Žilinská Univerzita v Žiline Strojnícka fakulta Katedra dopravnej a manipulačnej techniky OVLÁDATEĽNOSŤ VOZIDLA A JAZDA V OBLÚKU

Transcript

1 Žilinská Univerzita v Žiline Strojnícka fakulta Katedra dopravnej a manipulačnej techniky OVLÁDATEĽNOSŤ VOZIDLA A JAZDA V OBLÚKU

2 Ovládateľnosť vozidla súhrn vlastností vzájomného pôsobenia obsluha vozidlo. Najčastejšie sa udávajú nasledujúce vlastnosti: citlivosť ako reakcia vozidla na vonkajšie podnety (napr. bočný vietor, nerovnosti podložky,...), ktoré si vynucujú zásah vodiča smerová stabilita ako schopnosť vozidla samovoľne udržať pôvodný smer jazdy pri jeho vychýlení z priameho smeru (napr. účinkom aerodynamických síl). Vozidlo môže byť smerovo: - stabilné F y1. L c > F y2. c - neutrálne F y1. L c = F y2. c - nestabilné F y1. L c < F y2. c Smerová stabilita vozidla

3 Ovládateľnosť vozidla smerová ovládateľnosť je schopnosť vozidla udržať požadovaný smer pohybu, zatáčavosť ako parametre charakterizujúce jazdu v oblúku (dráha pohybu rýchlosť zatáčania, stopové a obrysové polomery resp. priemery zatáčania, riaditeľnosť je reakcia vozidla na zmenu polohy riadenia vyvolanú obsluhou. Udáva sa limitná hodnota zaťaženia riadenej nápravy cca % tiaže vozidla, ktorá zabezpečuje splnenie podmienky riaditeľnosti vozidla, odolnosť proti šmyku a preklopeniu, svahová dostupnosť najmä vo vzťahu k stabilite na spádnici, vrstevnici a pri zatáčaní, ovládateľnosť pri brzdení

4 Zatáčanie vozidiel keď sa vozidlo pohybuje po dráhe tvaru oblúka, hovoríme o zatáčaní teoretické rozlišujeme polomery zatáčania skutočné Kolesové vozidlá Jazdu v oblúku možno pri kolesových vozidlách docieliť niekoľkými konštrukčnými riešeniami riadiaceho mechanizmu. Teoretický polomer zatáčania vychádza z geometrických rozmerov. Pri určovaní skutočného polomeru zatáčania sa musia zohľadniť aj uhly smerových odchýlok kolies. Podľa veľkosti uhlov smerových odchýlok na kolesách prednej αp a zadnej αz nápravy sa vozidlo v oblúku správa ako: - pretáčavé, ak αp < αz, - neutrálne, ak αp = αz, - nedotáčavé, ak αp > αz. pretáčavosť nedotáčavosť

5 Spôsoby zatáčania konštrukčne môže byť zatáčanie kolesových vozidiel docielené viacerými spôsobmi: - natáčaním kolies prednej, zadnej alebo viacerých (súhlasne a nesúhlasne) náprav. (tento spôsob je pre svoje výhody najčastejšie používaný) vytočenie kolies prednej nápravy vytočenie kolies dvoch náprav nesúhlasným vytočením všetkých kolies zalomovacím rámom

6 Spôsoby zatáčania - natáčaním riadenej nápravy. Využíva sa najmä pri prívesoch, - zalamovacím rámom. Využíva sa najmä pre lesné kolesové traktory z dôvodu dosiahnutia malého polomeru zatáčania, - zmenou obvodových rýchlostí kolies. Používané najmä pri pracovných strojoch Počas jazdy vozidla v oblúku je nutné zabezpečiť, aby sa kolesá odvaľovali a nepreklzovali, t.j. natočenie kolies vonkajších a vnútorných nie je pod rovnakým uhlom (β i >β e ). Pri riadení vozidla natáčaním kolies prednej nápravy platí medzi uhlami natočenia vonkajšieho a vnútorného kolesa Ackermanova rovnica. cotgβ e cotgβ i = R + B 2 L R B 2 L = B L Splnenie tejto požiadavky zabezpečuje lichobežník riadenia. lichobežník riadenia a zbiehavosť kolies

7 Spôsoby zatáčania Pri určovaní skutočného polomeru zatáčania treba brať do úvahy smerovú odchýlku kolies, ktorá v konečnom dôsledku ovplyvní jeho hodnotu voči teoretickému polomeru zatáčania. skutočný polomer zatáčania vozidla Zatáčavosť ťahačov a traktorov do značnej miery ovplyvňuje konštrukčné riešenie umiestnenia závesu. vplyv umiestnenia závesu na riaditeľnosť traktora

8 Spôsoby zatáčania Na riaditeľnosť vozidiel má vplyv okrem vlastností pneumatík, tuhosti rámu závesu a celého riadenia aj geometria riadenia. Úlohou príklonu β otočného čapu riadeného kolesa je zmenšiť polomer c natáčania kolesa a stabilizovať priamy smer jazdy. Záklon γ otočného čapu spôsobuje závlek kolesa. Pretože vnútorné koleso je vytočené viac ako vonkajšie, zmení sa dĺžka ramien (x i a x e ), čo spôsobí vznik vratného momentu, ktorý sa snaží postaviť kolesá do polohy pre priamu jazdu. Odklon kolesa α spôsobuje rozklad tiaže do smeru osi kolesa a osi čapu kolesa. Dôsledkom je trvalé axiálne zaťaženie ložiska kolesa a smerová odchýlka kolesa, ktorá je eliminovaná zbiehavosťou kolies. Geometria riadeného kolesa

9 Pásové vozidlá Podstata procesu zatáčania pásových vozidiel spočíva v rozdielnej rýchlosti pásov, čo sa dosahuje nútenou zmenou točivých momentov na hnacích kladkách pásov. Skutočný polomer zatáčania na rozdiel od teoretického uvažuje aj so sklzom, resp. šmykom pásov. Z hľadiska silového pôsobenia môžu nastať tri prípady zatáčania: - F he > F hi - F he > 0; F hi = 0 - F he > 0; F hi = F he zatáčanie pásového vozidla zo silového hľadiska Odpory voči otáčaniu spodných vetví pásov vytvárajú dvojicu síl, ktorá vytvorí moment odporu zatáčania pásového vozidla: M oz = B 2 (F he F hi )

10 Dynamika zatáčania vozidiel Pri zatáčaní vozidiel je nutné brať do úvahy odstredivú silu. Tá pri viacstopových vozidlách spôsobuje doťaženie vonkajších kolies (pásov) a odľahčenie vnútorných. Naviac pri pásových vozidlách spôsobuje posunutie stredu zatáčania. Na dynamiku zatáčania má vplyv aj umiestnenie ťažného bodu voči osi zadnej nápravy a voči pozdĺžnej osi vozidla. Vplyv odstredivej sily na dvojstopové a jednostopové vozidlo

11 Odolnosť proti šmyku a preklopeniu Pri jazde vozidla v oblúku môže nastať situácia, keď dôjde k porušeniu rovnováhy medzi vonkajšími silami na vozidlo pôsobiacimi a v dôsledku toho k bočnému šmyku alebo preklopeniu vozidla. Tejto situácii zodpovedá medzný polomer zatáčania na hranici šmyku, resp. preklopenia. Podrobnejšie sa tomuto problému a problému svahovej dostupnosti budeme venovať v nasledujúcej časti pri stabilite vozidiel a jazde na svahu.

12 Ovládateľnosť pri brzdení Ak je pri brzdení prekročená limitná hodnota súčiniteľa súdržnosti, dôjde k blokovaniu kolies. Sily pôsobiace na vozidlo pri brzdení s blokovaním kolies zadnej nápravy Brzdené predná kolesá sa ešte odvaľujú, ale zadné šmýkajú pretože bola prekročená limitná hodnota súčiniteľa súdržnosti. Ak odpor zotrvačnosti O a vplyvom vonkajších podmienok neleží v pozdĺžnej osi vozidla, jej bočná zložka O ay môže byť zachytená ako bočná reakcia iba na kolesách prednej nápravy. Vznikne tak dvojica síl: O ay. L c = F y1. (L c) ktorá natáča vozidlo okolo vertikálnej osi a vozidlo sa stáva nestabilné (okamžitá smerová tuhosť zadnej nápravy je nulová).

13 Ovládateľnosť pri brzdení Vzniknutá dvojica síl zmenšuje uhol α a vozidlo má snahu pohybovať sa priamo. Dráha vozidla pri brzdení v oblúku s blokovaním kolies nápravy a-zadnej, b-prednej

14 Ovládateľnosť pri brzdení Pri brzdení jazdnej súpravy je celkové pomerné spomalenie dané vzťahom: x g = B T + B P G T + G P = x T g. G T G T + G P + x P g. G P G T + G P kde B brzdné sily G tiaže ťahača T, resp. prípojného vozidla P Rôzna intenzita brzdenia medzi ťahačom a prípojným vozidlom nie je žiadúca, lebo vzniká medzi nimi dodatočná sila. Pre brzdnú silu prípojného vozidla musí platiť vzťah: B P = G P G T. B T

15 Ovládateľnosť pri brzdení Správanie sa vozidla a jazdnej súpravy pre niektoré typické prípady s blokovaním kolies sú znázornené na obrázku. Aby sa predišlo takémuto nekontrolovateľnému pohybu vozidiel pri brzdení realizujú sa v ich brzdnom systéme rôzne konštrukčné úpravy. Najznámejší je protiblokovací systém ABS. Ich podstata spočíva v zabezpečení splnenia podmienky proporcionálnej veľkosti brzdných síl vo vzťahu k okamžitým zaťaženiam kolies a v sledovaní rozdielu uhlových rýchlostí kolies. Správanie sa brzdeného vozidla, resp. jazdnej súpravy s blokovaním kolies

16 Stabilita vozidiel a jazda na svahu Cestné, ale najmä terénne vozidlá musia často pracovať v kopcovitom teréne. Pri práci na takomto povrchu sa pre ne hodnotí svahová dostupnosť, ktorá je charakterizovaná: priečnou a pozdĺžnou stabilitou, zatáčaním na svahu, ťahovými vlastnosťami na svahu Porušenie dynamickej stability jazdnej súpravy Oporné kontúry vozidla, a stály, b - premenlivý Stabilita vozidiel je definovaná ako ich schopnosť pohybovať sa po požadovanej trajektórii v rozličných prevádzkových podmienkach bez šmyku a preklopenia. Na obrázku je vidieť porušenie dynamickej pracovnej stability na hranici preklopenia pre jazdnú súpravu. K preklápaniu vozidiel môže dôjsť okolo myslených osí pozdĺžnych alebo priečnych, ktoré uzatvárajú obrys oporný kontúr. Tento môže byť stály alebo premenlivý. Stabilita sa hodnotí pomocou parametrov statickej a dynamickej stability, ktoré sú dané medznými uhlami priečneho a pozdĺžneho sklonu svahu na hranici prevrátenia alebo šmyku

17 Pozdĺžna stabilita, jazda po spádnici Kolesové vozidlo sa nachádza na hranici preklopenia v pozdĺžnom smere pri strate silového styku kolies jednej nápravy s podložkou Pásové vozidlo stratí pozdĺžnu stabilitu ak posunutie x normálovej reakcie Z je rovné nule. K určeniu pozdĺžnej stability kolesového vozidla (statickej a dynamickej) K určeniu pozdĺžnej stability pásového vozidla

18 Pozdĺžna stabilita, jazda po spádnici Kontrola stability sa robí pre jazdu do alebo zo svahu, tak, ako je to pre vozidlo najvýhodnejšie. Kontroluje sa limitný sklon svahu, pričom sa vychádza z momentovej podmienky k bodu osi preklopenia. Hodnotenie sa robí vo vzťahu k dosiahnutej maximálnej hodnote ťahovej sily, alebo pre posúdenie veľkosti zotrvačných síl (typ. pre motocykle: náhle zopnutie spojky pri štarte, rýchle zastavenie pri brzdení iba predného kolesa). Porušenie stability na hranici šmyku v pozdĺžnom smere nastane, ak súdržnosť kolies, resp. pásov s podložkou je porušená napr. prenosom veľkej brzdnej alebo hnacej sily.

19 Priečna stabilita, jazda po vrstevnici K porušeniu priečnej stability vozidiel môže dôjsť vplyvom odstredivej sily pri jazde v oblúku, alebo vplyvom sklonu podložky pri jazde po vrstevnici svahu. Pre vozidlo stojace na podložke s priečnym sklonom je podmienka pre hranicu priečnej stability - na hranici preklopenia daná vzťahom: G. B 2. cos β = G. h T. sin β tan β max p = B 2. h T - na hranici šmyku vzťahom: G. μ y. cos β = G. sin β tan β max š = μ y Vozidlo na podložke v priečnym sklonom

20 Zatáčanie vozidiel na svahu Zatáčanie vozidiel na svahu je jednou z vlastností svahovej dostupnosti vozidiel, ktorá vystupuje do popredia najmä pri poľnohospodárskych i lesníckych strojoch a terénnych vozidlách. Na obrázku je znázornené vhodné a nevhodné zatáčanie kolesového traktora so zalamovacím rámom. Zmena hraničného uhla stability nastáva vplyvom vzájomného natočenia prednej a zadnej časti traktora, čo zapríčiňuje zmenu polohy ťažiska. Pri práci traktorov je výhodnejšia jazda po vrstevnici so zabezpečením stability pri otáčaní v úvrtiach vhodným manévrom. Pri zatáčaní pásových vozidiel na svahu sa mení obrazec zaťaženia podložky pod pásmi. V dôsledku toho budú mať sily aj momenty medzi vozidlom a podložkou premenlivý charakter. Pri vyšetrovaní zatáčania pásového vozidla na svahu nemá vozidlo obyčajne veľkú rýchlosť a preto sa odstredivé sily obyčajne neberú do úvahy. Vhodné a nevhodné zatáčanie traktora so zalamovacím rámom na svahu

21 Ťahové vlastnosti na svahu Jazda na svahu je ohraničená podmienkou stability na hranici preklopenia a na hranici šmyku. Určenie maximálnej ťahovej sily pri rovnomernej jazde sa stanovuje z podmienky limitnej hodnoty súčiniteľa súdržnosti pojazdu s podložkou

22