Согласование режимов работы двигателя 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

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).

Силы сопротивления, действующие на ПА

Сила сопротивления качению колес. Сопротивление качению колеса с пневматической силой по недеформируемой дороге возникает в основном за счет затрат энергии на деформирование шины. При движении автомобиля по деформируемой дороге (пашня, песок, неуплотненный снег) возникает за счет затрат энергии на деформирование грунта (образование колеи) и на преодоление сил трения между колесом и грунтом.

Сила сопротивления качению колес ПА является суммой сил сопротивления качению всех колес. Коэффициент сопротивления качению у ведомых и ведущих колес отличается мало. Поэтому при расчетах движения ПА силу сопротивления качению Р_f (см.рис. 6.14) можно вычислять по формуле

Р_f = fGgcosα (6.26)

где f – коэффициент сопротивления качению колеса; G – масса ПА, кг; g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения; α - угол продольного уклона дороги.

Коэффициент сопротивления качению f зависит в основном от типа и состояния дорожного покрытия, конструкции шин, давления в них. Для расчетов его (в пределах скоростей до 80…100 км/ч) считают величиной постоянной, зависящей только от типа и состояния дорожного покрытия (табл.6.7).

Таблица 6.7

Коэффициент f уменьшается с увеличением размера шины. Увеличения нагрузки на колесо сверх номинальной приводит к увеличению f.

На дорогах с твердым покрытием f уменьшается при увеличении давления воздуха в шинах, меньшие f имеют шины с мелким рисунком протектора.

Сила сопротивления подъему ПА P_i является составляющей силы веса (см.рис.6.1)

P_i = Ggsinα . (6.27)

Вместо α может быть задан уклон i. Уклон представляет собой отношение (см.рис.6.14)

i = h/S = tgα . (6.28)

При малых углах подъема дороги (α < 10⁰) tgα ≈ sinα можно считать, что P_i = Ggi . (6.29)

Сила сопротивления воздуха обусловлена перемещением воздуха и его трение о поверхность ПА.

Сила сопротивления воздуха Р_в, определяется по формуле

, (6.30)

где F – лобовая площадь, м²; К_в– коэффициент обтекаемости, (Н×с²)/м⁴;
v – скорость автомобиля, м/с.

Лобовой площадью называют площадь проекции АТС на плоскость, перпендикулярную продольной оси автомобиля. Лобовую площадь можно определить по чертежам общего вида ПА.

При отсутствии точных размеров ПА лобовая площадь вычисляется по формуле

, (6.31)

где В – колея, м; Н_г – габаритная высота ПА, м.

Коэффициент обтекаемости автомобиля определяется для каждой модели экспериментально, при продувке автомобиля или его модели в аэродинамической трубе. Коэффициент К_в равен силе сопротивления воздуха, создаваемой 1 м² лобовой площади автомобиля при его движении со скоростью 1 м/с. Для ПА на шасси грузовых автомобилей К_в= 0,5 – 0,6 (Н×с²)/м⁴, для легковых К_в = 0,2 – 0,35 (Н×с²)/м⁴, для автобусов К_в = 0,4 – 0,5 (Н×с²/м⁴.

При прямолинейном движении и отсутствии бокового ветра силу Р_впринято направлять вдоль продольной оси АТС, проходящей через центр масс автомобиля или через геометрический центр лобовой площади.

При v ≤ 40 км/ч сила сопротивления воздуха мала и при расчетах движения ПА на этих скоростях ее можно не учитывать.

Сила инерции автомобилей. В теории инерционные силы и моменты при прямолинейном его движении без колебаний в продольной плоскости принято выражать силой инерции Р_j, Н:

, (6.32)

где j – ускорение центра масс АТС, м/с².

Сила инерции направлена параллельно дороге через центр масс АТС в сторону, противоположную ускорению. Для учета увеличения силы инерции из-за наличия у вращающихся масс (колес, деталей, трансмиссии, вращающихся деталей двигателя) введем коэффициент δ. Коэффициент δ учета вращающихся масс показывает, во сколько раз энергия, затрачиваемая при разгоне вращающихся и поступательно движущихся деталей, больше энергии, необходимой для разгона, все детали которого движутся только поступательно.

При отсутствии точных данных коэффициент δ для ПА можно определять по формуле

. (6.33)

Нормальные реакции опорной поверхности колес. При движении ПА нормальные реакции R_n изменяются. Уменьшение или увеличение нагрузки на п-е колесо при движении ПА характеризуется коэффициентом λ_п изменения нормальной реакции

(6.34)

где z_n – нормальная реакция опорной поверхности (нагрузка) n-го колеса при стоянке ПА на горизонтальной дороге; G – масса ПА, сила веса, которая создает нагрузку z_n.

Если нормальные реакции колес левой и правой стороны одной оси ПА равны, то коэффициент λ_n характеризует также и изменение нагрузки на ось.

Распределение силы веса (Gg) между колесами ПА зависит от положения центра масс автомобиля, жесткости подвески и рамы, давления воздуха в шинах. При вычислении z_n влиянием всех факторов, кроме положения центра масс, обычно пренебрегают. Для двухосного автомобиля нагрузки z_n вычисляют по формулам (рис. 6.15):

(6.35)

(6.36)

где z₁, z₂ –соответственно нагрузка на левое и правое колесо передней оси;

z₃, z₄ – соответственно нагрузки на левые и правые колеса задней оси.

Рис. 6.15. Определение координат центра масс пожарного автомобиля:

1 – платформа весов

При компоновке ПА добиваются равного распределения силы веса между колесами одной оси:

и (6.37)

Из-за обязательного выполнения требований по равенству нагрузки на левые и правые колеса одной оси в технических характеристиках АТС и ПА принято указывать только G, расстояние между осями и массы, силы веса от которых передаются каждой осью. Для двухосного АТС указываются: G, L и G₁₂, G₃₄ Данные по G₁₂и G₃₄, которые приводятся в технических характеристиках АТС, определяются, как правило, экспериментально.

Для экспериментального определения z₁₂ или z₃₄ колеса передней или задней оси ПА устанавливают на весы (см. рис. 6.15). Для проверки равенств (6.37) ПА устанавливают на весы колесами одной стороны. Основные требования при взвешивании: полная комплектация ПА (при отсутствии боевого расчета его имитируют балластом); горизонтальная опорная поверхность колес ПА при взвешивании; расторможенные колеса и нейтральное положение рычага механической коробки передач. Взвешивают ПА, как правило, два раза: первый – при въезде на весы передним ходом, второй – при въезде на весы задним ходом. За зачетные значения G, z₁₂ и z₃₄ принимаются их средние арифметические.

По результатам взвешивания судят о возможности эксплуатации ПА. Необходимо выполнение трех основных требований:

масса G ПА не должна превышать полной массы базового шасси – собственной массы базового шасси плюс грузоподъемность;

распределение массы G между осями ПА (G₁₂ или G₃₄) должно соответствовать распределению между осями полной массы базового шасси;

нагрузка на колеса левой и правой стороны ПА должна быть равной.

Нагрузки на оси R₁₂ и R₃₄ при движении ПА определяются из уравнений (рис.6.15):

(6.38)

. (6.39)

После преобразований уравнений (6.38), (6.39) и подстановки R₁₂ и R₃₄, z₁₂ и z₃₄ формул (6.35), (6.36) в формулу (6.27) получим:

(6.40)

(6.41)

где α > 0, ј > 0 – при подъеме и разгоне АТС; α < 0, ј < 0 – при спуске и торможении АТС.

Анализ формул (6.40) и (6.41) показывает, что при движении на подъеме и разгоне ПА увеличивается нагрузка на заднюю ось и уменьшается на переднюю. При движении на спуске и торможении ПА происходит обратное явление. Этим объясняется, например, подъем передней части ПА, наблюдаемый при разгоне, и наклон ее вниз («клевок») при торможении. При движении по дорогам с асфальтобетонным покрытием коэффициенты λ₁₂ и λ₃₄ ПА могут изменяться в пределах от 0,5 до 1,5. Предельные значения коэффициентов достигаются при движении по крутым уклонам и при интенсивном разгоне или торможении ПА со всеми ведущими осями или при экстренном торможении.

Уравнение силового баланса пожарного автомобиля

При использовании метода силового баланса уравнение (6.17) записывается в виде

Pк = Pf + Pi +Pj +Pв (6.42)

и называется уравнением силового баланса.

Последовательность решения уравнения (6.42) методом силового баланса:

1. Сумма сил в правой части уравнения (6.42) является суммарной силой сопротивления движению пожарного автомобиля – Ρ_Σ. Поэтому запишем:

Ρ_Σ = Pf + Pi +Pj +Pв

и подставим в него значения величин сил, тогда

Ρ_Σ = f Ggcosα + Ggsinα + gGj +K_вFv²

Ρ_Σ = Gg(f cosα + sinα) + gGj +K_вFv² .

Обозначим (f cosα + sinα) = ψ – коэффициент сопротивления дороги, запишем

Ρ_Σ = [ψ + δ ј/g] Gg + K_вFv² . (6.43)

1. По формуле (6.22) вычисляется максимальная сила тяги Р_φ, которую могут обеспечить ведущие колеса ПА по сцеплению с дорогой. Сила Р_φ вычисляется с учетом перераспределения нагрузки между колесами ПА.

Двухосные и трехосные ПА при движении с подводом крутящего момента двигателя к ведущим колесам задних осей могут обеспечить по сцеплению с дорогой

(6.44)

В этом уравнении G₃₄ – масса ПА, воспринимаемая ведущими колесами.

Использование всех колес ПА для создания силы тяги позволяет увеличить Р_φ на 15 – 30 %. Максимальная сила тяги Р_φ полнопроводных ПА определяется по формуле

(6.45)

2. Проверяется выполнение неравенства (6.24)

,

если неравенство не выполняется, то длительное (безостановочное) движение ПА на заданной передаче в известных дорожных условиях (α, f) со скоростью v и ускорением j невозможно. В зависимости от решаемой задачи изменяется один из перечисленных параметров и расчеты повторяются.

3. По формуле (6.19) вычисляется суммарная сила тяги (обозначим ее Рк), которую может обеспечить двигатель на ведущих колесах ПА. Крутящий момент двигателя М_д определяется по внешней скоростной характеристике (см. рис.6.4) или по формуле (6.7) –

Ме = 9550 H·м.

5. Необходимая для движения сила тяги Ρ_Σ , вычисленная по формуле (6.18), сравнивается с силой тяги Рк, которую может обеспечить двигатель (см. формулу 6.19).

Если Ρ_Σ < , то движение ПА возможно при неполном открытии дроссельной заслонки (карбюраторный двигатель) или при неполной подаче топлива (дизель).

Если Ρ_Σ = , то уравнение (6.36) решено и движение ПА возможно только при полном открытии дроссельной заслонки или полной подаче топлива, т. е. при использовании внешней скоростной характеристики двигателя.

Если Ρ_Σ > , то движение ПА при заданных условиях (и, α, f, v, j) невозможно – двигатель не может обеспечить необходимую силу тяги на ведущих колесах. Один из параметров – и, α, f, v или j изменяется и расчеты повторяются с п. 1.

Методом силового баланса можно определить v_maxи v_min. Для этого при расчетах необходимо изменять и и v при j = 0, α = 0. Для определения α_max необходимо изменять v и α при движении ПА на первой передаче и
Р_в ≈ 0. Для определения t_v метод силового баланса не применяют из-за большого объема расчетов.

Уравнение мощностного баланса пожарного автомобиля

Метод мощностного баланса основан на анализе использования мощности двигателя при движении ПА. По аналогии с уравнением силового баланса уравнение мощностного баланса ПА можно записать в следующем виде

где N_д – мощность, которая передается от двигателя к трансмиссии ПА;
N_тр – мощность, затрачиваемая на преодоление трения в трансмиссии;
N_п.о – мощность, затрачиваемая на привод пожарного оборудования (например, насоса, механизма прокладки и сборки рукавных линии) при движении ПА.

После учета расхода мощности двигателя на работу дополнительного оборудования базового шасси (коэффициента К_с) и на трение в трансмиссии (учитывается коэффициентом η), а также, учитывая, что мощность N, кВт определяется N = P· ν·10ˉ³ , где v - скорость движения ПА, м/с, Р – сила, Н, уравнение (6.46) можно преобразовать к виду

. (6.47)

Графическое решение уравнения мощностного баланса для определения скорости движения ПА на первой и второй передачах с одновременной подачей воды из цистерны через лафетный ствол приведено на рис. 6.16.

Рис. 6.16. Графическое решение уравнения мощностного баланса пожарного автомобиля:
- движение на первой передаче; --- движение на второй передаче;
1 – N_e ; 2 – K_eηN_e; 3 – N_к = K_eηN_e – N_n; 4 – N_ψ

Внешняя скоростная характеристика двигателя N_e(n) (см. рис. 6.4) построена в координатах N –n. При построении зависимости N_e(v) (см. рис. 6.16, кривая 1) предполагается, что нет пробуксовки ведущих колес ПА и для пересчета n в v, и наоборот, можно использовать формулу

(6.48)

Вниз от N_e(v) отложена мощность, которая затрачивается на преодоление трения в трансмиссии и на обеспечение работы дополнительного оборудования базового шасси. Для движения ПА и привода насоса может быть использована мощность К_сηN_e (рис. 6.16, кривая 2).

Мощность N_по отложена вниз от мощности К_сηN_e. Мощность N_по, затрачиваемая на привод пожарного центробежного насоса, пропорциональна третьей степени частоты вращения рабочего колеса насоса. Зависимость N_e(n), а следовательно, и зависимость К_сηN_e в координатах N– v (рис. 6.16, поз. 2) также представляет собой многочлен третьей степени (формула (5.11)). Поэтому зависимость мощности, которую может обеспечить двигатель на ведущих колесах ПА (рис. 6.16, кривая 3), – кубическая парабола, вид которой зависит: от внешней скоростной характеристики двигателя N_e(n_д), от передаточного числа и и коэффициента полезного действия ηтрансмиссии ПА на включенной передаче, от передаточного числа и_тн и коэффициента полезного действия η_тн трансмиссии пожарного насоса, от подачи Q_н, напора H_н и коэффициента полезного действия η_н насоса.

Если принять, что коэффициент f – величина постоянная и сила сопротивления воздуха при движении на первой и второй передаче пренебрежительно мала, то правая часть уравнения (6.47) представляет собой наклонную прямую (рис. 6.16, прямая 4), проходящую через начало координат.

При полном открытии дроссельной заслонки карбюраторного двигателя или при полной подаче топлива дизельного двигателя движение ПА на первой и второй передачах не может быть более скоростей v₁ и v₂. Скорости v₁ и v₂ определяются по точкам пересечения (см. рис. 6.16). Для равномерного движения в тех же условиях со скоростью, меньшей v₁ или v₂, водитель должен прикрыть дроссельную заслонку карбюраторного двигателя или уменьшить подачу топлива дизельного двигателя, что приведет к уменьшению частоты вращения коленчатого вала двигателя и, как следствие, к уменьшению подачи Q_ни напора Н_н насоса.

Если на ПА установлена коробка отбора мощности (КОМ) с постоянным передаточным числом, то водителю сложно одновременно обеспечить и необходимую скорость движения, и необходимую подачу воды из лафетного ствола. Для того чтобы обеспечить водителю возможность одновременного выбора требуемых скорости движения и подачи воды из лафетного ствола, необходимо или устанавливать КОМ с переменным передаточным числом, или устанавливать на ПА такие двигатели и насосы, в графике мощностного баланса которых кривая 3 на первой и второй передачах не пересекают прямую 4.Метод мощностного баланса удобно использовать при выборе двигателя базового шасси ПА. Использовать этот метод для определения v_max, t_υ , а_max, v_minнецелесообразно, так как приходится дополнительно вычислять Р, Р_φ проверять выполнение неравенства .

Динамическая характеристика пожарного автомобиля

Методы силового и мощностного баланса имеют общий недостаток – при использовании этих методов трудно сравнивать тягово-скоростные свойства АТС с различными массами, так как при движении в одинаковых условиях силы и мощности, необходимые для преодоления сопротивления дороги, различны. От этого недостатка свободен метод динамической характеристики, предложенный Е. А. Чудаковым.

Динамическим фактором D АТС называется отношение

D = (P_к-P_в)/Gg. (6.49)

Если в правую часть уравнения (6.49) подставить значения P_к и P_в , то после преобразований получим формулу для вычисления динамического фактора:

, (6.50)

который могут обеспечить двигатель и трансмиссия на ведущих колесах АТС.

Если подставить значение P_к (6.43), то получим формулу для вычисления динамического фактора:

, (6.51)

который необходимо обеспечить для движения в заданных условиях.

Чтобы учесть ограничение реализуемых P_к силами сцепления ведущих колес с дорогой, необходимо использовать предельное значение силы тяги по формуле (6.23). Автомобиль из-за ограниченной силы сцепления P_φ колес с дорогой не может реализовать динамический фактор, больший

(6.52)

Длительное движение АТС в заданных дорожных условиях (ψ или α, f) со скоростью v и ускорением j возможно, если выполняется условие

_. (6.53)

При равномерном движении (f = 0) полноприводного ПА с малой скоростью (P_в= 0) условие (6.54) с учетом формул (6.46) и (6.52) записывается в виде

. (6.54)

При равномерном движении (j = 0) двухосных и трехосных ПА по горизонтальной дороге (α= 0) с малой скоростью (P_в= 0) условие (6.54) с учетом формул (6.42), (6.45) и (6.52) записывается в виде

(G₃₄/G) . (6.55)

Динамической характеристикой автомобиля D(v) называют зависимость динамического фактора D (6.49) от скорости движения на различных передачах.

Для построения динамической характеристики необходимо:

1. На внешней характеристике двигателя М_e (см. рис. 6.4) выбрать несколько значений n_дi и соответствующих им М_ei. По формуле (6.2) определить М_дi.

2. По формуле (6.48) определить v_i , которые соответствуют n_дi на первой передаче.

3. По формуле (6.51) определить D_i, соответствующие v_i на первой передаче. Повторить расчеты с п. 2 для каждой последующей передачи.

По динамической характеристике D(v) определяются v_max , a_max и v_min.

Для определения v_max на участке дороги с коэффициентом сопротивления качению f и уклоном a необходимо по оси ординат динамической характеристики D(v) отложить коэффициент y (см.формулу (6.43) y = fcosα + sinα), масштаб D и y должен быть одинаков, и провести прямую, параллельную оси абсцисс. Возможны несколько случаев.

1. Если линия y (прямая 1 на рис. 6.17, а) пересекает динамическую характеристику в одной точке, то v_max= v₁, так как при превышении этой скорости не выполняется условие (6.54). В зависимости от yэто пересечение может быть на любой передаче.

2. Если линия y(прямая 2 на рис. 6.17, а или 3 на рис. 6.17, б) не пересекает динамическую характеристику, то равномерное движение ПА при полностью открытой дроссельной заслонке карбюраторного двигателя или при максимальной подаче топлива дизельного двигателя невозможно, так как D > D_y и начинается разгон ПА. Чтобы обеспечить равномерное движение, водитель должен прикрыть дроссельную заслонку карбюраторного двигателя или уменьшить подачу топлива дизельного двигателя. Максимальная скорость ПА будет ограничена максимально допустимой угловой скоростью коленчатого вала двигателя. Например, v_max= v₂ при движении на пятой передаче и v_max= v₃ при движении на второй передаче.

Рис. 6.17.Динамическая характеристика пожарного автомобиля:

а – на шасси АТС с 5-ступенчатой коробкой перемены передач;

б – на шасси с 4-ступенчатой коробкой перемены передач; I -V – передачи

3. Если линия y (прямая 4 на рис. 6.17, б) пересекает динамическую характеристику в двух точках, то ПА может равномерно двигаться как со скоростью v₄, так и со скоростью v₅.

4. Если линия y (прямая 5 на рис. 6.17, б) выше динамической характеристики, то не выполняется условие (6.54), и равномерное движение ПА при таком коэффициенте y невозможно.

Для определения максимального угла подъема a_max необходимо по динамической характеристике найти максимальное сопротивление дороги D_y=D_max, которое может преодолеть ПА на первой передаче (рис. 6.17).

Преодолевая подъем a_max при ј = 0 (формула 6.51) можно записать D_max = D_y = y. Суммарное сопротивление движению автомобиля при преодолении подъема равно (см. формулу 6.43) y = fcosα + sinα. Приняв усредненное значение f и i = sinα ≈ tgα, запишем D_max = f + i, тогда максимальная величина угла подъема, преодолеваемая пожарным автомобилем, определяется по формуле

i = D_max – f = tgα_max (6.56)

Скорость v_min определяется, как правило, только для низшей (первой) передачи (см. рис. 6.17).

Для определения v_min ПА при движении по поверхности с твердым покрытием необходимо знать частичные характеристики двигателя и учитывать использование части крутящего момента двигателя M_д на привод пожарного оборудования, например насоса.

Дополнительное электрооборудование

Пожарные автомобили следуют на пожары с большими скоростями, эксплуатируются в разное время суток, часто при недостаточном освещении объектов. Все это требует высокой информативности ПА, приспособленности его к использованию в различное время суток. Этим обусловлена необходимость специального, дополнительного оборудования.

Дополнительное электрооборудование включает:

приборы сигнализации, обеспечивающие информацию о движении ПА;

внешнее освещение, освещение рабочих мест и отсеков пожарного автомобиля, обеспечивающих работу пожарных в темное время суток;

дублирующие контрольно-измерительные приборы и систему пуска стартера из насосного отделения;

отопление кабины расчета;

работу средств связи, работу контрольных приборов и пожарной надстройки, указателей, дополнительных подогревателей.

Электрооборудование АЦ, производимых предприятиями России, идентично. Поэтому рассмотрим его на примере наиболее массовых АЦ.

Рис. 6.18. Дополнительное оборудование пожарной автоцистерны АЦ-40(131)137:

1 – щиток приборов у водителя; 2 – фара-прожектор; 3 – сигнальные фары; 4, 5 и
8 – плафоны освещения; 6 – щиток приборов насосного отделения; 7 – задние фонари;
9 – задняя фара; 10 – лампа подсвета вакуумного клапана; 11 – датчик для определения количества воды в цистерне; 12 – выключатели отсеков кузова; 13 – диоды;
14 – биметаллический прерыватель; 15 – блок предохранителей;
16 – противотуманные фары

Выключатели освещения и сигнальные лампы размещены в кабине водителя на ее передней стенке на щитке 1. Фара-прожектор 2 обеспечивает освещение объекта. Она установлена на специальном кронштейне, позволяющем изменять ее положение в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Освещение места работы у насосного отделения и водоема производится задней фарой 9. Она укрепляется на кронштейне пенала, позволяющем изменять ее положение в горизонтальной плоскости. На пожарных автомобилях применяют фары типа ФТ-1Б с электролампами
А-12-50-21 мощностью 41 Вт или ФТ-304 с электролампами А-12-32 мощностью 27 Вт. Сигнальные фары 3 подают прерывистые световые сигналы синего цвета. Они установлены на крыше пожарного автомобиля. Освещение кабины водителя и салона боевого расчета, отсеков кузова и насосного отделения осуществляется плафонами 4, 5 и 8. Для этой цели используются плафоны ПК-201 с лампами А-12-3 мощностью 5,9 Вт.

Выключатели и контрольные лампы приборов насосного отделения размещены на щитке 6 насосного отделения. Задние фонари 7 включаются включателями автомобиля.

Подсвет вакуумного клапана производится лампой 10 (А-12-1 или
А-12-1,5), помещенной в патрон ПП-1-200. Ее включение облегчает определение поступления воды в насосе при постановке пожарного автомобиля на водоисточник или заполнении его из цистерны.

Датчики 11 используются для определения количества воды в автоцистерне. Датчик состоит из стальной трубки 11д, внутри которой размещен гидроконтакт 11г на изоляторах 11а и 11в. Плотность постановки датчиков в цистерну обеспечивает прокладка 11б. Вода, заполняющая полость между гидроконтактами 11г и трубкой 11д, замыкает электрическую цепь. При этом загораются контрольные лампочки, установленные на щитке 6.

В цистерне установлены 3 датчика, а на щитке 6 имеются три контрольные лампочки, показывающие полную, половину и четверть заправки цистерны водой.

Выключатели 12 освещения (тип ВК-2-А2) отсеков кузовов включают свет при открывании дверцы отсека. Параллельно им включены диоды 13 (тип Д-202).

Биметаллический прерыватель 14 (тип РС-57-Б) обеспечивает работу сигнальных фар. Он установлен на блоке предохранителей 15 (Пр-10А), прикрепленном к передней стенке кабины со стороны водителя.

Освещение дороги во время тумана производится противотуманными фарами 16 типа ФТ-119. В них устанавливаются лампы А-12-50-40
(40,5 Вт) или А-12-21-2 (19 Вт).

Щиток приборов насосного отделения (рис. 6.19). Щиток закреплен на стенке с правой стороны насосного отделения. На нем имеются: контрольные лампы 1 – 3, указывающие полную заправку емкости, половину и одну четверть емкости; контрольная лампа 4, включающаяся при нагреве воды в системе охлаждения выше 115 ^оС; контрольная лампа 5, включающаяся при уменьшении давления масла в системе смазки двигателя; включатель 6 для включения контрольных ламп 1 – 3 уровня воды в цистерне; включатель 7 для включения плафонов и подсвета в вакуумном клапане; кнопка 8 дистанционного запуска стартера.

Контрольные лампы 4 и 5 могут сигнализировать и состояние систем охлаждения двигателя и смазки только при условии, если у водителя переключатель будет поставлен в положение «насосный отсек».

Приборы в кабине водителя. Выключатели и сигнальные лампы в кабине водителя размещены так, как показано на рис. 6.20. На щитке в насосном отделении и в кабине водителя установлены выключатели ВК-57. При их включении включаются потребители энергии и загораются контрольные лампочки. Они указывают на то, что приборы освещения включены.

Принципиальная схема электрооборудования. Принципиальная схема дополнительного оборудования представлена на рис.6.21. В этой схеме различают три электрические цепи. Провод от аккумуляторной батареи (+) подводит электрический ток к блоку предохранителей (БП). В этом блоке все плавкие предохранители рассчитаны на прохождение электрического тока до 10 А. Рассмотрим все цепи от блока предохранителей до соединения провода на массу (аккумуляторной батареи).

Электрическая цепь № 1. В эту цепь параллельно включены ряд потребителей. Включателем В1 (см. поз. 6 на рис. 6.20) включается фара прожектора Ф1. Включателем В4 (см. поз. 6, 7 на рис. 6.19) включаются плафоны Л5 и Л6 насосного отделения и лампа Л7 подсвета вакуумного клапана. Включателем В5 включаются лампы Л8-Л10, указывающие уровень воды в цистерне. При заполненной цистерне замкнуты все датчики К1, К2 и К3. Все лампочки Л8-Л10 будут включены, по мере уменьшения количества воды лампочки будут выключаться.

В эту же электрическую цепь включены сигнальные лампы Л15 аварийного перегрева воды и Л16 минимального давления масла в двигателе. В насосном отсеке эти лампы горят только в случае, когда переключатель П (см. поз. 7 на рис. 6.20) включен в положение «насосный отсек». Лампа Л15 загорается, если температура охлаждающей жидкости равна 113 ^оС. Лампа Л16 загорается при понижении давления масла в системе смазки двигателя до 30–60 кПа.

Рис. 6.21. Принципиальная схема дополнительного электрооборудования
на АЦ-40(131)137

Электрическая цепь № 2. Эта цепь образована включением проблесковых маяков Ф2 и Ф3 с прерывателем ПР1. Включается цепь включателем В2 (см. поз. 4 на рис. 6.20) и контролируется включением лампы Л1 (см. поз. 8 на рис. 6.20).

Электрическая цепь № 3. В эту цепь включены задняя фара Ф4 (см. поз. 4 на рис. 6.18) с контрольной лампой Л18 (см. поз. 4 на рис. 6.19). Включается фара включателем В3 (см. поз. 4 на рис. 6.20).

На панели водителя (см. поз. 8 на рис. 6.20) находится включатель В6. Он предназначен для обеспечения питания плафонов освещения отсеков кузова Л4 и Л11-Л13. Включаются эти плафоны выключателями ВК1-ВК4 (см. поз. 12 на рис. 6.18). При открывании отсека срабатывают включатели и загорается соответствующая лампа плафона. Одновременно через диод Д (см. поз. 13 на рис. 6.18) будет подведен электрический ток к лампочке Л14 (см. поз. 1 на рис. 6.20). Диоды Д исключают прохождение электрического тока через лампы плафонов закрытых отсеков кузова, когда другие отсеки открыты.

Цепь кнопки пуска стартера в насосном отсеке, а также задние фонари ФП и ФЛ включены в систему электрооборудования базового автомобиля.

Некоторые типы приборов электрооборудования пожарных автомобилей указаны в табл. 6.9.

Таблица 6.9

Соединительные провода дополнительного электрооборудования марки ПГВА-1,5 мм² и ПГВА-4 мм² заключены в пластикатовые трубки. Трубки с проводами крепятся к элементам конструкции пожарного автомобиля металлическими скобами.

Отдельные участки электроцепей соединяются штепсельными разъемами Ш типа ШР32П12ЭШ1.

Описанная выше принципиальная схема дополнительного электрооборудования применяется практически на всех автоцистернах на базе автомобилей ЗИЛ-131. Однако на отдельных типах пожарных автоцистерн имеются изменения.

На ряде автоцистерн нового поколения, особенно производства ОАО «Пожтехника» (г. Торжок), функции дополнительного электрооборудования значительно расширены. Рассмотрим их на примере АЦ-7-40(53213).

Дополнительное электрооборудование АЦ-7-40(53213). Питание потребителей автоцистерны осуществляется постоянным током, напряжение 24 В от бортовой сети шасси. Проблесковые маяки запитываются от аккумуляторов шасси напряжением 12 В.

Все электрооборудование можно разделить на три группы.

В кузове АЦ установлены блок связи, щиток управления, лампы освещения отсеков. Датчики уровня воды и пенообразователя находятся в цистерне для воды и в баке пенообразователя.

В кабине водителя размещается блок управления лафетным стволом, щиток контроля, СГУ-80, блок связи, блок связи водителя и лампа сигнализации об открытии дверей.

На кабине шасси смонтирована фара-прожектор и маяки с громкоговорителем СГУ-80.

Электрооборудование обеспечивает:

управление механизмами;

контроль функционирования механизмов и систем;

требуемые условия работы боевых расчетов.

Соответствующие тумблеры включения механизмов и сигнализаторы функционирования их и других систем сосредоточены на щитке приборов и щитке управления (рис. 6.22) и на щитке контроля (рис. 6.23).

Щиток приборов и щиток управления устанавливается в насосном отсеке. Он служит для контроля за работой механизмов автоцистерны, дистанционного управления двигателем, включения КОМ водяного и масляного насоса, а также контроля уровня воды и пенообразователя.

На щитке приборов установлены вакуумметр и манометр для контроля работы центробежного насоса, счетчик моточасов и тахометр.

На щитке управления находятся тумблер включения питания, сцепления и КОМ центробежного насоса. Кнопкой «Пуск двигателя» осуществляется дистанционный его пуск. В правой части расположены светодиоды контроля уровня воды в цистерне и пенообразователя в пенобаке.

Защита цепей осуществляется предохранителями.

Щиток контроля установлен в кабине водителя. Он служит для управления и контроля за работой КОМ привода центробежного и масляного насоса, вентиля поступления воды в лафетный ствол, включения фар, уровня воды и пенообразователя.

Рис.6.22 Щиток приборов и щиток управления:

1 – лицевая панель; 2, 4 – мановакуумметры; 3 – счетчик времени; 5 – тахометр;
6 – панель щитка управления; 7 – светодиоды; 8 – кнопка; 9 – предохранитель;
10 – тумблер

Рис. 6.23. Щиток контроля:

1 – лицевая панель; 2 – светодиоды; 3 – предохранитель; 4 – тумблер;

5 – вентиль

Размещение тумблеров различного назначения показано на рис. 6.23.

В случае если на автоцистерне нет лафетного ствола, тумблер
«Вентиль» будет заглушен. При необходимости привода масляного насоса (например, на автоцистерне с лестницей) будет разблокирован тумблер КОМ-масло.

Согласование режимов работы двигателя ПА