Ликвидация горения – боевое действие, при котором использование АЦ следует рассматривать как боевые условия эксплуатации. 4 страница

6.1.10. Разгон пожарного автомобиля

Время равномерного движения ПА невелико по сравнению с общим временем следования к месту вызова. При эксплуатации в городах ПА движутся равномерно не более 10...15 % времени. Более 40...50 % времени ПА движутся ускоренно.

Способность АТС изменять (увеличивать) скорость движения называют приемистостью. Одним из наиболее распространенных показателей, характеризующих приемистость автомобиля, является время t_υ разгона автомобиля с места до заданной скорости υ.

Определяют t_υ обычно экспериментально на горизонтальной ровной дороге с асфальтобетонным покрытием при коэффициенте y = 0,015 (f = 0,01, i%£ 0,5). Аналитические методы определения t_υ основаны на построении зависимости t(υ) (рис. 6.8), т. е. на интегрировании дифференциального уравнения (6.1)

(6.51)

При 0 < υ < υ_min движение ПА происходит при пробуксовке сцепления. Время разгона t_p до υ_min зависит в основном от умения водителя правильно выбрать положение педалей сцепления и топлива (см. п. 6.1.1). Так как время t_p существенно зависит от умения водителя, которое трудно, описать математически, то при аналитическом определении t_υ время t_p часто не учитывают.

Разгон ПА на участке А В происходит на первой передаче при полностью нажатой педали топлива. При максимальной скорости ПА на первой передаче (точка В) водитель выключает сцепление, разобщая двигатель и трансмиссию, и автомобиль начинает двигаться замедленно (участок ВС). Включив вторую передачу, водитель вновь нажимает до отказа педаль подачи топлива. Процесс повторяется при переходах на последующие передачи (участки CD, DE).

Время переключения передач t₁₂, t₂₃ (рис 6.8) зависит от квалификации водителя, способа переключения передач, конструкции коробки передач и типа двигателя. Среднее время переключения передач водителей высокой квалификации приведено в табл. 6.3. У автомобиля с дизельным двигателем время переключения передач больше, так как из-за больших (по сравнению с карбюраторным двигателем) инерционных масс его деталей частота вращения коленчатого вала изменяется медленнее, чем у карбюраторного двигателя.

За время переключения передач скорость ПА уменьшается на Dυ₁₂ и Dυ₂₃ (рис. 6.8). Если время переключения передач невелико (0,5...1,0 с), то можно считать, что при переключении передач движение происходит с постоянной скоростью.

Ускорение ПА при разгоне на участках АВ, CD определяется по формуле,

, (6.52)

Таблица 6.3

которая получена после преобразования формулы (6.46). Так как с увеличением номера передачи динамический фактор ПА уменьшается (рис. 6.7), то максимальные ускорения разгона достигаются на низких передачах. Поэтому водители ПА для обеспечения быстрого разгона при обгоне в городских условиях используют низкие передачи чаще, чем водители других АТС.

6.2. Аварийная безопасность пожарного автомобиля

6.2.1. Тормозные свойства пожарного автомобиля

Тягово-скоростные и тормозные свойства АТС связаны между собой. Чем больше υ_max , a _max и t_υ , тем лучше должны быть тормозные свойства ПА. Повышенные требования к тормозным свойствам ПА вызваны также и тем, что при следовании к месту вызова с высокой скоростью водители ПА вынуждены в 3...5 раз чаще, чем водители других АТС, использовать торможение для обеспечения безопасности движения.

Возможно несколько способов торможения ПА: без использования тормозной системы (движение накатом — при следовании ПА к месту вызова используется редко); только тормозной системой; совместно тормозной системой и двигателем; только двигателем (двигатель работает чаще всего в режиме холостого хода с включенным зажиганием или при незначительном нажатии водителем на педаль подачи топлива и включении более низкой передачи, чем перед началом торможения).

Тормозная система ПА служит для замедления его движения, вплоть до полной остановки, и для удержания на месте при стоянке. Тормозное управление ПА включает следующие системы (ГОСТ 22895—77):

рабочую тормозную систему (ножную) — используется при всех режимах торможения для уменьшения скорости и полной остановки ПА;

запасную тормозную систему - используется при отказе рабочей тормозной системы и обеспечивает не менее 30 % эффективности работы по тормозному пути;

стояночную тормозную систему обеспечивает стоянку автомобиля на уклонах (i % £ 18);

вспомогательную тормозную систему (тормоз-замедлитель) — используется при длительном торможении на спусках для поддержания постоянной скорости. Вспомогательной тормозной системой должны быть оборудованы ПА с общей массой более 12 т или ПА с общей массой более 10 т, использующие прицепы. Если ПА с общей массой более 3,5 т эксплуатируется в горных условиях.

Для оценки эффективности работы рабочей и вспомогательной тормозных систем используют три показателя (ГОСТ 25478—82): тормозной путь S_T, м; установившееся замедление j_t , м/с²; время срабатывания тормозов t_t, с. Экспериментально установлено, что этими показателями можно достаточно полно характеризовать процесс торможения АТС (рис. 6.9).

Время t₁ зависит от реакции водителя, от времени, за которое он принимает решение о торможении и переносит ногу с педали управления подачей топлива на педаль тормоза. Время t₁ зависит от индивидуальных особенностей и квалификации водителя, обычно t₁ = 0,4...1,5 с. При расчетах принимают t₁ = 0,8 с.

Время t₂ зависит от конструкции и технического состояния привода тормозов, от времени, за которое выбирается свободный ход педали тормоза, и управляющее усилие водителя передается к колесным тормозам. У ПА с гидравлическим приводом тормозов t₂ = 0,2...0,4 с, с пневматическим приводом t₂ = 0,6...0,8 с. Время t₂ неисправного гидравлического привода (при наличии воздуха в системе или неисправности клапанов в главном тормозном цилиндре) увеличивается, тормоза срабатывают со второго (t₂ = 0,6 с) или третьего (t₂ £ 1,0 с) нажатия. Время t₂ тормозов ПА с пневматическим приводом может увеличиваться зимой после продолжительной работы на пожаре из-за уменьшения сечения трубопровода замерзающим конденсатом. У ПА с гидропневматическим приводом тормозов (например, на шасси «Урал») t₂ £ 0.4 с. Время t₂ всех приводов уменьшается при более быстром нажатии на педаль тормоза.

Время t₃ зависит от массы ПА, типа и состояния дорожного покрытия. При экстренном торможении время t₃ пропорционально массе ПА и коэффициенту j, на дорогах с малым j масса ПА на время t₃ практически не влияет.

Время t_T = t₂ + t₃ является одним из трех показателей эффективности работы тормозной системы и определяется при диагностировании ПА на тормозном стенде. Для ПА с 3,5 т < G < 12 т время t_T £ 1 с, для ПА с G > 12т t_T < 1,2 с (ГОСТ 25478—82). Контролировать t_T при ходовых испытаниях ПА сложно.

Время t₄ представляет собой время торможения с максимальным ускорением (замедлением) j_т- За время t₄ кинетическая энергия АТС расходуется в основном на работу сил трения тормозов и частично на работу сил сопротивления движению (Р_f, Р_в). Если при торможении колеса заблокированы (не вращаются), то работа сил трения происходит только между шиной и поверхностью дороги. Трение в тормозном механизме как поглотитель энергии АТС при блокировке колес уже не действует. Если колеса АТС заблокированы, то после преобразования уравнения (6.1) при d = 1, Р_k= 0, Р_f = Р_j, Р_i = P_в = 0 с учетом формулы (6.40) получим формулу

j_т = j ´ g (6.53)

для определения максимального замедления автомобиля при торможении всеми колесами. Так как при увеличении буксования колес j уменьшается (рис. 6.3), то для увеличения j_т и, следовательно, уменьшения S_т достигать полной блокировки колес при торможении нежелательно.

При торможении ПА сила инерции P_j (6.24) увеличивает нагрузку на передние колеса и уменьшает на задние. Наибольшие значения ко­эффициентов изменения нормальной реакции ПА находятся в следую­щих пределах (6.35) и (6.36): l₁₂ =1,2...2,0; l₃₄ = 0,5...0,7. Поэтому для обеспечения торможения с j_т необходимо такое распределение тормозных усилий между передними и задними колесами, при котором блокировка колес происходит одновременно. Так как современные тормозные системы ПА не обеспечивают точного соответствия между нормальной реакцией R_n колес и их тормозных усилий, то действительное значение j_т меньше теоретически возможного в К_э = 1,4... 1,6 раз.

Тормозной путь S_т при полной блокировке колес определяется как площадь под зависимостью υ (t) за время t₃ + t₄ (рис. 6.9), т. е.

. (6.54)

После преобразования (6.55) с учетом формулы (6.54) и t_т £ 1...1.2 с формула для определения тормозного пути ПА принимает вид:

S_Т = (K_э/2´j) ,(6.55)

где υ₀ - скорость автомобиля перед торможением, м/с.

Для предварительной оценки эффективности работы рабочей и запасной тормозных систем ПА проводят ходовые испытания. Испытания могут проводиться визуально по S_т и синхронности начала торможения колес при резком однократном нажатии на педаль (сцепление выключено), а также с использованием переносных приборов-деселерометров (или деселерографов). Диагностирование по тормозному пути S_т должно проводиться на ровном, сухом, горизонтальном участке дороги, свободном от движущегося транспорта. В соответствии с ГОСТ 25478—82 тормозной путь определяется при υ₀= 11,1 м/с (40 км/ч). Для ПА с G 3,5 т рабочая тормозная система должна обеспечить S_т £ 23 м, запасная — S_т £ 36,9 м.

При отсутствии деселерометра (или деселерографа) ускорение j_т вычисляется по формуле:

j_т = υ₀²/S_т , (6.56)

где υ₀ в м/с; S_т в м.

Для ПА с G > 3,5 т рабочая тормозная система должна обеспечить j_т £ 4,0 м/с², запасная — j_т £ 2,1 м/с².

Тормозной путь S_т и установившееся замедление j_т должны обеспечиваться тормозными системами ПА с G> 3,5 т при усилении на педали тормоза не более 0,7 кН (70 кГс).

Стояночная тормозная система должна обеспечивать стоянку ПА на уклоне i < 18% при усилии на рычаге тормоза не более 0,4 кН (40 кГс).

Вспомогательная тормозная система должна обеспечивать движение ПА на спуске с i = 7 % протяженностью 7 км с постоянной скоростью не более 30 км/ч.

6.2.2. Устойчивость и управляемость пожарного автомобиля

Тягово-скоростные свойства ПА определяют потенциальную, т. е. предельно возможную скорость следования ПА к месту вызова. Устойчивость и управляемость ПА ограничивают υ_max в зависимости от дорожных и транспортных условий.

Устойчивость АТС — свойства, которые характеризуют способность АТС сохранять заданное водителем движение. Показатели устойчивости ПА характеризуют только возможности АТС без учета возможностей водителя по управлению автомобилем для реализации задаваемого движения.

Управляемость АТС — свойства, которые характеризуют способность АТС реагировать на воздействие водителя на органы управления (руль, педаль муфты сцепления, педаль тормоза, рычаг коробки передач). Показатели управляемости АТС характеризуют поведение системы автомобиль-водитель.

Единых оценочных показателей устойчивости и управляемости АТС нет. «Исключить» водителя удалось только при одном виде испытаний на устойчивость — опрокидывание АТС на наклонной платформе. При всех других видах испытаний АТС на устойчивость и управляемость фактически оценивается поведение системы автомобиль-водитель. Поэтому сейчас принято говорить об устойчивости управления АТС, которую классифицируют.

По виду потери устойчивости управления (рис. 6.10, а,б,в): продольная; поперечная.

По результату (проявлению) потери устойчивости управления (рис. 6.10):

опрокидывание (проявление — разгрузка колес одной оси или стороны автомобиля);

занос — скольжение колес относительно опорной поверхности, не выполняется условие (6.9);

отклонение от траектории движения (рис.6.11, а) — траекторная устойчивость управления АТС;

отклонение от курса (направления) движения (рис. 6.11, б) — курсовая устойчивость управления АТС.

По режиму движения, при котором наступила потеря устойчивости управления АТС: статическая, динамическая.

Устойчивость ПА против опрокидывания. Опрокидывание ПА может произойти из-за действия поперечной составляющей силы веса (G_g)_τ при движении по косогору или из-за действия силы инерции P_J при движении на повороте. Опрокидывание ПА наступает при разгрузке колес одной стороны автомобиля, т. е. при R₁₃ = 0 (рис. 6.10, б, в).

Поэтому для движения ПА по косогору и на повороте необходимо выполнение соответственно двух условий

; (6.57)

. (6.58)

Так как,

(Gg)_n = Gg ´ cosb, (6.59)

(Gg) _t = Gg ´ sinb, (6.60)

P_J = G ´ (υ²/R). (6.61)

(R — радиус поворота ПА), то для движения ПА без опрокидывания необходимо выполнение условий,

tgb £ B/2H, (6.62)

, (6.63)

которые получены соответственно из (6.57) и (6.58).

Отношение

К=В/2 ´ Н (6.64)

называют коэффициентом устойчивости автомобиля против опрокидывания. Для определения К автомобиль устанавливают на наклонную платформу (рис. 6.10, б), замеряют угол b, при котором произошла разгрузка колес одной стороны автомобиля, и затем по формуле (6.63) вычисляют численное значение K.

Неравенства (6.58) и (6.59) составлены без учета деформации шин, подвески и кузова АТС, поэтому значения К, вычисленные по экспериментальному значению b, на 10…15% меньше, чем определенные по формуле (6.65). При определении коэффициента К пожарных автоцистерн необходимо учитывать также уменьшение К из-за смещения центра масс жидкости относительно цистерны при частичном ее заполнении. Если масса жидкости составляет не более 30% от общей массы, ПА, то уменьшение коэффициента К не превышает 5...7% и определить его экспериментально сложно.

Поэтому для оценки эффективности мероприятий по обеспечению безопасности движения пожарных автоцистерн необходимо использовать другие виды испытаний на устойчивость управления АТС. Такими видами испытаний являются «поворот» и «переставка» (рис. 6.12).

При испытании «поворот» водитель ПА постепенно, от заезда к заезду, увеличивает скорость движения по прямой 1—2 (рис.6.12,а). На участке 2—3 водитель должен, не снижая скорости, пройти дугу поворота радиусом R = 30...60м. При испытании фиксируется скорость, при которой на участке 2—3 происходит или отрыв колес одной стороны ПА от дороги, или занос, или выход ПА из коридора безопасности (под коридором безопасности понимается ширина разметки проезжей части дороги на повороте 30…60 м).

При испытании фиксируется скорость, при которой на участке 2-3 происходит или отрыв колес одной стороны ПА от дороги, или занос, или выход ПА из коридора безопасности (под коридором безопасности понимается ширина разметки проезжей части дороги на повороте).

При испытании «переставка» имитируется обгон или объезд ПА внезапного препятствия. Испытания проводятся аналогично испытанию «поворот», но на участке с иной разметкой (рис. 6.12, б). Испытание при L_П=12 м имитирует обгон в городских условиях движения, L_П=20 м при движении за городом.

Испытания «поворот» и «переставка» проводятся на специально оборудованных площадках автомобильных полигонов водителями, прошедшими курс специальной подготовки.

Устойчивость ПА против заноса. Занос ПА может произойти из-за действия поперечной составляющей силы веса (G_g)_t при движении по косогору или из-за действия силы инерции Р_J при движении на повороте.

Занос колеса ПА наступает при невыполнении неравенства (6.9). Если Р_К=Х_n=0, то для отсутствия бокового скольжения колес на косогоре и при повороте необходимо выполнение соответственно двух условий:

(G_g) _t £ j ´ (Gg)_n, (6.65)

Р_j £j ´ G. (6.66)

После преобразований (6.65) и (6.66) с учетом (6.59), (6.60) и (6.61) условия движения без заноса записываются в виде

, (6.67)

(6.68)

Сравнение формулы (6.62) и (6.67) и формулы (6.63) и (6.68) позволяет заключить, что в большинстве случаев занос ПА будет предшествовать его опрокидыванию (j < K). Следовательно, опрокидывание ПА в реальных условиях может произойти при углах косогора и скоростях меньших, чем определенных экспериментально на стенде опрокидывания и при испытаниях «поворот» и «переставка». Поэтому угол косогора, который разрешается преодолевать ПА, уменьшается вдвое, т. е. [b] < 0,5b.

При наличии продольной силы X_n (рис. 6.2) вероятность бокового скольжения колеса увеличивается, так как часть силы сцепления Р_jn (6.9) уже использована силой тяги Р_K или торможения Р_т колеса. Поэтому при движении в режиме, предшествующем буксованию ведущих колес или блокировке колес при торможении, достаточно незначительной боковой силы для потери поперечной устойчивости ПА. Так как у большинства ПА ведущими являются колеса задней оси, то для устранения заноса заднего моста ПА при повороте или торможении необходимо уменьшить касательную реакцию Х_п на ведущих колесах, отпустив педаль подачи топлива или прекратив торможение, и повернуть колеса в сторону начавшегося заноса. Вся сила сцепления Р_jn будет реализовываться для предотвращения бокового скольжения Y_n — занос прекратится. Сразу же после прекращения заноса управляемые колеса следует повернуть в нейтральное положение.

Потеря устойчивости управления траекторией движения (рис. 6.11, а) наблюдается, как правило, при движении ПА со скоростью, близкой к u_max- Предельной скоростью [u_T] по траекторией устойчивости управления считается скорость, после превышения которой водитель не может на прямой дороге обеспечить движение ПА в коридоре безопасности (внутри разметки на дороге полосы движения). На дорогах с ровным асфальтобетонным покрытием конструкция всех исправных ПА обеспечивает u_mах < [u_T]. Появление [u_T] < u_max возможно только у технически неисправных ПА или у пожарных автоцистерн с частичным заполнением цистерны. Основные причины уменьшения [u_T]: неправильная установка управляемых колес ПА, дисбаланс (неуравновешенность) управляемых колес, незначительный разворот одной оси ПА из-за «проседания» рессор с одной стороны автомобиля, различие между давлениями шин колес одной оси (уменьшение давле­ния в шине меньше номинального).

Потеря устойчивости управления курсом (направлением) движения (рис. 6.12, б) наблюдается при движении со скоростью, близкой к u_max и при торможении. Предельной скоростью [u_K] по курсовой устойчивости управления считается скорость, после превышения которой водитель не может обеспечить движение ПА в коридоре безопасности. С увеличением длины ПА требования к курсовой устойчивости управления ужесточаются, так как выход части автомобиля за пределы коридора безопасности появляется при меньших углах отклонения от курса. Причины ухудшения курсовой устойчивости управления при движении по прямой ровной дороге, те же, что и для [u_T]. Основное внимание при обеспечении курсовой устойчивости управления необходимо уделять исправности тормозной системы.

На [u_K] ПА при торможении оказывают влияние соотношение между тормозными усилиями колес и последовательностью срабатывания тормозов. Тормозные усилия колес одной оси ПА должны быть равны, их срабатывание должно быть одновременным. Раннее включение тормозов передней оси ПА позволяет уменьшить S_T из-за лучшего использования максимальной силы сцепления при увеличении нагрузки на передние колеса при торможении, но уменьшает [u_K], т. е. увеличивает вероятность заноса задней оси, особенно на дорогах с малым коэффициентом сцепления .

Обеспечение [u_T] > u_max и [u_K] > u_max при эксплуатации ПА зависит от систематического контроля за техническим состоянием шин, ходовой части и рулевого управления.

6.3. Проходимость и маневренность пожарного автомобиля

Проходимость — способность ПА двигаться по ухудшен­ным (заснеженным, мокрым) и плохим (разбитым, размокшим) до­рогам, бездорожью и преодолевать естественные (подъемы, спуски, ко­согоры) или искусственные препятствия без вспомогательных средств.

Маневренность — способность ПА поворачиваться (ма­неврировать) на минимальной площади.

Единого показателя, характеризующего проходимость и маневрен­ность ПА, не существует. Проходимость и маневренность ПА зависит от его геометрических размеров и опорно-тяговых свойств, а также от конструкции трансмиссии (дифференциала, коробки передач) и меха­низма поворота управляемых колес.

По проходимости АТС делятся на дорожные (обычной проходи­мости), повышенной и высокой проходимости.

К дорожным относят АТС, предназначенные для преимуществен­ного использования на дорогах с твердым покрытием. Обычно эти АТС являются неполноприводными (с колесной формулой 4х2);

6 ´ 2; 6 ´ 4 — первая цифра соответствует общему числу колес АТС, вторая — числу ведущих колес) с колесами дорожного рисунка шин и с простыми (неблокируемыми) дифференциалами.

Автомобильные транспортные средства повышенной проходимости предназначены для движения по дорогам с твердым покрытием, вне дорог и для преодоления естественных препятствий. Обычно эти АТС являются полноприводными (с колесной формулой — 4´4; 6´6 и т. д.), имеют тороидные или широкопрофильные (реже арочные) шины с системой регулирования давления воздуха. В трансмиссиях этих АТС часто применяют блокируемые дифференциалы.

Автомобильные транспортные средства высокой проходимости соз­даются для преимущественного использования вне дорог. Эти АТС име­ют полный привод ведущих колес и специальные шины (шины сверх- низкого давления, пневмокатки).

Различают профильную и опорно-тяговую проходимость. Профиль­ная проходимость характеризует способность АТС преодолевать неров­ности пути, препятствия и вписываться в дорожные габариты. Опор­ная проходимость — способность АТС двигаться по деформируемым грунтам.

Показатели профильной проходимости (рис. 6.13):

дорожный просвет h, м;

передний l₁ задний l₂ свесы, м;

передний a₁ и задний a₂ углы свеса (или угол a₁ въезда и угол a₂ съезда), град.;

радиусы продольной R₁ и поперечной R₂ проходимости, м;bL

наибольший угол преодолеваемого подъема a_max;

наибольший угол преодолеваемого косогора b;

ширина преодолеваемого l_р;

высота преодолеваемой вертикальной стенки (эскарпа).

Дорожный просвет h (расстояние от низшей точки автомобиля до опорной поверхности) определяет возможность движения ПА по мяг­кому грунту и через единичные препятствия (камни, пни, кочки и т. д.). Чем больше h, тем лучше проходимость ПА. У ПА повышенной и вы­сокой проходимости дорожный просвет h больше, чем у ПА на базе дорожных АТС. С увеличением грузоподъемности дорожный просвет h обычно увеличивается.

От свеса l₁ и l₂ зависит проходимость ПА при преодолении канав, кюветов. Чем меньше l₁ и l₂ , тем меньше вероятность «вывешивания» колес при преодолении препятствий.

Углы свеса a₁ и a₂ влияют на возможность преодоления ПА пре­пятствий с короткими подъемами и спусками. Чем больше a₁ и a₂ , тем больше крутизна коротких неровностей, через которые может пере­ехать ПА, не задевая за неровность при въезде и съезде.

Продольный радиус проходимости R₁ равен радиусу сегментного препятствия (с хордой, равной базе L АТС), через которое ПА может переехать поперек, не задевая нижней точкой, расположенной в сред­ней части. Чем меньше тем выше проходимость ПА, т. е. способ­ность преодолевать местность с гребнистыми препятствиями (насыпи, бугры).

Поперечный радиус проходимости R₂ равен радиусу сегментного препятствия (с хордой, равной базе в АТС), через которое ПА может переехать вдоль, не задевая нижней точкой, расположенной между колесами. Чем меньше R₂ , тем лучше проходимость ПА при преодоле­нии насыпей и борозд вдоль.

На профильную проходимость длинномерных ПА (автолестниц, авто­подъемников) влияет соотношение между габаритными размерами:

длиной L_г, высотой H_г и шириной В_г. Соотношение между высотой Н_ги длиной L_гопределяет проходимость под мостами или эстакадами (рис.6.14). При определении проходимости ПА под мостом необходимо убедиться в обеспечении H_г < [Н] на всей габаритной длине L_г авто­мобиля, так как при вогнутой дороге и большой длине L_г возможная для проезда высота уменьшается (рис. 6.14).

Показатели опорно-тяговой проходимости:

максимальная сила тяги Р_{к max};

максимальный динамический фактор D_max ;

коэффициент сцепления шин с дорогой j;

нагрузка на ведущие колеса (сцепной вес) G_в;

давление колес на дорогу р.

Для увеличения проходимости ПА необходимо увеличивать D_max и j (см. § 6.1). Сцепной вес ПА можно увеличить, если увеличить число ведущих колес (использовать полноприводное базовое шасси) или смес­тить центр масс ПА в сторону ведущего моста.