Тяговые качества

Дорожные портальные автомобили эксплуатируют в городских и пригородных условиях, которые характеризуются относительно короткими расстояниями перевозок (в среднем до 15 км); частыми изменениями направления движения; сравнительно невысокими максимальной (50—60 км/ч) и средней технической (20—35 км/ч) скоростями движения; непрерывно изменяющимися скоростями движения с частыми остановками и, следовательно, частыми торможениями и разгонами с переключением передач.

Другой эксплуатационной особенностью портальных автомобилей является то, что их нельзя использовать для работы с прицепами. Вместе с тем при организованных специализированных автомобильных перевозках, особенно массовых грузов, грузовые автомобили грузоподъемностью 2,5—3 т и более, как правило, используются с прицепами, что обычно учитывается при определении основных параметров автомобилей. Поэтому при работе без прицепов некоторые из основных параметров автомобилей, как например, мощность двигателя, могут быть несколько завышены.

В связи с этим при анализе тяговых качеств портальных автомобилей нельзя сравнивать их с обычными грузовыми автомобилями такой же грузоподъемности, целесообразнее сопоставлять портальные автомобили с автопоездами.

Производительность портального автомобиля находится в прямой зависимости от грузоподъемности и средней технической скорости его движения, определяемой прежде всего динамическими качествами автомобиля. В условиях городского-движения (при ограничении скорости движения) средняя техническая скорость портального автомобиля определяется его» приемистостью. Следовательно, для портальных автомобилей, предназначенных для эксплуатации в городе, большое значение имеет величина динамического фактора на прямой передаче. На пригородных дорогах средняя техническая скорость также зависит от интенсивности движения. На рис. 30 приведен график интенсивности движения автомобилей вблизи городов [4].

При большой интенсивности (свыше 120 транспортных единиц, проходящих в час по одной полосе) движение автомобилей из независимого постепенно начинает превращаться в поточное, обгон затрудняется, скорости транспортных средств, участвующих в движении, выравниваются, и становятся равны скорости наиболее медленно движущегося транспортного сред-

Рис. 30. График интенсивности движения автомобилей на участке двухполосной дороги II категории вблизи городов: А — крупный город, Б — небольшой город

ства, т. е. практически движение становится поточным, приближаясь к городским условиям.

Поскольку в загородных условиях портальные автомобили в основном эксплуатируются на участках дорог, примыкающих непосредственно к населенным пунктам, т. е. выполняют местные перевозки, их средняя скорость также ограничивается предельной пропускной способностью дороги и поэтому мощность двигателей автомобилей и передаточные числа трансмиссий должны подбираться не из обычного условия обеспечения максимальной скорости движения, а исходя из требования интенсивного разгона.

Весьма актуальное значение для автомобилей имеет возможность устойчивого движения с малыми скоростями, столь необходимыми для маневрирования при погрузке и разгрузке груза. Поэтому этот параметр также необходим при оценке тяговых качеств портальных автомобилей.

Тяговые качества внедорожных портальных автомобилей определяются теми же параметрами, хотя абсолютные значения некоторых из них будут иными.

Для этого типа портальных автомобилей также исключительно важное значение имеет быстрота разгона до заданной

Ввиду того что действительные характеристики двигателей (полученные при испытании их на стенде) многих зарубежных портальных автомобилей найти было невозможно, при определении динамических факторов приходилось основываться только на данных литературных источников (максимальной мощности двигателя и соответствующем ей числе оборотов коленчатого вала двигателя в минуту) и по ним строить номинальную характеристику двигателя.

Портальные автомобили эксплуатируются в основном по дорогам с усовершенствованным покрытием, на которых пробуксовка колес происходит сравнительно редко. Поэтому считается, что радиус качения колеса г_к зависит лишь от вертикаль-

Таблица 11

Лобовая площадь автомобилей при определении динамического фактора находилась по формуле

где В и Я — соответственно ширина и высота автомобиля в м.

Ниже приведены значения лобовых площадей (в м²) для некоторых отечественных и зарубежных автомобилей с порталом, заполненным грузом наибольшего сечения.

Лукки 1В-57......6,35

Т-60М ........5,75

Т-80..........6,23

Т-140.........6,72

Т-130.........6,65

Т-110.........9,31

Т-150.........6,52

Для сравнения укажем, что лобовые площади автобусов вагонного типа составляют 4,5—6,5 м², а грузовых автомобилей — 3,0—5,0 м².

Портальные автомобили эксплуатируются при сравнительно небольших скоростях движения, поэтому у них нет необходимости обеспечивать обтекаемые внешние формы, так как сопротивление воздуха при таких скоростях незначительно. В связи с этим коэффициент сопротивления воздуха k принимался равным 0,06.

Максимальный динамический фактор на прямой передаче для автомобилей грузоподъемностью более 3 т рекомендуется брать не менее 0,05, а для автопоездов — не менее 0,03 [7].

В табл. 12 приведены динамические показатели некоторых отечественных и зарубежных автомобилей.

Таблица 12

Динамические показатели отечественных и зарубежных автомобилей

Из рассмотрения табл. 12 можно сделать вывод о том, что значения максимального динамического фактора на прямой передаче у большинства портальных автомобилей несколько ниже, чем у обычных грузовых автомобилей. Однако при буксировке грузовыми автомобилями прицепов и полуприцепов их динамические качества снижаются и становятся одинаковыми,

а иногда и ниже, чем у портальных автомобилей. Например, у автопоездов, состоящих из автомобиля ГАЗ-51П с полуприцепом ПАЗ-744 D_mSiXnp = 0,029; у автомобиля ЭИЛ-130В с полуприцепом ОдАЗ-885 D_{max пр} = 0,048; у автомобиля МАЗ-504 с полуприцепом МАЗ-5245 D_m8LXnp = 0,032.

На рис. 31 приведен график (сплошной и штриховой линией) изменения максимального динамического фактора на прямой передаче (осредненные данные) в зависимости от полного веса портальных автомобилей. Снижение максимальной величины динамического фактора с увеличением полного веса объясняется тем, что на портальные автомобили устанавливают двигатели, заимствованные у Ъбычных грузовых автомобилей, имеющих меньшие полные веса.

При выборе величин динамического фактора для перспективных моделей отечественных портальных автомобилей -следует принимать значения, олределяемьке (кривой, (проведенной сплошной линией, которые будут несколько ниже, чем рекомендуется для перспективных обычных грузовых автомобилей, но выше, чем для перспективных автопоездов, созданных на их базе. Фактически средние значения динамического фактора у существующих портальных автомобилей с полным 'весом более 10 т определяются штриховой линией.

Сопоставляя величины динамического фактора на прямой передаче с суммарными дорожными сопротивлениями на подъемах, можно заметить, что портальные автомобили так же, как и большинство обычных грузовых автомобилей и автопоездов, могут преодолевать предельные подъемы только с применением промежуточных передач.

При этом на дорогах I категории подъем составляет 4—6%; II категории — 5—7% и III категории 6—8% (меньшее значение подъема дано для нормального рельефа; большее — для сложного рельефа).

Каждая из категорий дорог может быть расположена в равнинной, холмистой или высокогорной местности, поэтому суммарные сопротивления движению будут различны. Так, например, на дорогах с равнинным рельефом продольные уклоны обычно или отсутствуют, или не превышают 1—1,5%, в соответствии с чем суммарное сопротивление движению на дорогах I, II и III категорий не превышает 0,02—0,03 и порталь-

ные автомобили всех классов грузоподъемности могут, как правило, двигаться на высшей передаче. Коэффициент сопротивления качению для дорог I и II категорий в среднем составляет 0,015, для дорог III категории — 0,020.

В условиях города или пригорода дороги, как правило, расположены в равнинной местности. При эксплуатации портальных автомобилей на дорогах в холмистой местности требуется чаще пользоваться промежуточными передачами. На дорогах в высокогорной местности эксплуатация автомобилей без соответствующих конструктивных изменений явно нецелесообразна.

Согласно Строительным нормам и правилам (СНиПП-Д.5-62), принятым в СССР для вновь строящихся дорог, величины продольных уклонов снижены для дорог I категории до 3%, II категории 4% и III категории 5%, что повысит эффективность эксплуатации всех транспортных средств. При этом следует учесть также, что в условиях интенсивного городского движения менее высокие, чем у обычных грузовых автомобилей, тяговые качества портальных автомобилей во многом компенсируются более высокой маневренностью.

Величину динамического фактора на низшей передаче Anax 1 портального автомобиля выбирают из условия трогания с места при полной нагрузке и преодоления максимальных сопротивлений дороги, в том числе и подъемов, встречающихся на дорогах, а также с учетом обеспечения минимальной скорости движения. Так как портальные автомобили очень часто производят погрузку и разгрузку непосредственно у железнодорожных вагонов или морских и речных судов, а иногда даже и заезжают на погрузочные палубы судов, то при выборе величины динамического фактора D_m8LXl следует учитывать также необходимость преодоления автомобилями подъемов на пандусы погрузочных рамп железнодорожных станций, складов и портов.

В табл. 13 и на графиках, представленных на рис. 32, приведены данные по динамическим параметрам портальных автомобилей, из которых видно, что значения D_mах i портальных автомобилей незначительно отличаются от значений, свойственных обычным грузовым автомобилям.

Приведенные данные и опыт эксплуатации портальных автомобилей показывают, что величина динамического фактора на низшей передаче у перспективных автомобилей должна быть не менее 0,35. В этом случае динамические качества портальных автомобилей практически будут не ниже, чем у перспективных грузовых автомобилей, и выше, чем у перспективных автопоездов. При таком значении £>_maxi портальные автомобили смогут двигаться по дорогам с асфальтобетонным покрытием, имеющим подъемы до 30—33%, что весьма близко к рекомен-

Параметры, характеризующие динамичность портальных автомобилей

дациям СЭВ для грузовых автомобилей (35%) и превосходит рекомендации СЭВ для автопоездов (18%). Портальные автомобили с jDmaxi = 0,35 легко смогут преодолевать не только подъемы на дорогах, но и подниматься на пандусы, угол подъема которых равен примерно 9° (16%). В этом случае при коэффициенте сопротивления качению для бетонного или асфальтового покрытия /=0,02 суммарное сопротивление при подъеме на пандусы (без учета сопротивления воздуха из-за малых скоростей движения при подъеме на пандусы)

я|> = i + / = 0,16 + 0,02 = 0,18. (17)

75

Рис. 32. Тяговая характеристика портальных автомобилей: I—V — передачи; / — автомобиль Лукки I—VI; 2 — автомобиль Т-80: 3 — автомобиль Т-60; 4 — автомобиль Т-140; 5 — автомобиль Т-110; 6 — автомобиль Росс-93; максимальный динамический фактор на первой передаче автомобиля: ХГАЗ-51А, • ЗИЛ-164, О МАЗ-200

Так как подъемы даже на дорогах III категории не превышают 8%, то перспективные модели портальных автомобилей будут обладать достаточным запасом тягового усилия.

Переходя к анализу скоростных качеств, следует указать, что у большинства дорожных портальных автомобилей максимальная скорость движения, как правило, не превышает 60 км/ч, хотя у отдельных зарубежных моделей она достигает 80 км/ч. Дорожные портальные автомобили участвуют в движении вместе со средствами массового грузового и пассажирского транспорта, поэтому их скорости движения не должны существенно различаться. Так как скоростной режим портальных автомобилей наиболее близок к скоростным режимам автобусов и автопоездов, дальнейшее сопоставление производится с этими видами транспортных средств. Большинство современных отечественных городских автобусов имеет максимальную скорость, не превышающую 75 км/ч. Согласно рекомендациям СЭВ максимальные скорости перспективных городских автобусов не должны превышать 70 км/ч. Максимальная скорость современных автопоездов также находится в пределах 60—70 км/ч, причем в некоторых западно-европейских странах с развитой дорожной сетью скорость автопоездов ограничена 60—64 км/ч.

Изложенные выше соображения дают основание рекомендовать следующие значения максимальных скоростей: 70 км/ч для дорожных портальных автомобилей грузоподъемностью до 5 т включительно и 65 км/ч для автомобилей грузоподъемностью 5—12 т.

Максимальную скорость движения внедорожных портальных автомобилей также следует назначать в зависимости от их полного веса.

При перевозках на короткие расстояния максимальная скорость движения не оказывает большого влияния на производительность автомобиля. Поэтому при внутризаводских перевозках максимальные скорости движения автомобилей особо малой грузоподъемности с полной нагрузкой не должны превышать 45 км/ч, автомобилей малой и средней грузоподъемностью— 40 км/ч, а автомобилей большой грузоподъемности — 30 км/ч.

Максимальные скорости внедорожных автомобилей особо большой грузоподъемности не должны превышать 25 км/ч по аналогии с автопоездами большой грузоподъемности. Скорость движения этих автомобилей необходимо ограничивать исходя из условий безопасности движения и сохранности дорог и дорожных сооружений. Кроме того, устанавливать более высокую скорость на прямой передаче для внедорожных автомобилей не следует, так как на них тогда потребуется

Рис. 33. График времени .разгона портальных автомобилей: 1—6 — то же. что и на рис. 32

устанавливать двигатели большой мощности, которые не смогут обеспечить требуемой топливной экономичности.

Для эксплуатации автомобилей на заводской территории и вне ее их целесообразно оснащать коробками передач с повышающей передачей или двухступенчатыми главными передачами, как это сделано, например, у английских автомобилей МН-2 и Шорланд.

Известное изменение динамических показателей автомобилей может быть достигнуто также изменением передаточных чисел цепной передачи путем замены звездочек. При создании различных модификаций этот путь является наиболее рациональным.

Для автомобилей, эксплуатируемых на коротких расстояниях, важным параметром является интенсивность разгона.

На рис. 33 и 34 приведены графики времени и пути разгона автомобилей Т-60, Т-80, Лукки I—VI, Т-110 и др. При экспериментальном определении интенсивности разгона полученные результаты в среднем были на 10—15% выше теоретических. Для сравнения укажем, что время разгона перспективного обычно го автомобиля под нагрузкой, имеющего грузоподъемность 5—8 т, с места при переключении передач до скорости 50 км/ч на горизонтальном участке дороги с асфальтобетонным покрытием должно быть не более 25 сек, а автомобиля грузоподъемностью свыше 8 т — не более 35 сек. Время разгона у перспективных моделей автопоездов должно быть больше и приближаться к значениям, соответствующим портальным автомобилям.

Величину минимальной скорости движения портальных автомобилей всех типов выбирают исходя из удобства маневрирования при погрузочно-разгрузочных операциях. Обычно минимальную скорость в обоих направлениях движения устанавливают не свыше 1,0—1,5 км/ч при числе оборотов коленчатого вала двигателя 500 в минуту.

Правильность подбора передаточных чисел трансмиссии портального автомобиля определяется динамическим фактором, а правильность выбора его двигателя, точнее, его мощности — удельной мощностью. Поэтому при проектировании портальных автомобилей и сопоставлении их динамических качеств удобно использовать этот параметр.

В некоторых странах необходимая величина удельной мощности даже оговорена транспортным законодательством.

Удельные мощности портальных автомобилей приведены в табл. 14.

Учитывая, что фактическая мощность двигателя в процессе эксплуатации почти всегда на 10—12% ниже номинальной вследствие отложения нагара в камерах сгорания, во впускном трубопроводе, снижения компрессии и пр., при проектировании

Значение удельной мощности портальных автомобилей

Продолжение табл. 14

автомобилей удельную мощность не следует принимать меньше 8 л. с./т. Для сравнения укажем, что удельная мощность перспективных автопоездов, предназначенных для эксплуатации только по магистральным дорогам с капитальными покрытиями, должна быть в пределах 6,7—7,5 л. с./т, что соответствует рекомендациям СЭВ (не менее 7 л. с./т) и общим тенденциям возрастания удельных мощностей автомобилей и автопоездов.

У автомобилей, предназначенных для внутризаводских перевозок, в связи с меньшими максимальными скоростями движения удельная мощность может быть снижена на 25— 30%.

Динамические качества автомобиля могут быть улучшены как увеличением мощности двигателя, так и снижением веса. Повышение мощности двигателя вызывает некоторое снижение топливной экономичности автомобиля, и поэтому такой путь может быть целесообразен лишь при необходимости увеличения максимальной скорости движения. Снижение собственного» веса автомобиля требует совершенствования конструкции, внедрения новых, более легких и прочных материалов.

Мощность двигателя портального автомобиля расходуется также и на привод погрузочно-разгрузочного устройства и других вспомогательных механизмов. Однако этот расход мощности является второстепенным, так как устройство работает обычно только тогда, когда портальный автомобиль не движется и на привод его затрачивается мало мощности. Например, при скорости подъема груза, равной примерно 0,1 м/сек, на гидропривод затрачивается не более 15% мощности двигателя, а на механический привод с винтовыми подъемниками — не более 30%.