Занос осей любого звена автопоезда наблюдается в тех случаях, когда суммарная горизонтальная сила, действующая в контакте колес с опорной поверхностью, превысит предельную по сцеплению величину:

Боковое опрокидывание прицепа (полуприцепа) имеет место в том случае, когда момент внешних сил, действующих в поперечной вертикальной плоскости прицепного звена, превысит стабилизирующий момент, действующий в той же плоскости и стремящийся вернуть прицепное звено в исходное состояние.

При одном и том же состоянии дорожного покрытия достаточно большая боковая сила может вызвать на одних прицепах занос, на других — опрокидывание.

Следует отметить, что прицепы в отличие от тягачей подвергаются при поворотах, как правило, несколько большим боковым нагрузкам. Этому способствуют следующие обстоятельства:
— как показывает анализ перемещений тягача и прицепа, при входе в поворот дышло прицепа отклоняется относительно его рамы сначала во внешнюю сторону от центра поворота, а затем во внутреннюю; при этом происходит резкое местное изменение кривизны траектории движения осей и скачкообразное увеличение угловой скорости поворота прицепа; при больших скоростях движения появление этого импульса вызывает занос передней оси;
— при входе в поворот уменьшение скорости движения автопоезда часто происходит путем уменьшения подачи горючего и торможения двигателем; поскольку тягач входит в поворот раньше, а сопротивление движению его при повороте больше, чем у прицепа, в дышле прицепа появляются продольные усилия сжатия; реакция боковой составляющей этих усилий, действующая перпендикулярно направлению движения передних колес, способствует их заносу (рис. 29);
— в движении водитель автопоезда ощущает внешние воздействия прежде всего на автомобиль, время его реакции на отклонение передней оси от заданной траектории относительно невелико, что обеспечивает принятие должных мер до возникновения опасных последствий возмущения движения тягача; для компенсации случайного, нежелательного возмущения движения прицепа водитель располагает меньшими возможностями.

Рис. 1. Усилия в шарнире дышла при торможении автопоезда двигателем

Боковое усилие F& колес связано с величиной Д, (составляющей силы инерции, действующей вдоль продольной оси) соотношением

Кроме поворота типичным режимом движения автопоезда, при котором проявляется занос, является торможение.

При торможении занос звеньев автопоезда имеет место, например, при неодинаковом распределении тормозных моментов по колесам тягача или прицепа (полуприцепа). Для обеспечения устойчивости при торможении ГОСТ 22895—77 требует поэтому, чтобы на новых автомобилях и прицепах (полуприцепах) после обкатки и приработки тормозных механизмов неравномерность распределения тормозных моментов между колесами одной оси не превышала 15%.

Неравномерность распределения тормозных моментов может быть следствием неисправности или неправильной регулировки колесных тормозных механизмов.

Очень часто возникновение заноса связано также с разным сцеплением отдельных колес автопоезда с грунтом. Такой случай имеет место, например, при торможении автопоезда на сухом шоссе со скользкой (покрытой льдом или грязью) обочиной. Вследствие значительной разности коэффициентов сцепления правых и левых колес независимо от одинаковых моментов, развиваемых тормозными механизмами колес, тормозные усилия в контакте колес правого и левого бортов с дорогой будут резко отличаться, что приводит к заносу звеньев автопоезда.

Для предотвращения заноса при торможении автопоезда первостепенное значение имеет синхронное приложение тормозных моментов к колесам тягача и прицепа, что обеспечивается соответствующими стандартными нормами исполнения пневматического (пневмогидравлического) тормозного привода автопоезда.

Еще более желательной является такая характеристика торможения, при которой обеспечивается одновременное блокирование всех колес автопоезда при любом коэффициенте сцепления ср. Такой процесс торможения считается оптимальным [6], так как при этом обеспечивается полное использование сцепного веса автопоезда и, следовательно, реализуется наибольшее замедление, а кроме того, достигается удовлетворительная устойчивость при торможении.

Одновременное блокирование всех колес автопоезда обеспечивается лишь в том случае, если тормозные усилия, развиваемые колесами автопоезда, пропорциональны вертикальным нагрузкам на оси. Для седельного автопоезда это означает, например, что

На отечественных автопоездах с полноприводными тягачами применяется привод тормозных механизмов без регуляторов тормозных сил, обеспечивающий постоянное соотношение между тормоз-ними силами тормозных механизмов осей. Что касается вертикальных реакций, то соотношение между ними в зависимости от суммарной тормозной силы Р и массы звеньев автопоезда постоянно меняется. Поэтому на существующих автопоездах условия не выдерживаются. Но соотношения тормозных усилий стараются установить такими, чтобы последствия от неодновременного блокирования колес были неопасными.

Эксперименты и испытания показывают, что наиболее опасным с точки зрения устойчивости является торможение, при котором первыми блокируются задние оси или тележки тягача. В этом случае при относительно небольших внешних возмущениях движения происходит занос задней оси (тележки) тягача и складывание автопоезда. При первоочередном блокировании передних колес тягача появляется опасность потери управляемости и невписываемости в поворот, однако вредные последствия такого торможения, как и торможения с первоочередным блокированием колес полуприцепа (задних колес прицепа) оказываются, как правило, меньшими.

Рис. 2. Установка на одноосном прицепе и подсоединение к тягачу страховочных цепей:
1 — тяговый крюк; 2 – сцепная петля; 3 — скобы: 4 — цепи; 5 — захваты

Нарушение устойчивости при торможении на скользких дорогах особенно характерно для автопоездов с прицепами, не оборудованными тормозами, поэтому государственный стандарт разрешает использовать без тормозов прицепы с полной массой не более 0,75 т с тягачами, превышающими их по массе не менее чем в два раза.

Соотношение масс тягача и прицепа при торможении имеет существенное значение. На рис. 30 показан момент торможения автомобиля ГАЗ-66 с одноосным прицепом типа ГК.Б-8302, не оборудованным тормозами. Автомобиль (без груза) имел массу 3,44 т. Прицеп был полностью загружен (до полной массы 2 т). При торможении на сухом бетоне при скорости 35 км/ч автопоезд вследствие заноса тягача складывался в плане почти под прямым углом. При торможении с груженым автомобилем (масса 5,44 т) этого явления не наблюдалось.

Тяжелые последствия имеют место при аварийном отрыве прицепа от тягача, что является следствием неодновременного торможения звеньев автопоезда, неисправности или чрезмерного износа тягово-сцепных устройств. Особенно опасен отрыв одноосных прицепов. Для уменьшения ущерба в подобных случаях согласно ГОСТ 3163—76 на одноосных прицепах устанавливаются страховочные цепи, обеспечивающие буксировку прицепа и аварийное управление им до остановки автопоезда.

Боковое опрокидывание прицепа (полуприцепа) часто является следствием начавшегося заноса, например, когда перемещающиеся в процессе заноса в боковом направлении колеса встретят препятствие, переместятся на дорогу с большим коэффициентом сцепления и т. д.

Рис. 3. Опрокидывание прицепа при повороте (а), при статическом нагружении составляющей веса (6) и при движении на неровной дороге (в)

Типичными режимами движения, при которых происходит боковое опрокидывание звеньев автопоезда, являются:
— криволинейное движение на горизонтальной опорной поверхности с высокими скоростями;
— прямолинейное движение на дорогах с большим поперечным уклоном (на косогоре);
— движение по неровной дороге и местности.

Опрокидывающий момент, действующий на прицеп в первом случае, создается боковой силой Р’., которая зависит от скорости движения, угла и скорости поворота управляемых колес.

Движение на косогоре при больших углах бокового наклона прицепа происходит обычно с малыми скоростями. Опрокидывающий момент в этом случае создается боковой составляющей веса Gn.

Опрокидывание возможно и при движении на неровной дороге или по местности из-за большой величины вертикальной реакции, действующей на колеса, наехавшие на неровность.

При достаточно большой величине реакции Ия (наезде колесом на неровность с высокой скоростью) угловое ускорение может сильно возрасти и привести к опрокидыванию прицепа.

Крен кузова (подрессоренной массы) оказывает двоякое влияние на устойчивость прицепа против бокового опрокидывания. В случаях, показанных на рис. 3, а и 3, б, крен способствует опрокидыванию, т. е. вызывает потерю устойчивости при меньших опрокидывающих моментах и углах поперечного наклона.

Для случая, показанного на рис. 3, в, крен кузова (в сторону, обратную направлению поворота осей) оказывает положительное влияние на устойчивость. При этом желательно уменьшение угловой (и линейной) жесткости подвески, поскольку уменьшается передача толчков и ударов от дороги к подрессоренной массе.

Для увеличения боковой устойчивости при повороте и на косогоре на транспортных средствах иногда устанавливаются стабилизаторы поперечной боковой устойчивости, увеличивающие угловую жесткость подвески и уменьшающие крен. На современных прицепах (полуприцепах) для трудных дорог углы крена при статическом опрокидывании относительно невелики (до 5°), поэтому применение стабилизаторов не может дать должной эффективности. Наиболее эффективными являются меры по снижению высоты центра тяжести, увеличению колеи колес и рессорной колеи.

Требования по устойчивости являются первостепенными при выборе диаметра применяемых шин на прицепе: как упоминалось, на них применяются шины, не унифицированные с шинами тягача.

Сравнительная оценка устойчивости прицепов различных моделей, как и автомобилей, может быть основана на анализе процесса статического опрокидывания по схеме на рис. 3, б. Для определения углов статической устойчивости прицепов используются специальные стенды, в которых опорная платформа может поворачиваться в поперечном направлении относительно горизонтальной оси на угол до 50—60°. При необходимости угол поперечного наклона установленной на платформу стенда машины может быть увеличен с помощью специальных приспособлений. Постепенно наклоняя гидравлическим приводом платформу стенда с установленным на ней автомобилем или прицепом, с соблюдением мер безопасности, добиваются отрыва разгруженных колес транспортного средства от платформы. Соответствующий этому моменту угол наклона платформы принимается номинальным углом поперечной статической устойчивости автомобиля или прицепа.

Определенные этим методом углы поперечной статической устойчивости отечественных прицепов (без груза) для автомобилей повышенной проходимости приведены в табл. 1.

Таблица 1

В табл. 1 показаны углы статической устойчивости бортовых прицепов с полной нагрузкой, высота центра тяжести которой над полом платформы равна половине высоты основных бортов.

Углы статической устойчивости бортовых прицепов с грузом занимают довольно широкий диапазон (от 32,5 до 41°). Для сравнения укажем, что отечественные двухосные и трехосные полноприводные автомобили с грузом имеют углы поперечного статической устойчивости п пределах асо = 33… 36°.

Опыт эксплуатации автопоездов в трудных дорожных условиях показывает, что для прицепов этого типа с грузом нужен минимальный угол асо = 32… 35°. Большие из приведенных углов необходимы для одноосных прицепов. Кроме того, желательно для конкретного прицепа иметь угол статической устойчивости несколько большим, чем у основного тягача.

Для полуприцепов углы статической устойчивости определяются в составе автопоезда. Седельные тягачи имеют, как правило, большой запас статической устойчивости. Конструкция седельно-сцепного устройства обеспечивает частичную передачу крутящего момента, возникающего в поперечной плоскости при боковом наклоне полуприцепа, на тягач. Вследствие неодновременного наезда на препятствие тягачом и полуприцепом такая связь между тягачом и полуприцепом повышает общую устойчивость автопоезда иа разбитых грунтовых дорогах и местности.

Положительное влияние на устойчивость иа коротких чередующихся неровностях оказывает также используемая на седельных автопоездах, предназначенных для эксплуатации в трудных дорожных условиях, балансирная подвеска тележек тягача и полуприцепа, сглаживающая односторонние вертикальные нагрузки, передаваемые на раму и кузов.

На криволинейных участках вследствие меньших радиусов поворота (из-за большего смещения к центру поворота) центра масс полуприцепа боковые нагрузки его, как правило, меньше, чем у прицепа. Из-за этих особенностей требования к поперечной статической устойчивости седельных автопоездов могут быть снижены: минимальные углы статической устойчивости их должны составлять 29—32°.

Например, пятиосный автопоезд Урал-375С—ОдАЗ-9350 имеет угол статической устойчивости с грузом 32°.

Устойчивость при прямолинейном движении автопоезда заключается в способности его противостоять возмущениям движения, приводящим к недопустимым по величине поперечным отклонениям прицепного звена от заданного курса. Этот вид неустойчивости проявляется на высоких скоростях у прицепных автопоездов. Периодические боковые отклонения полуприцепов отмечены только на образцах с управляемыми колесами.

На рис. 4 изображены в плане три траектории характерных точек прицепных автопоездов при прямолинейном движении тягача, точнее при таком движении, когда водитель обеспечивал перемещение передних колес тягача по прямолинейной траектории. Траектории записаны на дороге красящей жидкостью, подаваемой в движении самописцами, установленными на автопоездах в характерных точках. Траекторией 1 отмечено движение прицепа многоцелевого назначения современной конструкции (МАЗ-8926), имеющего полную массу 10 т при полной массе автопоезда 30 т. Траектории 2 и 3 характеризуют движение балластного тягача и прицепа-тяжеловоза устаревшей модели, при этом полная масса автопоезда составляла 62,2 т, прицепа — 49 т.

Как видно, амплитуда поперечных колебаний прицепа МАЗ-8926 во много раз меньшая, чем у прицепа-тяжеловоза, хотя скорость движения автопоезда с прицепом МАЗ-8926 была максимальной (75 км/ч), а с прицепом-тяжеловозом не превышала 42 км/ч. Кроме того, при движении первого автопоезда поперечных колебаний тягача не отмечено, а при движении второго автопоезда задняя часть тягача совершала интенсивные колебания.

Рис. 4. Поперечные колебания звеньев автопоездов:
1 — прицепа МАЗ-8926; 2 — прицепа-тяжеловоза МАЗ-5212; 3 — балластного тягача

Виляния прицепов являются весьма опасным проявлением неустойчивости. До недавнего времени максимальные скорости многих моделей прицепов для трудных дорожных условий ограничивались 50—60 км/ч, а эксплуатационные скорости не превышали 35—40 км/ч из-за недопустимой по величине амплитуде поперечных колебаний (виляний).

По этой причине техническими требованиями к новым моделям прицепного состава максимальная величина амплитуды поперечных колебаний ограничивается: во всем диапазоне скоростей движения ее величина А не должна превышать 3% габаритной ширины прицепа.

Типичным видом горизонтальных колебаний прицепов являются автоколебания. К ним относятся колебания системы, которые совершаются с определенной (собственной) частотой без подвода энергии извне, а также колебания прицепа при движении на ровной дороге с относительно прямолинейным перемещением крюка тягача. Характер автоколебаний определяется только свойствами прицепа.

Кроме того, для прицепа характерны затухающие колебания (возникающие после единичного толчка), а также вынужденные горизонтальные колебания, совершаемые под действием периодических возмущений от дороги или крюка тягача.

Возникновению колебаний способствуют некоторые режимы движения (маневры) автопоезда: объезд препятствия на высокой скорости, смена полосы движения, накат.

Значительной величины амплитуда колебаний достигает, как правило, на двухосных и многоосных прицепах. Одноосные прицепы имеют высокую устойчивость против виляний.

На величину амплитуды поперечных колебаний прицепа оказывают влияние следующие факторы:
— длина дышла и база прицепа;
— передаточное число привода управления колес;
— боковая жесткость шин;
— соотношение масс тягача и прицепа и моментов их инерции относительно вертикальных осей;
— величина зазора (в сцепке н в приводе управления).

Влияние некоторых указанных факторов, в простейшем случае на устойчивость движения одноосного прицепа, имеющего беззазорную сцепку с тягачом, видно из формулы, характеризующей граничную скорость свободных затухающих колебаний прицепа: где kt, — коэффициент сопротивления боковому уводу шин;

При движении прицепа со скоростью, большей сгр, при случайном отклонении прицепа от прямолинейной траектории возникают затухающие колебания. При процесс перемещения прицепа после возмущения является апериодическим — задняя ось постепенно возвращается к первоначальному прямолинейному направлению движения, не совершая колебаний.

Кроме граничной скорости для оценки устойчивости прямолинейного движения используется также критическая скорость, при которой амплитуда колебаний прицепа принимает недопустимую по условиям безопасности движения величину.

Перечисленные факторы точно так же влияют и на устойчивость двухосного прицепа, хотя математические условия его устойчивости более сложны. Повышает устойчивость двухосного (многоосного) прицепа и увеличение его базы.

Влияние длины дышла и базы прицепа на устойчивость его движения невелико, выбор этих параметров определяется прежде всего требованиями маневренности и грузовместимости прицепа. Тем не менее удлинение дышла и базы в тех случаях, зрения устойчивости. Так, на прицепе-тяжеловозе ЧМЗАП-8386 удлинение базы с 3700 до 4500 мм позволило исключить опасные виляния с амплитудой, достигающей 40—50 см.

Рис. 5. Влияние на устойчивость движения прицепа типа 2-ПН-2 с грузом передаточного числа привода управления колесами (а), давления воздуха в шинах (6) и длины базы и дышла (в):
1— длина дышла; 2 — база

Коэффициент сопротивления боковому уводу шин практически при заданной нагрузке па ось можно изменять количеством устанавливаемых шин (например, двухрядной установкой шин) или давлением в них воздуха. Для прицепов, буксируемых полноприводными тягачами, первый путь исключается по условиям проходимости.

Сила сопротивления качению особенно эффективно действует при ее увеличении для гашения начинающихся виляний при накате. Этот фактор может быть использован для улучшения устойчивости автопоезда с помощью устройств, регулирующих силу Р/ или в общем случае тормозную тангенциальную силу, приложенную к колесам. Такими устройствами могут быть тормоза-замедлители, включаемые на прицепах при скоростях движения, близких к критическим.

Передаточное число i привода управления прицепом также сильно влияет на устойчивость движения. По мере увеличения передаточного числа устойчивость движения снижается. Прицепы с поворотным кругом имеют передаточное число i—1, и это является важнейшей причиной их лучшей устойчивости по сравнению с прицепами, управляемыми рулевой трапецией.

На прицепах с управляемыми колесами (рулевой трапецией) повышение передаточного числа, как отмечалось, является средством улучшения маневренности. Кроме того, увеличение передаточного числа улучшает кинематическую точность разрезных рулевых трапеций, уменьшая сопротивление качению и износ шин при повороте прицепа. Отечественные прицепы с управляемыми колесами имеют i=l,2… 1,5.

Рис. 6. Привод управления колесами прицепа СМЗ-810:
1 — дышло; 2 — поперечная тяга; 3 — маятниковый рычаг; 4 —продольная тяга; 5 — рычаг поворотного кулака (верхний); 6 — поперечная тяга рулевой трапеции

Снижение массы прицепа (как и его момента инерции) положительно сказывается на устойчивости против виляний, поэтому прицеп без груза имеет более высокую критическую скорость.

При наличии зазоров в тягово-сцепном устройстве и в приводе управления колебания прицепа усиливаются. Современная конструкция применяемого в прицепных автопоездах тяговосцепного устройства типа «крюк — петля», как указывалось, не может исключить зазоры в сцепном шарнире.

Зазоры могут быть и в поворотном механизме: в поворотном круге прицепов с управляемыми осями или в сочленениях рычагов и тяг привода управления прицепов с управляемыми колесами. В последнем случае ввиду большого количества шарниров приведенная величина углового зазора значительно больше, чем и объясняется появление виляний у некоторых прицепов этого типа (СМЗ-710Б, СМЗ-710В, СМЗ-810, СМЗ-810Л, МАЗ-5207В) в эксплуатации. -

На рис. 6 показана конструкция привода управления колесами прицепов СМЗ-810 и СМЗ-810А (типа 2-ПН-4). Поворотный момент от дышла к рулевой трапеции колес передается тягами, маятниковым рычагом 3 и рычагом 5 поворотного кулака. Привод этого типа с креплением маятникового рычага на лонжероне рамы применяется и на других прицепах (СМЗ-710Б, СМЗ-710В), имеющих неразрезную рулевую трапецию. Большое число шаровых шарнирных сочленений, в которых по мере их износа появляются зазоры, является существенным недостатком привода, ухудшающим устойчивость прицепов.

Важным требованием к приводу управления является кинематическая независимость перемещения его деталей от относительного перемещения подрессоренных и неподрессоренных масс, т. е. от деформаций подвески.

В приводе на рис. 6 эта связь не исключена, вследствие чего при сжатии рессор в тяге появляется усилие, направленное к дышлу, а при обратном ходе — усилие противоположного направления. Эти усилия вызывают моменты противоположного знака относительно оси маятникового рычага, передаваемые к управляемым колесам.

Знакопеременные нагрузки в деталях рулевого привода не только приводят к усилению износа шарнирных сочленений и увеличению зазоров в них, но и являются причиной возникновения виляний с частотой вертикальных колебаний подрессоренных масс при iena.

Этого недостатка лишены новые современные двухосные прицепы с колесами, управляемыми рулевой трапецией.

На рис. 6 изображен привод управления колесами прицепа 782Б. При повороте дышла в ту же сторону перемещается горизонтальная ось шарнира дышла, на которой на игольчатых подшипниках установлен компенсационный рычаг. Угол поворота дышла равен углу поворота в плане компенсационного рычага. На такой же угол повернется жестко связанный с рычагом передний поворотный рычаг параллелограммного механизма, включающего кроме этого рычага тяги и рычаг привода рулевой трапеции. При любом отклонении центра поворотного рычага от продольной оси прицепа углы поворота плеч параллелограмма остаются одинаковыми, поэтому угол поворота рычага в плане равен углу поворота дышла.

Для прицепа 782Б общее передаточное число привода управления (от дышла к управляемым колесам) i=l,3, причем, как видно из анализа конструкции, его величина определяется рулевой трапецией (передаточное число механизма до рулевой трапеции равно единице).

Компенсационный рычаг введен в конструкцию для компенсации перемещений параллелограммного механизма в плане (вдоль продольной оси прицепа) при прогибах подвески. Главное же достоинство рассматриваемого привода заключается в том, что возникающие при прогибах подвески в продольных тягах 5 осевые усилия и соответствующие им моменты относительно вертикальных осей механизма не передаются на дышло и управляемые колеса. При любом значении вертикальных динамических усилий в подвеске суммарные моменты на поворотных рычагах равны нулю, потому что действующие в тягах равные усилия направлены в одну сторону, а линии их действия удалены от осей шарниров на одинаковые расстояния (из-за равенства плеч).

Рис. 6. Привод управления колесами прицепа 782Б:
1 — дышло: 2 — компенсационный рычаг; 3 — кронштейн стопорного пальца, блокирующего дышло с рамой при движении прицепа задним ходом; 4 — шарнир водила дышла: 5 — продольные тяги параллелограммного механизма; 6 — шарнир неподвижного поворотного рычага; 7 — передняя ось прицепа; 8 — ось шарнира дышла; 9— водило дышла; w— передний поворотный рычаг; 11 — рычаг привода рулевой трапеции; 12 —тяга рулевой трапеции

Благодаря этому исключается одна из важных причин возникновения поперечной динамической неустойчивости прицепов.

Прицепы, оборудованные поворотными механизмами этого типа (782Б, СМЗ-8325, CM3-8326), имеют удовлетворительную устойчивость движения при движении автопоездов с максимальными скоростями (80—85 км/ч).

Для повышения устойчивости прицепов против виляний применяются и другие конструктивные и эксплуатационные меры. В некоторых случаях устранение виляний достигается подбором углов установки шкворней управляемых колес (поперечного и продольного), поскольку от них зависит величина момента от приложенных к колесу в его контакте с дорогой сил.