Instrukcja do ćwiczenia 1 - Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn
Transkrypt
Instrukcja do ćwiczenia 1 - Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn
Podstawy analizy wypadków drogowych Instrukcja do ćwiczenia 1 Wyznaczenie prędkości pojazdu na podstawie długości śladów hamowania pozostawionych na drodze Spis treści 1. CEL ĆWICZENIA ................................................................................................................................ 3 2. WPROWADZENIE ............................................................................................................................... 3 2.1. Siły działające na pojazd podczas hamowania............................................................................ 3 2.2. Maksymalna siła hamowania ...................................................................................................... 4 2.3. Rekonstrukcja procesu hamowania ............................................................................................. 5 3. PRZEBIEG ĆWICZENIA ....................................................................................................................... 6 4. ZADANIA DO ROZWIĄZANIA .............................................................................................................. 6 5. WYTYCZNE DO SPRAWOZDANIA ....................................................................................................... 7 2 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie metod analitycznych wyznaczania prędkości poruszania się samochodu na podstawie śladów hamowania pozostawionych na jezdni. Przeprowadzenie próby hamowania samochodu osobowego i na podstawie pozostawionych śladów hamowania wyznaczenie prędkości początkowej samochodu. 2. Wprowadzenie Poruszający się pojazd ma znaczną energię kinetyczną (ruchu postępowego i obrotowego) mv 2 I k 2 Ek = + ω , 2 2 która zaleŜna jest od kwadratu prędkości jazdy samochodu. Podczas hamowania energię tę naleŜy przekształcić w pracę sił tarcia w hamulcach i ogumienia po jezdni. 2.1. Siły działające na pojazd podczas hamowania Podczas hamowania konieczne jest oddziaływanie na pojazd sił zewnętrznych, hamujących jego ruch. Na rysunku 1 pokazano główne siły działające na pojazd podczas hamowania na drodze poziomej. Wówczas siły hamowania FHi i siły oporu ruchu łącznie uczestniczą w zmniejszeniu prędkości samochodu. Cechą szczególną procesu hamowania jest oddziaływanie znacznych sił bezwładności. Rys.1. Siły hamowania na osiach kół pojazdu Z sumy rzutów sił na kierunek poziomy wynika FH 1 + FH 2 = FH = FB − FP − FT gdzie: FH1, FH2 - siły hamowania, FB – siła bezwładności, FP, FT – siła oporów ruchu (powietrza i toczenia). 3 Siła bezwładności obejmuje opór bezwładności ruchu postępowego (dotyczy całej masy pojazdu) oraz opór bezwładności elementów w ruchu obrotowym, np. koła jezdne i niektóre elementy układu napędowego związane z kołami. Zatem FB = δ ⋅ m ⋅ aH Analizując proces intensywnego hamowania zwykle pomija się siły oporów powietrza, toczenia oraz wzniesienia, jako siły o małych wartościach w porównaniu z siła hamowania. Wówczas siła hamowania FH = FH 1 + FH 2 ≈ FB Na poszczególnych kołach i osiach kół jezdnych siły hamowania są ograniczone wartością sił przyczepności, czyli FHi ≤ Fµ i gdzie: Fµ i = µ ⋅ Z i µ - siła przyczepności do podłoŜa dla i-tej osi. - współczynnik przyczepności do podłoŜa. Zi – reakcja podłoŜa na i-tą oś samochodu. 2.2. Maksymalna siła hamowania Przebieg procesu hamowania jest ściśle związany ze zjawiskami fizycznymi, które zachodzą na styku ogumienia z nawierzchnią jezdni. Wynika to przede wszystkim z faktu, Ŝe siły hamowania, jako zewnętrzne oddziaływanie na pojazd od drogi są zaleŜne od reakcji stycznych obwodowych na kaŜdym kole. Reakcje styczne są ograniczone przez przyczepności kół do podłoŜa. Stąd w dalszych rozwaŜaniach naleŜy mieć na uwadze, Ŝe dla kaŜdego koła FHk ,max = Fµk = µZ k lub ogólnie FH ≤ Fµ . Dla i-tej osi kół jezdnych FHi ,max = Fµi = µZ i FH 1,max + FH 2,max = Fµ1 + Fµ 2 = µ (Z1 + Z 2 ) . oraz dla samochodu dwuosiowego Sumując siły hamowania na osich kół, otrzymano wartość maksymalnej siły hamowania samochodu w najbardziej korzystnej sytuacji hamowania wszystkich kół pojazdu w takich samych warunkach i do osiągnięcia ich przyczepności na drodze poziomej FH 1,max + FH 2,max = FH ,max = µQ = µ ⋅ m ⋅ g . PoniewaŜ FH ,max FH ≈ FB , to = FB = δ ⋅ m ⋅ aH ,max Przyjmując w procesie hamowania Stąd δ = 1 , otrzymano µ ⋅ m ⋅ g = m ⋅ aH ,max . 4 aH ,max = µ ⋅ g Zatem największa wartość opóźnienia, jaką moŜna osiągnąć podczas hamowania, zaleŜy od wartości współczynnika przyczepności kół do nawierzchni. 2.3. Rekonstrukcja procesu hamowania Jednym z waŜniejszych celów procesu rekonstrukcji wypadku jest ustalenie prędkości jazdy samochodu (samochodów, pojazdów) przed wypadkiem drogowym. Podczas ustalania wartości tej prędkości moŜna wykorzystać rezultaty zapisane przez tachograf lub rejestrator danych wypadkowych UDS (Unfalldatenspreicher, Accident Data Recorder). W razie braku takich urządzeń, podstawę do obliczeń mogą stanowić ślady hamowania. Odtworzenie prędkości jazdy samochodu przed rozpoczęciem procesu hamowania jest moŜliwe na podstawie śladów pozostawionych przez samochód na jezdni. Zwykle proces hamowania moŜna podzielić na dwa etapy: — hamowanie bez blokowania kół jezdnych w czasie narastania siły hamowania do osiągnięcia wartości maksymalnej; — hamowanie z zablokowanymi kołami, które zwykle pozostawia wyraźne ślady startej gumy na jezdni. Wykorzystanie długości pomierzonych śladów hamowania moŜe praktycznie prowadzić tylko do oszacowania najmniejszej z moŜliwych wartości prędkości jazdy przed hamowaniem. Korzystając z zaleŜności podanych w p. 2.2, moŜna przeprowadzić następujące obliczenia: — wyznaczenie prędkości jazdy samochodu na początku śladów hamowania przypadek vk = 0 vb = 2 ⋅ aH ⋅ S H przypadek vk ≠ 0 vb = 2 ⋅ aH ⋅ S H + vk2 — wyznaczenie prędkości jazdy samochodu vp w chwili rozpoczęcia hamowania, czyli obliczenia z uwzględnieniem zmniejszenia prędkości jazdy w czasie tN narastania siły hamowania v p = vb + aH ⋅ t N 2 gdzie: SH — długość śladów hamowania; vb, vk — prędkość jazdy na początku i na końcu śladów hamowania; tN — czas narastania siły hamowania. Maksymalna wartość opóźnienia hamowania wynosi aH ,max = µ ⋅ g . Czas narastania siły hamowania zaleŜy od działania kierowcy. Najkrótsze wartości czasu tN kierowca osiąga przy gwałtownym naciskaniu na pedał hamulca i wówczas tN= tU gdzie tU — czas uruchamiania układu hamulcowego. 5 3. Przebieg ćwiczenia 1. Przeprowadzić próbę hamowania samochodu na prostym odcinku drogi z prędkości 30 km/h (próbę powtórzyć kilka krotnie). 2. Zmierzyć przymiarem długość śladów hamowania. Wyniki pomiarów zanotować w tabeli. 3. Wyznaczyć prędkość samochodu na podstawie długości śladów hamowania. Tabela 1. Wyniki pomiarów Nr Długość lewego śladu hamowania próby SHL= [m] 4. Długość prawego śladu hamowania SHP= [m] Całkowita długość drogi hamowania SH= [m] Uwagi Zadania do rozwiązania Zad. 1. Samochód osobowy o masie całkowitej m=1400 kg na skutek zauwaŜonej przeszkody rozpoczął intensywne hamowanie z zablokowanymi wszystkimi kołami z prędkości początkowej 90 km/h. Hamowanie odbywało się na mokrej nawierzchni asfaltowej aŜ do zatrzymania się pojazdu. Wyznaczyć drogę i czas potrzebne do zatrzymania samochodu z prędkości początkowej, wykorzystując idealizowany wykres hamowania samochodu. Zad. 2. Samochód osobowy o masie własnej 1200kg obciąŜony trzema dorosłymi osobami rozpoczął intensywne hamowanie na mokrej asfaltowej nawierzchni charakteryzujące się zablokowaniem wszystkich kół. Po przejechaniu 20m wjechał na suchy asfalt ciągle hamując i znacząc ślady na suchym asfalcie na długości 15m. Następnie wjechał na suche trawiaste pobocze, znacząc ślady przebył drogę 10m i zatrzymał się. Wyznaczyć prędkość początkową oraz czas hamownia samochodu. Zad. 3 Samochód osobowy o masie własnej 1200kg obciąŜony trzema dorosłymi osobami rozpoczął intensywne hamowanie na mokrej asfaltowej nawierzchni blokując wszystkie koła na drodze długości 20m. Po przejechaniu pierwszych 20m drogi hamowania samochód wjechał na suchy asfalt ciągle hamując. Po przejechaniu 10m uszkodził się układ hamulcowy na oś tylną. Samochód nadal hamował, ale tylko kołami osi przedniej na długości 30m aŜ do zatrzymania. Wyznaczyć prędkość początkową i czas hamowania samochodu. Zad. 4 Samochód osobowy Opel Omega rozpoczął intensywne hamowania wyniku wbiegnięcia pieszego na jezdnie. Przy zablokowanych kołach przejechał 30 m na suchej asfaltowej nawierzchni, następnie przejechał 20m na suchej trawie. Na końcu uderzył w sztywną przeszkodę z prędkością 20 km/h. Wyznaczyć prędkość początkową i całkowity czas hamowania samochodu. 6 5. Wytyczne do sprawozdania Politechnika Radomska im. K. Pułaskiego IEPiM INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN LABORATORIUM (z przedmiotu) Podstawy analizy wypadków drogowych Ćwiczenie nr .............. (wg harmonogramu) Temat ćwiczenia: Data wykonania ćwiczenia ....-....-.... Prowadzący ............................. Wydział MECHANICZNY Kierunek MECHANIKA I BUDOWA MASZYN Rok akademicki ........./........ Semestr Wykonawcy ćwiczenia ....... Grupa ..... 1. Nazwisko Imię 2. ................................................. 3. ................................................. OCENY (uwagi Prowadzącego) sprawdziany sprawozdanie końcowa ................. ................. ................ ................. ................. ................ ................. ................. ................. 1. Cel ćwiczenia 2. Przebieg ćwiczenia 3. Opracowanie wyników 4. Wnioski z przeprowadzonych badań 7