Расчет дополнительных усилий, вызванных движением жидкости в баках

Транспортирование на автомобиле емкости, которая не полностью заполнена жидкостью, вызывает при торможении (разгоне) дополнительные усилия на кронштейны крепления емкости, а также повышение давления жидкости.

Расчет усилия на кронштейны крепления проводится в предположении, что в предельном случае вся сила инерции нагружает кронштейны, работающие на растяжение. Сила инерции при торможении с ускорением a зависит от массы баков nm _б и массы жидкости в баках nm _ж, где n – число баков. В результате получаем

. (5.37)

Для уменьшения дополнительных динамических воздействий от движения жидкости баки разделяются на отсеки внутренними перегородками. В баке длиной L_x, разделенном на отсеки перегородками, жидкость в каждом отсеке при торможении смещается, оказывая дополнительное давление. Величина этого давления может быть найдена из второго закона Ньютона .

Учитывая, что , а , получаем формулу для расчета дополнительного давления

, (5.38)

где – масса жидкости в отсеке; v ₀ – скорость автомобиля; – диаметр бака; S _т – тормозной путь автомобиля.

Параметрические расчеты проводились при исходных данных, представленных в табл. 5.3.

Таблица 5.3. Исходные данные для расчета

№№ п/п	Наименование	Обозна-чение	Размер-ность	Числен-ное значение
	Скорость движения автомобиля	v 0	км/ч
	Число баков	n	‑
	Число перегородок в баке	n п	‑
	Длина бака	l	м	10,65
	Диаметр бака	D	м	0,51
	Масса одного пустого бака	m б	кг
	Плотность жидкости	ρ	кг/м3
	Коэффициент заполнения	Кз	‑	0,5
	Колея автомобиля	Lz	м	2,5
	База автомобиля	Lx	м	8,72
	Масса автомобиля	ma	кг
	Высота центра тяжести автомобиля	ya	м	1,2
	Радиус поворота автомобиля	R	м

 

↑

К з →

0 0,5 1,0

1,2 1,1 1,0

Рис. 5.4. Зависимость относительного тормозного пути автомобиля (S т – с жидким грузом, S ′т – с твердым грузом) от коэффициента заполнения баков

Рис. 5.5 Уменьшение скорости автомобиля, перевозящего жидкость, по сравнению со скоростью автомобиля, перевозящего твердый груз, в зависимости от числа перегородок при сохранении тормозного пути

↑

n п →

0 1 2 3 4

Тормозной путь снаряженного автомобиля с СПГ зависит от коэффициента заполнения баков (рис. 5.4), максимальный тормозной путь отмечается при половинном заполнении баков. Из рис. 5.5 видно, что с увеличением числа поперечных перегородок в баке разница в начальной скорости при торможении автомобиля уменьшается, при увеличении количества поперечных перегородок в баке безопасное торможение обеспечивается при большей начальной скорости.

Рис. 5.6 Зависимость динамических усилий на кронштейны от начальной скорости торможения автомобиля и числа перегородок в баке

n п=0

40 60 км/ч

Н∙10–4

↑ F к

v 0 →

Рис. 5.7. Зависимость динамического давления в баке при торможении от начальной скорости и числа перегородок в баке

n п=0

v 0 →

40 60 км/ч

p ∙10–4

↑ p

С увеличением числа перегородок уменьшаются и усилия на кронштейны (рис. 5.6), из которого также видно, что при постоянном числе перегородок эти усилия возрастают с увеличением начальной скорости торможения.

Усилия, действующие на поддерживающие баки кронштейны, зависят от динамического давления перемещающейся в баках жидкости при торможении. Из рис. 5.7 видно, что это давление также возрастает с увеличением начальной скорости торможения, установление поперечных перегородок в баках снижает это давление.

Таким образом, моделирование движения автомобиля, транспортирующего емкости с жидкостью, оказывается полезным для назначения режимов его движения, уменьшающих вероятность аварийных ситуаций.

 

Контрольные вопросы

1. От каких факторов зависит сила сопротивления воздуха и как она вычисляется? С помощью каких средств можно уменьшить ее значение?

2. От чего зависит и как определяется скорость автомобиля?

3. Как называются и от чего зависят составляющие реакции дороги на колесо? Как определяются их предельные значения?

4. По каким формулам вычисляют предельные моменты ведущего и тормозящего колес?

5. От каких факторов зависит КПД трансмиссии и в каких пределах
находятся его значения?

6. Что называют центром парусности автомобиля и от чего он зависит?

7. Как оценивают фактор обтекаемости автомобиля?

8. Какие слагаемые входят в уравнение прямолинейного движения автомобиля? Каков их физический смысл?

9. Каков физический смысл приведенной массы автомобиля и коэффициента приведенной массы?

10. От каких параметров автомобиля зависит коэффициент приведен­ной массы и на что он влияет?

11. Какие дополнительные силы действуют на автомобиль, транспортирующий емкость с не полнолностью заполненной жидкостью по прямой?

12. Какие дополнительные силы действуют на автомобиль, транспортирующий емкость с не полнолностью заполненной жидкостью по повороту?

13. Как зависит тормозной путь автомобиля, транспортирующего бак с жидкостью, от коэффициента заполнения бака?