачи составляют основу коробок отбора мощности (КОМ). Принципиальная схема одной из них представлена на рис.6.9. Корпус 4 КОМ крепится на картере коробки передач или раздаточной коробки трансмиссии автомобиля. От шестерни 1 на валу коробки передач, мощность передается с помощью промежуточного зубчатого колеса 2 к ведомой шестерне 3 КОМ. С помощью зубчатой муфты он затем передается на вал 5 привода пожарного насоса.

3

4

5

2

1

Рис.6.9. Схема коробки отбора мощности: 1 – зубчатое колесо ведущее; 2 – промежуточное зубчатое колесо; 3 – ведомая шестерня; 4 – соединительная муфта; 5 – ведомый вал

КОМ являются основным механизмом дополнительных трансмиссий на автоцистернах. В зависимости от колесной формулы шасси и места размещения пожарного насоса (в кормовом насосном отсеке или у кабины АЦ) схемы компоновок этих трансмиссий могут быть различными (рис.6.10).

Вариант I (рис.6.10, а) применяют на АЦ-40(131)137; на автоцистернах на шасси Урал АЦ-8-40(55571), на шасси ЗИЛ АЦ-2-40(5301) и др. Разновидностью первого варианта является схема со средним расположением насоса (рис.6.10, б), например, на АЦ-40(43202) на шасси Урал и др.

Отличительной особенностью такой схемы является укороченная длина карданной передачи, не имеющей промежуточной опоры. В обеих схемах варианта I крутящий момент от двигателя 1 передается через механизм сцепления 2, коробку передач 7, коробку отбора мощности 3, карданную передачу 4 и вал пожарного насоса 6. Карданная передача при заднем расположении насоса имеет две промежуточные опоры 5. На всех пожарных автомобилях, выполненных на шасси ЗИЛ, устанавливают коробку отбора мощности КОМ-68Б, а на шасси «Урал» – КОМ-Ц1А.

Вариант II (рис.6.10, в) осуществляют на автоцистернах АЦ-30(5301, АЦ-2,5-40(33092), монтируемых на шасси ГАЗ с колесной формулой 4х2. Мощность от двигателя 1 к валу насоса передается через механизм сцепления 2, коробку перемены передач 7, коробку отбора мощности 3 и далее через два карданных вала 4, соединенных на вал насоса 6. Карданная передача от коробки отбора мощности к валу насоса имеет промежуточную опору 5.

Вариант III представлен на рис.6.10, г. Такую схему применяют, как правило, на всех пожарных автомобилях, монтируемых на шасси повышенной проходимости с колесной формулой 4х4. Например, на АЦ-30(66)-146 пожарный насос 6 приводится в действие от двигателя 1 через механизм сцепления 2, коробку передач 7, карданный вал 4, раздаточную коробку 8, коробку отбора мощности 3.

Рис. 6.10. Схемы компоновки дополнительных трансмиссий:
а, б – вариант I; в – вариант II; г – вариант – III:

1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка отбора мощности; 4 – карданный вал;
5 – опоры; 6 – пожарный насос; 7 – коробка передач; 8 – раздаточная коробка

В современных пожарных автоцистернах наиболее рациональной схемой является вариант среднего размещения пожарного насоса, ввиду существенных преимуществ по сравнению с задним расположением. К числу таких преимуществ относятся: более короткие элементы водопенных коммуникаций; возможность осуществлять более низкое размещение цистерны для воды и, следовательно, снизить центр массы пожарного автомобиля.

Недостатком среднего размещения пожарного насоса является неудобный доступ к нему при техническом обслуживании и устранении возможных неисправностей.

Сочетание аксиально-поршневых насосов с механическими передачами образуют комбинированные трансмиссии. Принципиальная схема такой трансмиссии показана на рис.6.11. От коробки отбора мощности 1 вращающий момент передается на аксиально-поршневой насос 2. С помощью специальных гидросистем 3 он затем передается на гидромотор 4, а от него к исполнительному механизму 5 червячной передачи подъема колен автолестниц. Такого же типа гидромеханическая передача используется в механизмах поворота пожарных автолестниц и автоколенчатых подъемников.

1

2

3

4

5

6

Рис. 6.11 Схема гидромеханической передачи: 1 – КОМ; 2 – гидронасос; 3 – гидравлическая система управления; 4 – гидромотор; 5 – червячная передача; 6 – барабан

Управление механизмами трансмиссии двигателя и другими исполнительными органами осуществляется приводами механическими, пневматическими и гидравлическими.

П р и н ц и п и а л ь н а я с х е м а м е х а н и ч е с к о г о п р и в о д а н е п о с р е д с т в е н н о г о д е й с т в и я показана на рис.6.12. Управление осуществляется под действием усилия F₁, прилагаемого водителем к рычагам или педалям, включающими тот или иной механизм. Максимальное усилие на рычаге не должно превышать 150 Н при ходе 20…30 см, а на педалях не более 250 Н.

S

F1

F2

h

Рис. 6.12. Схема механического привода

Соотношение между усилием на рукоятке рычага и усилием включения рабочего органа исполнительного механизма системы с механическим приводом характеризуется передаточным числом u = S/h . Обычно u = 25…40.

Такие приводы используются для включения КОМ, газоструйных вакуумных аппаратов, приводов вакуумных насосов ПЦН и т.д.

Э л е к т р о п н е в м о п р и в о д применяется для включения в работу механизмов на автоцистернах, автолестницах и других ПА.

Принципиальная схема привода показана на рис.6.13. Пружиной 3 поршень 4 со штоком 2 отжаты вправо. Управляемый механизм выключен. При включении электромагнитного клапана 6 точки а^' и b^' займут место точек а и b. При этом сжатый воздух по пневмоприводу 7 поступит в надпоршневое пространство. Давление воздуха на поршень 4 сожмет пружину 3 и штоком 2 будет включен управляемый механизм.

Рис. 6.13. Схема электропневмопривода:

1 – пневмоцилиндр; 2 – шток; 3 – пружина; 4 – поршень; 5, 7 – пневмопривод;
6 – электромагнитный клапан; 8, 9 – потребители

Включая электромагнитный клапан 6, точки а^' и b^' займут исходное положение. При этом под давлением пружины 3 на поршень 4 воздух из поршневого пространства по пневмоприводу 5 будет удален в атмосферу.

На колесах ПА

Тягово-скоростные свойства ПА характеризуют его возможности к движению под действием продольных (тяговых) сил ведущих колес. Она включает тяговые свойства, позволяющие ПА преодолевать подъемы, буксировать прицепы и скоростные свойства, позволяющие ему двигаться с высокими скоростями, совершать разгон (приемистость) и двигаться по инерции (выбег).

Специфика эксплуатации и движения ПА обуславливает выделение для оценки его тягово-скоростных свойств четыре показателя:

максимальную скорость v_max;

максимальный подъем, преодолеваемый на первой передаче, с постоянной скоростью (угол α_max);

время разгона до заданной скорости t_υ;

минимальную устойчивую скорость υ_min.

Перечисленные показатели определяются аналитически или экспериментально. Аналитическое их определение осуществляется решением дифференциального уравнения движения ПА. К сожалению, оно справедливо только для частного случая – прямолинейного движения в профиле и в плане дороги (рис.6.14). В системе отсчета 0_xyz оно имеет вид

, (6.17)

где G – масса ПА, кг; δ > 1 - коэффициент учета вращающихся масс (колес, деталей трансмиссии) ПА; Рк – суммарная тяговая сила, которую обеспечивает двигатель на ведущих колесах ПА, Н; Ρ_Σ – суммарная сила сопротивления движению, Н.

На рис.6.14 цифры 1,2 и 3,4 обозначают действующие силы опорных реакций R, указывающие, что они относятся к левому и правому колесам передней и задней осей, соответственно.

Рис. 6.14. Силы действующие на ПА

Суммарная сила сопротивления движению Ρ_Σ определяется как сумма всех сопротивлений, действующих на ПА.

Ρ_Σ=P_f+P_i+P_в+ Р_ј , Н (6.18)

Р_f – сила сопротивления качению колес, Н; Р_i – сила сопротивления подъему, Н; Р_в–сила сопротивления воздуха, Н; Р_ј – сила инерции, Н.

Суммарная тяговая сила Рк, которую обеспечивает двигатель на ведущих колесах, определяется по формуле

Н (6.19)

где М_к – крутящий момент, подводимый к колесам ПА, Н·м; М_д – крутящий момент, развиваемый двигателем, Н·м; u – передаточное число трансмиссии; η – коэффициент полезного действия трансмиссии; r_D – динамический радиус колеса, м.

Коэффициент полезного действия трансмиссии η является произведением КПД ее агрегатов. Для расчетов можно принимать: η = 0,9 – для грузовых двухосных автомобилей с одинарной главной передачей (4´2); η= 0,88 – тоже, но с двойной главной передачей (4´2); η= 0,86 – для автомобилей повышенной проходимости (4´4); η = 0,84 – для грузовых трехосных автомобилей (6´4); η= 0,82 – для грузовых трехосных автомобилей повышенной проходимости (6´6).

Значения r_D приводятся в нормативных документах на пневматические шины (ГОСТы) или вычисляются по формуле

, (6.20)

где d – диаметр обода, м; λ – 0,89 - 0,9 – радиальная деформация профиля; b_ш– ширина профиля, м.

для движения ПА необходимо, чтобы тяговая сила на колесах Р_к была больше суммарной силы сопротивления движению ПА Ρ_Σ, то есть необходимо выполнение условия

Рк > Ρ_Σ (6.21)

Реализация тяговой силы Рк для движения ПА зависит от способности автомобильного колеса, находящегося под воздействием нормальной нагрузки Gg воспринимать или передавать касательные силы при воздействии с дорогой. Ее оценивают силой сцепления шины с дорогой Р_φ или коэффициентом сцепления φ.

Определяют φ экспериментально методом блокировки автомобиля с заблокированными колесами. При этом регистрируют силу тяги на крюке буксира и нормальную реакцию на заблокированных колесах.

В зависимости от направления скольжения колеса различают коэффициенты продольного φ_х и поперечного φ_у сцепления. Однако они мало различаются и при расчетах обычно пользуются средним значением коэффициента сцепления φ.

Коэффициент φ зависит от типа покрытия и состояния дороги, конструкции и материала шины, давления воздуха в ней, нагрузки на колеса, температурных условий. Однако основными факторами на его величину являются тип и состояние дорожного покрытия и давление в шинах (табл.6.6).

Таблица 6.6

Дорожное покрытие	Состояние покрытия	Давление в шине
высокое	низкое	регулируемое
Асфальт, бетон	Сухое Мокрое	0,5–0,7 0,35–0,45	0,7–0,8 0,45–0,55	0,7–0,8 0,5–0,6
Щебеночное	Сухое Мокрое	0,5–0,6 0,3–0,4	0,6–0,7 0,4–0,5	0,6–0,7 0,4–0,55
Грунтовое (кроме суглинка)	Сухое Увлажненное Мокрое	0,4–0,5 0,2–0,4 0,15–0,25	0,5–0,6 0,3–0,45 0,25–0,35	0,5–0,6 0,35–0,5 0,2–0,3
Песок	Сухое Влажное	0,2–0,3 0,35–0,4	0,22–0,4 0,4–0,5	0,2–0,3 0,4–0,5
Суглинок	Сухое В пластическом состоянии	0,4–0,5 0,2–0,4	0,4–0,55 0,25–0,4	0,4–0,5 0,3–0,45
Снег	Рыхлое Укатанное	0,2–0,3 0,15–0,2	0,2–0,4 0,2–0,25	0,2–0,4 0,3–0,45
Любое	Обледенелое	0,08–0,15	0,1–0,2	0,05–0,1

Максимальная сила тяги Р_φ полноприводных ПА определяют по формуле

Р_φ = φ Gg (6.22)

где G – масса ПА, кг.

В случае неполноприводных ПА ее определяют по формуле

Р_φ = φ ∑ R₃₄ (6.23)

где R₃₄ – нормальная реакция ведущих колес, Н.

Реализация суммарной тяговой силы, которую обеспечивает двигатель на колесах автомобиля, ограничивается сцеплением колес с дорожным покрытием. Движение ПА без буксования ведущих колес возможно только при условии

. (6.24)

С учетом формулы (6.21) можно записать общее условие для движения ПА

Ρ_Σ < . (6.25)

Из анализа уравнения (6.25) следует, что для движения ПА сила тяги на ведущих колесах должна быть больше суммарной силы сопротивления движению ПА. Однако необходимо еще, чтобы сила тяги по сцеплению колес с дорогой (формула 6.22) была больше силы тяги Р_к, подводимой к колесам от двигателя (формула 6.19).

Р а з д е л 2

ПОЖАРНЫЕ И АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ