Вопрос. Силы и моменты, действующие на автомобиль при движении.

Вопрос. Силы и моменты, действующие на автомобиль при движении.

Ответ. При движении на автомобиль действует целый ряд сил, которые называются внешними. К ним относятся (рис. 3.1) сила тяжести G, силы взаимодействия между колесами автомобиля и дорогой (реакции дороги) R_x₁, R_x₂, R_z₁, R_z₂и сила взаимодействия автомобиля с воздухом (реакция воздушной среды) Р_в.

Рис. 3.1. Силы, действующие на автомобиль с прицепом при движении: а — на горизонтальной дороге; б — на подъеме; в — на спуске

Одни из указанных сил действуют в направлении движения и являются движущими, другие — против движения и относятся к силам сопротивления движению. Так, сила R_x₂на тяговом режиме, когда к ведущим колесам подводятся мощность и крутящий момент, направлена в сторону движения, а силы R_x₁и Р_в— против движения. Сила Р_п— составляющая силы тяжести — может быть направлена как в сторону движения, так и против в зависимости от условий движения автомобиля — на подъеме или на спуске (под уклон).

Основной движущей силой автомобиля является касательная реакция дороги R_x₂на ведущих колесах. Она возникает в результате подвода мощности и крутящего момента от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам.

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

Вопрос. Уравнение тягового баланса автомобиля.

Ответ.

Движение автомобиля по дороге возможно только в том случае, если сила тяги, развиваемая на ведущих колесах автомобиля, больше или равна сумме сил дорожных сопротивлений. Если величина силы тяги PТ превышает сумму сил дорожных сопротивлений, то этот запас используется либо на ускорение автомобиля, либо на буксировку автомобилем дополнительного груза. Математически это положение описывается с помощью уравнения тягового баланса автомобиля. Уравнение тягового баланса автомобиля имеет следующий вид

РТ = РΨ + РW + Рj,

где РΨ - cила сопротивления дороги, Н;

РW - сила сопротивления воздуха, Н;

Рj - сила инерции автомобиля при его неравномерном движении (при ускорении или замедлении), Н.

Уравнение тягового баланса автомобиля проще и наглядней решать графическим способом, при котором строим графики зависимости каждого из слагаемых уравнения от скорости движения автомобиля, и производим сравнение положения точек кривой с положением точек суммарной кривой РΨ и РW.

Для построения графика зависимости силы тяги РТ на ведущих колесах автомобиля от скорости его движения используется выражение 13

, Н (13)

где Ме- вращающий момент на выходном конце коленвала двигателя при соответствующей его частоте вращения, Нм;

Скорость движения автомобиля при различных частотах вращения коленвала двигателя определяется по формуле-14

, км/ч (14)

Значения сил тяги РТ и скоростей автомобиля V следует определять для частот вращения коленвала двигателя nе, которые являются границами интервалов при разбиении всего диапазона частот вращения коленвала.

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

Рис.5. Распределение нагрузки на колеса двухосного автомобиля.

Очевидно, G₁+ G₂= G. Практически величины G₁ и G₂ определяются путем взвешивания отдельно передней и задней частей автомобиля. По экспериментально определенным значениям G₁и G₂ легко рассчитать (обратная задача) положение центра массы (отрезки а и b), используя для этого приведенные выше формулы.

При движении автомобиля возникают дополнительные силы и моменты, которые перераспределяют нагрузки на колеса. Например, сила сопротивления воздуха и подъему, бокового ветра, сила инерции при ускоренном или замедленном движении автомобиля и др.
Коэффициент сцепления ведущего колеса с дорого й
Коэффициент сцепления колеса с дорогой φ представляет собой отношение той силы, которая может вызвать относительное перемещение опорной поверхности шины колеса по дороге, к реакции дороги на колесо, направленное нормально к поверхности дороги. Это определение аналогично установленному в механике определению коэффициента трения первого рода между двумя твердыми телами. Поэтому часто считают, что коэффициент сцепления и коэффициент трения -–понятия равнозначащие. Это положение весьма близко к действительности для дорог с твердым покрытием. Здесь передача тангенциальных усилий от колеса к дороге обуславливается почти исключительно трением между опорной поверхностью шины и дорогой.
Взаимодействие колеса с дорогой, имеющей мягкое покрытие (песок, щебень и т.п.) происходит иначе. В этом случае под влиянием тангенциальных усилий между дорогой и шиной происходит частичное разрушение контактной поверхности (смятие, сдвиг и т.д.), что вызывает проскальзывание или буксование ведущего колеса. Коэффициент сцепления при этом отличается от определения коэффициента трения.
Коэффициент сцепления колеса на таких дорогах трудно определим расчетным путем и выясняется проведением экспериментальных исследований. Исследуемый автомобиль с полностью заторможенными колесами буксируется с помощью специального тягача при одновременном измерении усилия на сцепке с помощью динамометра. Отношение этого усилия к полному весу буксируемого автомобиля представляет собой коэффициент сцепления.
Этим способом можно определить величину φ на дорогах с покрытиями различного типа. Существуют и другие способы определения φ, например, торможением автомобиля на исследуемом участке дороге с одновременным измерением тормозных путей.
Автомобиль с одинарными шинам обладает более высокой проходимостью по сравнению с автомобилем, оснащенным спаренными шинами. Объясняется это тем, что при наличии второй шины при движении по мягкой дороге (глина, песок, снег) дополнительно расходуется мощность на образование второй колеи. Кроме того, при переходе от спаренных колес к одинарным неизбежно должен быть увеличен диаметр шины (по соображениям сохранения заданного удельного давления в зоне контакта колеса с дорогой), что также благоприятно сказывается на повышении проходимости.
Большое влияние на тягово-сцепные качества автомобиля оказывают геометрические параметры грунтозацепов протектора шины. Грунтозацепы шины ведущего колеса, погружаясь в грунт, деформируют его не только в радиальном, но и в тангенциальном направлении, и постепенно уплотняют. По мере уплотнения грунта в тангенциальном направлении, его сопротивление сдвигу возрастает до некоторого предела, после чего начинается разрушение (сдвиг) грунта. Соответственно этому по мере деформации грунта, внешним проявлением чего служит частичная пробуксовка шины (ее поворачивание на угол, соответствующей величине уплотнения грунта), коэффициент сцепления возрастает до некоторого максимума, а затем падает до величины, характеризуемой внутренним трением между частицами грунта.
< /g< > < /g< >

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

Торможение двигателем

Торможение двигателем

Этот способ подходит для транспортных средств с механической коробкой передач. Данный способ для уменьшения числа оборотов двигателя и понижения скоростного режима предполагает включение пониженной передачи. Эффективен при спокойной езде.
Собственно, как только водитель отпускает педаль газа, начинается процесс торможения. Происходит он за счет уменьшения подачи топлива в двигатель, в результате снижается передаваемая на колеса коробкой передач тяга.

Если этого не достаточно для эффективного замедления движения авто, придется включить более низкие передачи. Только поэтапно: с пятой на четвертую и дальше. Смысл этих действий в том, что чем более низкая передача применяется, тем сильнее торможение.

Технически весь процесс выглядит так. При бросании газа сцепление автомобиля остается по-прежнему на включенной передаче. Отпуская тормозную педаль, выжимается сцепление, включается более низкая передача. После этого постепенно отпускается педаль сцепления.

Советы: Система автопилота в легковых автомобилях

Чаще всего торможение двигателем применимо на крутых спусках, в сложных погодных условиях (гололед, дождь, листопад), когда сцепление колес с поверхностью проезжей части не достаточно.

Что касается крутых склонов, тут есть одна хитрость. Дело в том, что при постоянной работе тормозов их колодки и диски перегреваются, значительно снижая эффективность торможения. Чтобы избежать тепловой эффект, следует выбирать соответствующую крутизне склона передачу: чем круче склон, тем должна быть ниже передача. Тормозить лучше двигателем, работая педалью газа. Как обеспечить равномерное движение? Жмем газ для ускорения и отпускаем эту педаль для снижения скорости.

Импульсное торможение

Импульсное торможение

Для снижения скорости движения при помощи тормозной системы используется импульсное (прерывистое) торможение.

Здесь педаль тормоза нужно выжать до упора, кратковременно отпуская тормоз.

Важно знать, что момент начала торможения не должен быть слишком интенсивным во избежание блокировки ведущих колес, а должно осуществляться на грани блокировки.

Потом кратковременно усилие на тормоз ослабляется и вновь идет торможение на грани. Весь процесс повторяется до полного прекращения движения автомобиля (или до достижения необходимой скорости).

Советы: Правильное переключение передач

Как показывает практика, этот способ лучше использовать совместно с торможением двигателем.

Для автомобилей, оборудованных системой антиблокировки, этот способ не актуален. На ABS-автомобилях импульсное торможение в случае необходимости происходит на автомате. Нажал водитель на тормоз до упора – и ему достаточно просто удерживать его в этом положении. Пусть водителя не пугает вибрация педали: это происходит при срабатывании антиблокировки.

Ступенчатое торможение

Ступенчатое торможение

Это ежедневное штатное торможение. Его использует практически каждый водитель. Различают торможение с повышенным и пониженным усилием.

Повышение усилия торможения применяется во время плохих погодных условиях. Суть приема в увеличении степени нажатия на педаль тормоза и его продолжительности. Способ позволяет водителю прочувствовать качество дорожного полотна и способность автомобиля совершить необходимый маневр.

Понижение усилия используется при хорошем сцеплении автошин с поверхностью проезжей части, когда возможно движение на высокой скорости. Чтобы затормозить, педаль тормоза нужно выжать до упора, удержав в таком положении некоторое время. Дальнейшие нажатия должны происходить быстро и, в то же время, непродолжительно, позволяя водителю контролировать степень снижения скорости. Способ подходит для быстрого замедления движения, но применим только при благоприятных дорожных условиях.

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

Избыточная поворачиваемость

Пример избыточной поворачиваемости

Если боковой увод колес задней оси больше, чем увод колес передней оси, и угол поворота машины относительно центра масс увеличивается, то это называется избыточной поворачиваемостью. (англ. oversteering). В этом случае у автомобиля сносит заднюю ось, вплоть до разворота.

В случае возникновения заноса задних колёс:

на заднеприводном автомобиле повернуть руль в сторону противоположную направлению поворота (в сторону заноса) и либо отпустить газ (но не доводя автомобиль до торможения двигателем и не очень резко), либо нажать на газ, переведя автомобиль в режим управляемого заноса;
на полноприводном автомобиле: повернуть руль в сторону противоположную направлению поворота, а реакция на работу с тягой индивидуальна в зависимости от схемы полного привода, развесовки машины и прочих факторов. Именно из-за неоднозначных реакций управление полноприводными машинами с традиционными межосевыми дифференциалами считается намного более сложным.
на переднеприводном автомобиле повернуть руль в сторону противоположную направлению поворота, и увеличить тягу. Педаль тормоза не трогать в случае отсутствия системы АБС.

Совет о нежелательности торможения при заносе на данный момент устарел, современные системы АБС и стабилизации эффективно гасят занос, помогая управляющим действиям водителя, а в случае ошибки руления, тяжесть последствий снижается из-за снижения скорости движения машины.

Если избыточную поворачиваемость не удаётся скорректировать, следует приготовиться к тому, что автомобиль перейдет в неконтролируемое вращение..

Заднеприводной автомобиль склонен к избыточной поворачиваемости при максимальной тяге на ведущих колесах, на нём избыточная поворачиваемость корректируется сложнее, чем на переднеприводном, ввиду возможности срыва колес в скольжении как при переизбытке тяги, так и при излишнем торможении двигателем. Современные заднеприводные автомобили при включенных системах контроля устойчивости вполне безопасны, но на скользкой дороге избыточная поворачиваемость всё равно чувствуется. Будьте внимательнее.

Стоит заметить, что автомобили для ралли могут иметь любую поворачиваемость (не обязательно избыточную). Для прохождения поворотов в управляемом заносе избыточную поворачиваемость создают искусственно такими приёмами, как контрсмещение, использование ручного тормоза, избыток газа (не для переднеприводгого автомобиля), динамическое перераспределение веса на переднюю ось (загрузка передней оси торможением или сбросом газа), и т. д. Автомобили, подготовленные для ралли по скользким дорогам (лед, грязь, гравий) могут иметь недостаточную поворачиваемость из-за особенностей трансмиссии: жесткие межосевые и межколесные дифференциалы могут препятствовать тому, что внутренние колеса в повороте крутятся медленнее. Это мешает автомобилю двигаться по дуге с колесами, повернутыми на угол, соответствующий крутизне поворота. Поэтому пилоты таких автомобилей создают поворачиваемость искусственно вышеуказанными приемами, а у зрителей создается впечатление, что автомобиль проходит повороты «боком» или «веером».

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

ПОД ГРАДУСОМ

Какие «подводные камни» со стороны «развальщиков» могут ожидать владельца машины при выполнении операции «развал»? Какие работы должен выполнить специалист и как оценить его работу?
В соответствии с технологией технического обслуживания и ремонта работа должна начинаться с проверки технического состояния автомобиля, а именно: свободного хода рулевого колеса, радиального и осевого биения дисков колес, деталей и узлов подвески, люфта в подшипниках ступиц, давления воздуха в шинах. Говоря проще, развальщик должен поднять машину на подъемнике и осмотреть ее снизу, подергать за тяги, за колеса, взять манометр и проверить, а при необходимости довести до нормы давление воздуха в шинах. Это естественно, так как регулировать углы на автомобиле с изношенной подвеской и спущенными шинами - «мартышкин труд». Поэтому логично будет сперва отремонтировать машину, а затем регулировать углы.
Обязательная подготовительная операция при «развале» - «компенсации биения обода колеса», чтобы исключить влияние геометрической формы колесного диска на конечный результат. Внешне это выглядит так: вывешивается передний мост автомобиля, навешиваются приборы на колеса, и каждый прибор индивидуально регулируется под то колесо, на котором он находится. Если эта операция пропущена, то как минимум становится ясно, с кем вы имеете дело. На стендах последнего поколения мосты не вывешиваются, а компенсация выполняется при прокатывании машины взад-вперед на несколько сантиметров.
Также «развальщик» должен выставить рулевую рейку в среднее положение. «Вычисляется» поворотом рулевого колеса вправо-влево до упора. Иными словами, после «развала» при движении автомобиля по прямой спица рулевого колеса должна занять горизонтальное положение, а само рулевое колесо должно поворачиваться в разные стороны на одинаковое число оборотов. Если «развальщик» по какой-либо причине забыл это сделать, то автомобиль будет поворачивать в одну из сторон с меньшим радиусом, в другую - с большим. Особенно это заметно при спуске-подъеме по винтовой дороге: вверх автомобиль поднимается, имея значительный запас места до стены, а вниз катится, едва её не задевая, или вообще не «вписывается» в поворот. Это следствие неправильного положения рейки.

Непосредственно установка углов проводится всегда в строгой последовательности: продольный наклон – развал – схождение. У рычажных подвесок наклон и развал устанавливаются с помощью подбора толщины пакета специальных регулировочных шайб между поперечиной подвески и нижним либо верхним рычагом. У подвесок " МакФерсон" развал, как правило, регулируется " изломом" стойки с помощью эксцентрикового болта или ползунковым механизмом, а продольный наклон – толщиной шайб на растяжке или стабилизаторе подвески. (У некоторых машин, например Audi, развал регулируется перемещением шаровой опоры вдоль рычага, либо – например, Mitsubishi – вращением эксцентрика в основании рычага). Ряд автомобилей (BMW, некоторые Daewoo, Mercedes) конструктивно вообще не имеют регулировки развала и продольного наклона. Схождение же делают на всех автомобилях, регулируют при этом одинаково – изменением длины рулевых тяг.
Самая трудоемкая операция «развала» - регулировка кастера, который, например, на ВАЗ-2110 регулируется путем удаления-добавления регулировочных шайб на наконечниках растяжки, для чего необходимо изрядно поработать гаечными ключами. Поэтому «развальщику» всегда удобнее посчитать, что параметры этого угла находятся в пределах допуска, и отрегулировать только углы развала и схождения колес. Все равно клиент не разберется в показаниях прибора. В лучшем случае (если кастер при ударе «уплыл» катастрофически) прибегают к помощи зубила и просто срубают «лишние» шайбы, по возможности выравнивая величину углов справа и слева, чтобы автомобиль «не уводило» в сторону.
Еще одна сложность для «развальщика» при проведении регулировочных работ - это прикипевшие резьбовые соединения: эксцентриковый болт передней телескопической стойки и регулировочная тяга в рулевом управлении. Особенно эксцентриковый болт, ответственный за угол развала. Пытаясь повернуть его на необходимый угол, можно сорвать головку. По этой причине недобросовестный слесарь, почувствовав значительное сопротивление, оставляет болт в покое, уже не заботясь о том, чтобы выставить «правильные» углы развала. Опытный (не путать с порядочным) «развальщик» может сделать так, что машина поедет прямо, без уводов в сторону, но при этом углы колес будут не в норме. Рядовой автолюбитель заметит это только тогда, когда протектор шин будет значительно неравномерно изношен и потребуется замена покрышек. Именно поэтому к выбору станции технического обслуживания, где будет проводиться «развал», надо подойти как можно серьезнее.

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

Профильная проходимость

Профильная проходимость зависит от компоновки автомобиля и оценивается геометрическими параметрами проходимости, которые определяют по компоновочным чертежам или путем измерения натурных образцов. Все измерения проводятся при полной нагрузке автомобиля на горизонтальной площадке с твердым и ровным покрытием.

Дорожный просвет — расстояние от опорной поверхности до наиболее низкой точки автомобиля, расположенной между колесами. Обычно это точки под картерами главных передач ведущих мостов и в местах расположения рессор. В технических характеристиках автомобилей могут приводиться несколько значений дорожного просвета. Например, дорожный просвет под передним и задним мостами. У современных легковых автомобилей дорожный просвет составляет 150...220 мм, автобусов — 220...300 мм, а у грузовых автомобилей ограниченной и повышенной проходимости — 240...300 мм. В нормативах СЭВ рекомендуется для грузовых автомобилей обеспечивать дорожный просвет не менее 270 мм. У автомобилей высокой проходимости за счет применения колесных передач и крупноразмерных шин дорожный просвет достигает 400...500 мм.

Передним и задним углами свеса ограничивается проходимость автомобиля при проезде через канавы, пороги, крутые переломы. Углы свеса — это углы между плоскостью опорной поверхности и плоскостью, касающейся колес и наиболее выступающей точки автомобиля. Большие углы свеса обеспечивают возможность преодоления, автомобилем крутых препятствий, не задевая их. Наибольшие углы свеса имеют автомобили высокой проходимости: передний 60...70° и задний 50...60°.

Продольный радиус проходимости — радиус условной цилиндрической неровности, через которую автомобиль может проехать, не задевая ее наинизшей точкой, расположенной в его средней части.

В некоторых случаях для оценки проходимости автомобилей через препятствия соизмеримые с колеей автомобиля, используют понятие поперечный радиус проходимости.

Способность автомобиля приспосабливаться к неровностям местности без потери контакта колес с дорогой зависит от возможных углов перекоса мостов. Угол перекоса находится как сумма углов перекоса переднего и заднего мостов относительно горизонтальной плоскости. У автомобилей, имеющих ведущие мосты, которые сгруппированы в балансирную тележку, определяют также возможные углы перекоса мостов тележки.

Способность автопоезда двигаться по пересеченной местности оценивается углами гибкости в вертикальной плоскости. По существующим нормативам угол гибкости g у автопоезда с двухосным прицепом должен быть не менее ±62°, а у седельного автопоезда — ±8°.

Способность автомобиля или автопоезда маневрировать в ограниченном пространстве характеризуется минимальным радиусом поворота и шириной габаритного коридора поворота. Для автопоездов дополнительно определяют углы гибкости в горизонтальной плоскости. Они должны быть не менее 55° у автопоездов с двухосными прицепами и 90° — у седельных автопоездов.

Профильная проходимость автомобилей в значительной мере определяется их способностью преодолевать отдельные препятствия.

Максимальный подъем, который автомобиль может преодолеть, зависит от окружной силы, развиваемой ведущими колесами, и от угла его продольной устойчивости — угла между плоскостью, нормальной к опорной поверхности и проходящей через центр масс, и плоскостью, проходящей через центр масс и точки контакта задних колес с дорогой. Этот угол определяет возможность опрокидывания автомобиля относительно задней оси. У автомобилей обычной компоновки он всегда больше угла максимального подъема, преодолеваемого ими, и поэтому опрокидывание относительно задней оси оказывается практически невозможным. Только для автомобилей специальной компоновки с очень высоким расположением центра масс следует анализировать устойчивость при преодолении максимальных подъемов. Максимальная окружная сила, развиваемая ведущими колесами автомобиля, как правило, ограничена сцеплением ведущих колес с опорной поверхностью.

Иногда у дорожных автомобильных поездов она ограничивается вследствие недостаточного крутящего момента, передаваемого через трансмиссию к ведущим колесам. Найдем максимальный угол подъема, преодолеваемого автопоездом с тягачом 4X2, при условии, что его значение ограничено сцеплением ведущих колес с опорной поверхностью. Примем, что сцепление под обоими колесами моста одинаково.

Автомобили и автопоезда способны преодолевать подъемы по твердым склонам следующей крутизны: автопоезда с неполноприводными тягачами — 11...13°; одиночные неполноприводные автомобили — 20...25; автопоезда с полноприводными тягачами — 15...20; полноприводные одиночные автомобили — 27...35°.

Нормативными документами определено, что автомобильные поезда должны преодолевать подъемы с твердой опорной поверхностью крутизной не менее 18 % (10, 2°), а одиночные автомобили — 25 % (14°).

Спуск опасен тем, что на нем возможно опрокидывание автомобиля относительно передних колес. У автомобилей обычной компоновки при равномерной скорости движения потеря устойчивости вследствие опрокидывания может произойти лишь на спусках крутизной более 45°. Если же автомобиль на спуске встречает препятствие, возникает инерционная сила, направление которой совпадает с направлением движения автомобиля. В силу увеличения опрокидывающего момента вероятность опрокидывания возрастает. Аналогичные явления происходят при резком торможении на спуске. Опрокидывание автомобиля может произойти также и в конце спуска, когда сопротивление движению в момент перехода с наклонного участка на горизонтальный резко возрастает.

При опрокидывании автомобиля в рассматриваемых условиях затрачивается энергия на подъем центра масс за счет кинетической энергии автомобиля. Поэтому для уменьшения вероятности опрокидывания скорость спуска не должна быть большой. Расчеты показывают, что для автомобилей обычной компоновки при предельных углах спуска до 30° скорость движения во избежание опрокидывания не должна превышать 10 км/ч.

Возможность преодоления рва определяется числом и расположением мостов, размером колес и положением центра масс автомобиля по базе. Для двухосных и трехосных автомобилей (если центр масс расположен не над средним мостом), ширина преодолеваемого рва зависит от размеров колес. Испытания показывают, что такие автомобили способны преодолеть ров с прочными кромками шириной до 1... 1, 3 радиуса колеса (большие значения относятся к автомобилям со всеми ведущими колесами).

Для трехосных автомобилей с равномерным расположением мостов и четырехосных ширина преодолеваемого рва может быть значительной и определяется базой автомобиля, расстановкой колес и положением центра масс по длине.

Высота преодолеваемого автомобилем порогового препятствия зависит главным образом от размера колеса и жесткости кромки порога. Максимальная высота преодолеваемого неполноприводными автомобилями порога составляет 0, 3...0, 5 радиуса колеса, а полноприводными — 0, 5...0, 8.

Максимальная глубина преодолеваемого брода зависит от конструкции автомобиля. Лимитирующими элементами при твердом основании брода являются уровни расположения лопастей вентилятора, всасывающего патрубка, аккумулятора, генератора, системы зажигания, воздухосоединительных отверстий картеров механизмов трансмиссии. Для увеличения глубины преодолеваемого брода у автомобилей повышенной и высокой проходимости выходы всасывающих и выхлопных патрубков стремятся расположить высоко, вентилятор изготовляют с отключающимся приводом, а генератор, систему зажигания, картеры мостов и колесные тормоза — герметичными. При таком конструктивном выполнении автомобили могут преодолевать брод глубиной до 1, 6...1, 8 м.

Опорно-сцепная проходимость

Опорно-сцепная проходимость автомобиля зависит от эффективности использования несущих свойств грунта и определяется главным образом конструкцией движителя и трансмиссии автомобиля. Опорно-сцепная проходимость зависит также от формы корпуса, типа подвески, удельной мощности автомобиля и др.

Грунты и снег относятся к дисперсным средам, основным отличием которых от сплошных является то, что находящиеся в них твердые частицы не образуют сплошной массы, а занимают лишь часть объема. При этом прочность связи между отдельными частицами значительно меньше прочности материала этих частиц. При действии внешней нагрузки происходят перемещения, сдвиги отдельных твердых частиц относительно друг друга.

По составу различают минеральные грунты и грунты органического происхождения. Минеральные грунты подразделяются на ряд категорий. В основу такого деления положены размеры и соотношение частиц двух фракций: глинистой и песчаной. Классификация по этим признакам называется гранулометрической. В зависимости от относительного содержания глинистых и песчаных фракций минеральные грунты делятся на глины (содержание глинистых частиц по массе более 30%), суглинистые грунты — (10...30%), супесчаные (3...10 %) и песчаные (менее 3 %).

Грунты, состоящие из отложений частиц органического вещества, занимают особое место. К ним относятся различные виды торфяно-болотных и илистых грунтов, которые различаются по влажности, составу и происхождению.

Механические свойства грунтов в большой степени зависят от их влажности. При незначительном увлажнении связных грунтов вода находится в них в виде тонких пленок или заполняет тончайшие волосяные промежутки между частицами. В таком состоянии она малоподвижна, слабо испаряется и способствует повышению связности грунта.

С повышением содержания воды заполняются более крупные поры грунта и увеличивается толщина водяных пленок на его частицах. Превышение определенных пределов влажности, характерных для каждого грунта.

Опорно-сцепная проходимость

Основными параметрами шин, определяющими характер их взаимодействия с опорной поверхностью, являются наружный диаметр и форма поперечного сечения шины. Шины в зависимости от отношения ширины профиля к его высоте делят на четыре типа: тороидные, широкопрофильные, арочные, пневмокатки.

Тороидные шины с нерегулируемым давлением устанавливают обычно на дорожных автомобилях. Радиальная деформация их под номинальной нагрузкой не превышает 12... 15 % высоты профиля. Поэтому опорная площадь небольшая и соответственно давление относительно высокое. Рисунок протектора, как правило, дорожный, мелкий. Такие шины на деформируемых грунтах не обеспечивают высокой проходимости автомобиля.

В настоящее время изготовляют тороидные шины, способные работать при переменном давлении (шины с регулируемым давлением). Эти шины, установленные на автомобилях повышенной проходимости, обеспечивают их движение по грунтам со слабой несущей способностью.

Широкопрофильные шины первоначально создавались как специальные шины для автомобилей повышенной и высокой проходимости. При нормальном давлении воздуха опорная площадь у широкопрофильных шин на 30...35 % больше, чем у тороидных такой же грузоподъемности. При понижении давления опорная площадь увеличивается более чем в два раза. Рисунок протектора характерен для шин высокой проходимости. В последнее время широкопрофильные шины применяются также и для дорожных легковых и грузовых автомобилей. Такие шины работают при постоянном давлении воздуха в них. Рисунок протектора — дорожный.

Арочные шины имеют профиль в виде арки и сильно развитые грунтозацепы. Работают при постоянном давлении воздуха 0, 05...0, 15 МПа. Это позволяет обеспечить относительно низкое давление на грунт и хорошее сцепление колес. Скорость движения автомобилей по твердым дорогам ограничена. Такие шины применяют в основном как средство для повышения проходимости автомобилей в определенные сезоны года, устанавливая их вместо сдвоенных колес.

Пневмокатки — специальные шины, имеющие тонкую резинокордную оболочку и работающие при малом внутреннем давлении воздуха (0, 02...0, 1 МПа). Применяются только на специальных машинах, предназначенных для движения в особо трудных условиях.

Наиболее труднопроходимые для автомобиля грунтовые и заснеженные поверхности в первом приближении могут быть сведены к четырем видам, различным по физико-механическим свойствам и характеру взаимодействия с движителем: переувлажненный грунт, болото, сухой песок, снег.

Движение по переувлажненному грунту сопровождается образованием колеи, глубина которой оказывает непосредственное влияние на сопротивление качению. Из формулы следует, что глубина колеи зависит от диаметра колеса, ширины профиля и нагрузки на колесо. Этими параметрами определяется среднее давление колеса на грунт. Если бы шина была абсолютно эластичной, давление колеса на грунт определялось бы давлением воздуха в шине. Поскольку часть нагрузки передается через каркас шины, давление на грунт зависит от соотношения жесткости шины и грунта.

Если жесткость шины больше, чем жесткость грунта, она будет погружаться в грунт не деформируясь, т. е. пневматическая шина будет работать как жесткое колесо. Если же жесткость шины меньше жесткости грунта, шина деформируется. Это приведет к увеличению поверхности контакта шины с грунтом, уменьшению на него давления и сопротивления качению. На деформируемых грунтах площадь опорной поверхности может быть увеличена за счет увеличения ширины шины и ее диаметра и уменьшения давления воздуха в ней. Наиболее предпочтительным является увеличение диаметра колеса и снижение внутреннего давления в шине, так как с увеличением ее ширины растет объем деформируемого грунта и тем самым увеличивается сопротивление качению. Поскольку при уменьшении давления воздуха в шине площадь контакта растет в большей степени по длине, для повышения проходимости автомобиля целесообразно применять шины, давление воздуха в которых можно уменьшать при движении по деформируемым поверхностям.

Как следует из формулы, коэффициент сопротивления качению по деформируемым грунтам определяется гистерезисными потерями энергии в шине и затратами ее на перемещение и деформацию грунта. Минимальное сопротивление качению соответствует определенному давлению воздуха в шине. При увеличении давления воздуха в шине свыше этого значения сопротивление качению возрастает из-за увеличения глубины следа (колеи), а при уменьшении — из-за большой деформации шины.

Очевидно, что для каждого типа и состояния грунта может быть найдено оптимальное давление воздуха в шине, при котором сопротивление качению будет минимальным. Оптимальное давление обеспечивается при установке на автомобилях повышенной и высокой проходимости систем регулирования давления воздуха в шинах.

Возможность движения по деформируемым грунтам определяется также реализуемой окружной силой, максимальное значение которой по аналогии со случаем качения колеса по недеформируемой поверхности будем характеризовать коэффициентом сцепления.

При движении по связным грунтам коэффициент сцепления в значительной степени зависит от давления воздуха в шине, размеров и формы грунтозацепов. С уменьшением давления в шине увеличивается площадь контакта и большее число грунтозацепов вступает в работу. Форма грунтозацепов оказывает влияние на сцепление, самоочищаемость и эластичность шины.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒