Что значит удельная тормозная сила

4.1.Определение основных удельных сил движения грузовых вагонов на звеньевом пути.

Расчет удельных сил сопротивления движению грузовых вагонов 
выполнен при расчетной скорости движения локомотива V =
44,2 км/ч.

Основное удельное сопротивления движению груженых грузовых
вагонов

,

где q_0(j)
– осевая нагрузка j категории
вагонов;

a, b, c – эмпирические коэффициенты зависящие от категории вагонов;

V –
скорость движения км/ч.

Основное средневзвешенное удельное сопротивление движению вагонного
состава:

где β_j
– доля вагонов j категории по
весу.

Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме
тяги:

где a, b, c – эмпирические коэффициенты, зависящие от режима движения
локомотивов.

Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме
холостого хода:

Определение удельной силы сопротивления движения для всего
поезда в режиме тяги:

Определение удельной силы сопротивления движения для всего
поезда в холостого хода:

Расчёт сведём в таблицу 21, приведённую ниже:

Табл.№21. Расчёт основных удельных сил сопротивления
поезду.

Графики удельных сил на основе таблицы 21 приведены ниже, на
рисунке 4.1.

Геометрические характеристики железнодорожного пути.

Перечень условных обозначений и единиц измерения физических величин, связанных с описанием движения поезда, необходимо дополнить конкретными геометрическими характеристиками участка железнодорожного пути, по которому осуществляется движение поезда. Это, в первую очередь, длины его элементов: -длины участков пути, перегона, элементов продольного профиля участка пути — l, км;

1. полезная длина станционных путей  —  lст, м.

На большой части железнодорожных линий России полезная длина приемо-отправочных путей станций (используемая для размещения поезда) составляет 1050 или 850 м. На линиях, подготовленных для обращения тяжеловесных и длинносоставных поездов, длина отдельных путей станций может составлять 1250 и 1700 м. На некоторых второстепенных участках могут сохраняться станции с длиной путей 720 м, которая была распространена ранее;

1. длина криволинейного участка пути (длина кривой)  —  Sкр, м;
2. радиус кривизны участка пути в плане (радиус кривой)  —  R, м;
3. уклон элемента продольного профиля пути — i, %о.

Линейные размеры подвижного состава:

1. длина локомотива  —  lл, м;
2. длина вагона — lв, м;
3. длина поезда  —  lп, м. lп = lл + Σ lв.

Помимо обозначений и единиц измерения напомним и основные законы (или аксиомы) механики, которые известны из физики как законы Ньютона:

1. Тело (изолированная материальная точка) при отсутствии внешних сил (или при равенстве нулю их суммы) сохраняет состояние покоя или прямолинейного равномерного движения.
2. Ускорение материальной точки прямо пропорционально действующей на нее силе и обратно пропорционально ее массе.
3. Действие равно противодействию.

Эта законы механики дополняются законом параллелограмма о сложении сил: «Если на материальную точку действуют две силы, то она движется так, как если бы была одна сила, являющаяся геометрической суммой двух действующих сил».

КИНЕМАТИКА.

Путь и время, по сути дела, даже не параметры движения, характеризующие его кинематику, а просто координаты движущегося тела по осям расстояния и времени его движения. Следующие две величины уже непосредственно являются кинематическими параметрами движения.

1. Скорость движения v (малая, строчная буква), км/ч.

Скорость: по физическому определению—это расстояние, проходимое в единицу времени (при равномерном, то есть с неизменной постоянной скоростью, движении); математически же это—производная текущего значения пройденного пути (то есть расстояния) по времени. Соответственно поэтому можно иметь два разных представления о скорости движения.
Строго говоря, v=dS/dt — это «мгновенная» скорость, скорость в данный момент времени. Чтобы ее можно было определить как производную, надо знать непрерывную функцию S=f(t), чтобы иметь возможность ее продифференцировать. Но эта функция как раз и является чаще всего искомой в расчетах по движению поезда. Зная ее, можно было бы путем интегрирования уравнения dS = vdt получить зависимость расстояния от времени, что вообще-то и является одной из цепей таких расчетов.
Но все дело в том, что до начала расчетов эта функция неизвестна. Поэтому пользоваться понятием мгновенной скорости для расчетов транспортного движения не только просто неудобно, да и не имеет смысла. Мгновенное значение скорости — это та величина, например, на которую показывает стрелка спидометра на автомобиле при его движении, она постоянно колеблется в ту или иную сторону даже при относительно установившемся режиме движения. В тяговых расчетах обычно пользуются понятием средней скорости движения vcp при движении на расстоянииза промежуток времени Она по определению равна:(1.1) Скорость поступательного транспортного движения принято и привычно измерять числом километров пути, пройденного за час времени движения, то есть в километрах в час [км/ч]. Поэтому в формулу (1.1) время надо подставлять в часах, либо в отличие от ее общего вида, применяемого в физике, для использования в тяговых расчетах надо вставить в нее множитель 60, так как мы договорились время измерять в минутах, а именно:(1.2) где (S2 — S1) в км, а (t1-2 ) в мин.
В дальнейшем под скоростью v мы чаще будем подразумевать именно среднюю скорость движения за какой-то промежуток времени. Поэтому индекс «ср» у обозначения скорости можно и не писать, подразумевая, что ν это и есть ν/ср.

Как видим, ошибка оказалась не так уж велика, но все же ее относительная величина составила 4 %, и, вдобавок, это была принципиальная ошибка, недопустимая для образованного человека, а тем более специалиста. 4. Ускорение а.
Ускорение — это «скорость изменения скорости», то есть производная скорости по времени или вторая производная пути по времени.— это мгновенное ускорение, ускорение в данный момент времени.
По причинам, изложенным выше применительно к скорости, может использоваться и понятие среднего ускорения: Однако надо иметь в виду, что величина среднего ускорения за какой- то промежуток времени имеет смысл лишь для монотонного процесса изменения скорости во времени (увеличения или уменьшения ее).
Единицы измерения ускорения могут быть разными: км/ч2, км/ч · мин и км/ч · с. Чаще применяется наиболее удобная вторая форма единицы измерения: «километры в час за минуту», то есть изменение скорости на один километр в час за одну минуту.

Немного теории

Сейчас мы живем в эпоху дисковых тормозов, по крайней мере на легковых автомобилях. Обода колес размером до 22” позволяют разместить весьма эффективные тормозные диски. Проблемой был стояночный тормоз на диски, но и ее со временем решили.

Благодаря широкому внедрению электроники в автомобиль в последние годы тормозная система стала неотъемлемой частью комплексов, обеспечивающих новый уровень безопасности и управляемости. Вслед за ABS нашли широкое применение системы ESP, TCS, EBD и др., поднимающие активную безопасность на новый уровень.

Тормозная система реализует две функции: обеспечивает снижение скорости автомобиля вплоть до полной остановки, в том числе экстренной, и удерживает его в статике, в том числе с работающим двигателем и трансмиссией

Если говорить о безопасности в автомобиле, сложно представить что-то более важное, чем хорошие тормоза. Их надежную работу обеспечивают несколько систем, дополняя или дублируя друг друга

Это рабочая (или основная), запасная, стояночная, вспомогательная и антиблокировочная (система курсовой устойчивости) системы, и их совокупность называется тормозным управлением автомобилем. Рассмотрим каждую из них.

Главное предназначение рабочей (основной) тормозной системы – регулирование скорости движения автомобиля вплоть до его полной остановки. Она включает тормозной привод и тормозные механизмы. В большинстве конструкций легковых автомобилях применяется гидравлический привод, который состоит из главного тормозного цилиндра (ГТЦ), вакуумного усилителя, регулятора давления в задних тормозных механизмах (при отсутствии АВS), блока ABS (при наличии), рабочих тормозных цилиндров и рабочих контуров.

Усилие, которое водитель прикладывает к педали тормоза, главный тормозной цилиндр преобразует в давление рабочей жидкости в системе и распределяет его по рабочим контурам. Как правило, для увеличения силы, создающей давление в тормозной системе, гидропривод оснащают вакуумным усилителем.

Регулятор давления уменьшает давление в приводе тормозов задних колес, что гарантирует более эффективное торможение и сводит к минимуму риск их «заброса».

Трубопроводы контура тормозной системы соединяют между собой главный тормозной цилиндр и тормозные механизмы колес. Они могут дублировать друг друга или осуществлять только свои функции, наиболее востребованной является двухконтурная схема тормозного привода, где пара контуров работает диагонально. При отказе или неисправности основной тормозной системы запасная система обеспечит экстренное или аварийное торможение. Она выполняет те же функции, что и рабочая система, может функционировать и как часть рабочей системы, и как самостоятельный комплекс.

Основные функции и назначение стояночной тормозной системы – удержание автомобиля в статическом положении в течение длительного времени, исключение самопроизвольного движения автомобиля на уклоне, аварийное и экстренное торможение при выходе из строя рабочей тормозной системы.

Управляемость автомобиля

Под управляемостью автомобиля понимают его способность изменять направление движения.

Стабилизирующее действие углов продольного и поперечного наклона оси поворота колеса

Во время движения автомобиля по прямой очень важно, чтобы управляемые колеса не поворачивались произвольно и водителю не нужно было бы затрачивать усилия для удержания колес в нужном направлении. На автомобиле предусмотрена стабилизация управляемых колес в положении движения в прямом направлении, которая достигается продольным углом наклона оси поворота и углом между плоскостью вращения колеса и вертикалью. Благодаря продольному наклону колесо устанавливается так, что его точка опоры по отношению оси поворота снесена назад на величину а и его работа подобна ролику (см

рисунок)

Благодаря продольному наклону колесо устанавливается так, что его точка опоры по отношению оси поворота снесена назад на величину а и его работа подобна ролику (см. рисунок).

При поперечном наклоне повернуть колесо всегда труднее, чем вернуть его в исходное положение – движения по прямой. Это объясняется тем, что при повороте колеса передняя часть автомобиля приподнимается на величину б (водитель прилагает сравнительно большее усилие к рулевому колесу).

Для возвращения управляемых колес в положение, соответствующее движению по прямой, вес автомобиля помогает поворачиванию колес и водитель прикладывает к рулевому колесу небольшое усилие.

Схема бокового увода колеса

На автомобилях, особенно у тех, где давление воздуха в шинах невелико, возникает боковой увод. Боковой увод возникает в основном под действием поперечной силы, вызывающей боковой прогиб шины; при этом колеса катятся не по прямой, а смещаются в сторону под действием поперечной силы (см. рисунок).

Оба колеса передней оси имеют одинаковый угол увода. При уводе колес меняется радиус поворота, который увеличивается, уменьшая поворачиваемость автомобиля, а устойчивость движения при этом не изменяется.

При уводе колес задней оси радиус поворота уменьшается, особенно это заметно, если угол увода задних колес больше, чем у передних, стабильность движения нарушается, автомобиль начинает «рыскать» и водителю все время приходится подправлять направление движения. Для уменьшения влияния увода на управляемость автомобиля давление воздуха в шинах передних колес должно быть несколько меньше, чем у задних. Увод колес будет тем больше, чем большей будет боковая сила, действующая на автомобиль, например, на крутом повороте, где возникают большие центробежные силы.

Как проверить тормозную систему?

Тормозной стенд «Маха» позволяет быстро и точно проверить эффективность работы тормозной системы автомобиля

Как работает тормозной стенд?

Тормозной стенд определяет усилия тормозной системы и их эффективность, а также разницу усилий тормозной системы между правым и левым колесом.

Основу конструкции тормозного стенда составляют специальные ролики. Ролики имеют специальное покрытие, которое максимально точно имитирует сцепление колеса автомобиля с дорожным полотном.

Ролики стенда соединяются с датчиками, которые и производят измерения. В дальнейшем, все результаты измерения обрабатываются компьютером, сопоставляются с нормативными значениями , выводятся в виде графической информации на мониторе и в печатном виде.

Что показывает стенд, в каких единицах, откуда берутся нормативные значения?

Стенд рассчитывает удельную тормозную силу автомобиля в соответствии с государственным стандартом РФ (ГОСТ Р 51709—2001. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки), которая, согласно ГОСТу, должна быть не менее 0,59:

Таблица — Нормативы эффективности торможения АТС рабочей тормозной системой при проверках на стендах .

Усилие на органе управления Р_П

, Н, не более

Удельная тормозная сила

γ_Т, не менее

Пассажирские и грузопассажирские автомобили

0,59

Как рассчитывается удельная тормозная сила автомобиля?

Удельная тормозная сила (гамма т) определяется по формуле: как сумма тормозных сил всех колес автомобиля (Рт) в ньютонах, деленное на произведение массы автомобиля (М) на ускорение свободного падения (g).

Гамма т – удельная тормозная сила Сумма Pт — сумма максимальных тормозных сил на колесах автотранспортного средства, H; M — полная масса автотранспортного средства, кг; g — ускорение свободного падения, м/с2.

Итак, рассмотрим изложенное выше на конкретном примере:

В Автокомплесе «Двойка» после проверки тормозных усилий на стенде вы получаете распечатку с результатами измерений, в которых указаны значения:

Контроль тормозов

Тормозная сила слева

Тормозная сила справа

Разность

Вычисляем значения по указанной выше формуле:

Получаем значение удельной тормозной силы – 0,46. Согласно государственному стандарту РФ (ГОСТ Р 51709-2001 п. 4.1) – Удельная тормозная сила автомобиля должна быть не менее 0,59, следовательно, тормозная система данного автомобиля неисправна.

Каковы допустимые значения разности тормозных сил?

При разности тормозных сил на колесах неизбежно отклонение автомобиля от прямолинейного движения при торможении.

Согласно «Правилам проведения технического осмотра транспортных средств, №1008 от 05.12.2011: «При проверках на стендах допускается относительная разность тормозных сил колес оси (в процентах от наибольшего значения) для осей транспортного средства с дисковыми колесными тормозными механизмами не более 20% и для осей с барабанными колесными тормозными механизмами не более 25%»

Таким образом, разность тормозных сил передней оси автомобиля составляет 36% вместо 20%, что так же свидетельствует о неисправности.

Итак, на стенде мы получили данные о состоянии тормозной системы автомобиля. Приступаем к поиску неисправностей.

Разность тормозных сил на передней оси. Смотрим возможные причины:

• Износ, повреждение или загрязнение тормозных колодок с одной стороны;
• Деформация, задиры на поверхности тормозного диска;
• Ослабление крепления, деформация суппорта;
• Заедание поршня рабочего цилиндра;
• Утечка тормозной жидкости в рабочем цилиндре;
• Повреждение тормозного шланга, тормозных трубок;

Большое усилие на педаль при торможении задней оси (850 Ньютонов, вместо максимально положенных 490). Смотрим возможные причины:

• Неисправности вакуумного усилителя тормозов;
• Износ или загрязнение тормозных колодок;
• Заедание поршня рабочего цилиндра

Кроме того, тормозной стенд измеряет сопротивление вращения колес передней и задней оси. Если сопротивление велико, смотрим возможные причины:

• Заедание (заклинивание) поршня рабочего цилиндра;
• Деформация суппорта
• Износ ступичных подшипников колес

Также диагностируем ход педали тормоза. Большой ход педали свидетельствует о подсосе воздуха, износе тормозных колодок. Снижение усилия на педали (медленный провал педали) при торможении говорит о возможном повреждении шлангов, трубопроводов или о неисправности главного тормозного цилиндра.

Так или иначе, даже если стенд показал, что тормозная система автомобиля исправна, то независимо от этого проводим тщательный ее осмотр в рамах комплексной диагностики. Лучше перепроверить.

Источник

Силы, действующие на автомобиль

На автомобиль, независимо от того, движется он или неподвижен, действует сила тяжести (вес), направленная отвесно вниз.

Сила тяжести прижимает колеса автомобиля к дороге. Равнодействующая этой силы, размещена в центре тяжести. Распределение веса автомобиля по осям зависит от расположения центра тяжести. Чем ближе к одной из осей расположен центр тяжести, тем больше будет нагрузка на эту ось. На легковых автомобилях нагрузка на оси распределяется примерно поровну.

Действие силы тяжести на автомобиль

Большое значение на устойчивость и управляемость автомобиля имеет расположение центра тяжести не только в отношении продольной оси, но и по высоте. Чем выше центр тяжести, тем менее устойчивым будет автомобиль. Если автомобиль находится на горизонтальной поверхности, то сила тяжести направлена отвесно вниз. На наклонной поверхности она раскладывается на две силы (см. рисунок): одна из них прижимает колеса к поверхности дороги, а другая стремится опрокинуть автомобиль. Чем выше центр тяжести и чем больше угол наклона автомобиля, тем скорее нарушится устойчивость и автомобиль может опрокинуться.

Во время движения, кроме силы тяжести, на автомобиль действует и ряд других сил, на преодоление которых затрачивается мощность двигателя.

Схема сил, действующих на автомобиль во время движения

На рисунке показана схема сил, действующих на автомобиль во время движения. К ним относятся:

• сила сопротивления качению, затрачиваемая на деформирование шины и дороги, на трение шины о дорогу, трение в подшипниках ведущих колес и др.;
• сила сопротивления подъему (на рисунке не показана), зависящая от веса автомобиля и угла подъема;
• сила сопротивления воздуха, величина которой зависит от формы (обтекаемости) автомобиля, относительной скорости его движения и плотности воздуха;
• центробежная сила, возникающая во время движения автомобиля на повороте и направленная в противоположную от поворота сторону;
• сила инерции движения, величина которой состоит из силы, необходимой для ускорения массы автомобиля в его поступательном движении, и силы, необходимой для углового ускорения вращающихся частей автомобиля.

Движение автомобиля возможно только при условии, что его колеса будут иметь достаточное сцепление с поверхностью дороги.

Если сила сцепления будет недостаточной (меньше величины силы тяги на ведущих колесах), то колеса пробуксовывают.

Сила сцепления с дорогой зависит от веса, приходящегося на колесо, от состояния покрытия дороги, давления воздуха в шинах и рисунка протектора.

Для определения влияния состояния дороги на силу сцепления служит коэффициент сцепления, который определяют делением силы сцепления ведущих колес автомобиля на вес автомобиля, приходящийся на эти колеса.

Коэффициент сцепления с дорогой в зависимости от покрытия

Коэффициент сцепления зависит от вида покрытия дороги и от его состояния (наличия влаги, грязи, снега, льда); величина его приведена в таблице (см. рисунок).

На дорогах с асфальтобетонным покрытием коэффициент сцепления резко уменьшается, если на поверхности имеется влажная грязь и пыль. В этом случае грязь образует пленку, резко уменьшающую коэффициент сцепления.

На дорогах с асфальтобетонным покрытием в жаркую погоду появляется на поверхности маслянистая пленка из выступающего битума, снижающая коэффициент сцепления.

Уменьшение коэффициента сцепления колес с дорогой наблюдается также при увеличении скорости движения. Так, при возрастании скорости движения на сухой дороге с асфальтобетонным покрытием с 30 до 60 км/ч коэффициент сцепления уменьшается на 0,15.

Что там внутри?

Основой тормозной системы являются тормозные механизмы и их приводы. Тормозной механизм служит для создания тормозного момента, необходимого для торможения и остановки транспортного средства. Механизм устанавливается на ступице колеса, а принцип его работы основан на использовании силы трения. Тормозные механизмы могут быть дисковыми или барабанными.

Конструктивно тормозной механизм состоит из статичной и вращающейся частей. Статичную часть у барабанного механизма представляет тормозной барабан, а вращающуюся – тормозные колодки с накладками. В дисковом механизме вращающаяся часть представлена тормозным диском, неподвижная – суппортом с тормозными колодками.

При нажатии на педаль тормоза водитель создает усилие, которое передается к вакуумному усилителю. Далее оно увеличивается в вакуумном усилителе и передается в главный тормозной цилиндр. Поршень ГТЦ нагнетает рабочую жидкость к колесным цилиндрам через трубопроводы, за счет чего растет давление в тормозном приводе, а поршни рабочих цилиндров перемещают тормозные колодки к дискам. Дальнейшее нажатие на педаль еще больше увеличивает давление жидкости, за счет чего срабатывают тормозные механизмы, приводящие к замедлению вращения колес. Давление рабочей жидкости может приблизиться к 10–15 МПа. Чем оно больше, тем эффективнее происходит торможение. При этом накладки дисковых тормозов испытывают колоссальные нагрузки, и не только механические. Как показали испытания дисковых тормозов, проведенные компанией Jurid на испытательном полигоне «Паппенбург», при экстренном торможении на скорости 170 км/ч за 4 с температура накладок достигает 740–780° С. Опускание педали тормоза приводит к ее возврату в исходное положение под действием возвратной пружины. В нейтральное положение возвращается и поршень главного тормозного цилиндра. Рабочая жидкость также перемещается в главный тормозной цилиндр. Давление в системе падает. Колодки отпускают диски или барабаны. Температура колодок возвращается к обычной.

Важным нововведением последних десятилетий стал электропривод стояночного тормоза, обычно представляющий собой расположенные во всех колесных тормозных механизмах сервоприводы с электродвигателями и редукторами, приводящими в движение тормозные колодки. Такой привод стояночного тормоза, помимо своего непосредственного назначения, позволяет также затормаживать автомобиль по команде бортовой электроники без задействования основной тормозной системы, например – при срабатывании системы безопасности City Stop, предотвращающей столкновение со впереди идущим автомобилем при движении в пробке.

В последнее время набирают популярность электромобили и автомобили с гибридными силовыми установками, в которых используется рекуперативное торможение, где энергия, вырабатываемая при торможении, преобразуется в электрическую, подзаряжает аккумуляторы. Например, в Toyota Prius тормозные колодки служат для удерживания автомобиля на месте и для экстренного торможения, а основную роль в торможении играют мотор-генераторы.

Состояние дорожного покрытия

Плохое состояние дорожного покрытия может значительно снизить удельную тормозную силу автомобиля. Если дорожное покрытие имеет неровности, трещины или ямы, автомобиль может непредсказуемо отклоняться от заданного курса во время торможения. Это может привести к дорожно-транспортным происшествиям и повысить риск несчастных случаев.

Также влияние состояния дорожного покрытия на удельную тормозную силу связано с его гладкостью. Если дорога слишком гладкая, то шины автомобиля могут потерять сцепление с дорогой, что приведет к ухудшению тормозных характеристик. Особенно это актуально при сильном дожде или снегопаде, когда дорожное покрытие становится скользким.

Важно отметить, что состояние дорожного покрытия может значительно отличаться от одной дороги к другой и меняться в зависимости от времени года и погодных условий

Управление автомобилем требует особой осторожности при движении по дорогам с плохим состоянием покрытия, чтобы избежать потери контроля над транспортным средством

Изучение состояния дорожного покрытия является неотъемлемой частью обеспечения безопасности дорожного движения. Регулярные инспекции и ремонт дефектов дорожного покрытия помогают понизить риск дорожно-транспортных происшествий и обеспечить безопасность всех участников дорожного движения.

Взаимосвязь тормозной силы и динамического сопротивления

Динамическое сопротивление обусловлено трением, которое возникает в контакте между поверхностью тормозного барабана или диска и тормозной колодкой. Чем выше коэффициент трения между этими поверхностями, тем больше тормозная сила, которая может быть реализована при заданной силе, прилагаемой к тормозной педали или рычагу.

Однако трение — это только одна из составляющих динамического сопротивления. Вторая составляющая — это воздушное сопротивление, которое возникает при перемещении тела в среде. Это сопротивление зависит от скорости движения тела и его формы. Чем выше скорость движения и чем больше аэродинамическое сопротивление формы тела, тем больше воздушное сопротивление и тем меньше тормозная сила, реализуемая при заданной силе торможения.

Таким образом, тормозная сила и динамическое сопротивление взаимосвязаны. Чтобы достичь максимальной тормозной силы, необходимо учитывать как трение между тормозными поверхностями, так и воздушное сопротивление. Это позволит обеспечить эффективное торможение и сократить остановочное расстояние при экстренном торможении.