Сили, що діють на автомобіль
гальмування автомобіля
стійкість автомобіля
керованість автомобіля
прохідність автомобіля
Автомобіль переміщається з певною швидкістю в результаті дії на нього рушійних сил і сил, чинять опір руху (рис. 1).
До силам, що перешкоджає руху автомобіля, відносяться: сили опору коченню РF , Опір, що створюється підйомом дороги Ра , Опір повітря Pw , Опір сил інерції рj . Для подолання цих сил автомобіль оснащений джерелом енергії - двигуном. Виникає в результаті роботи двигуна крутний момент передається через силову передачу і піввісь на провідні колеса автомобіля. Їх обертанню перешкоджає сила тертя, яка з'являється між колесами і поверхнею дороги.
Під час обертання провідні колеса створюють окружні сили, які діють на дорогу, прагнучи як би відштовхнути її назад. Дорога, в свою чергу, надає рівну протидію (дотичну реакцію) на колеса, що і викликає рух автомобіля.
Силу, яка призводить автомобіль в рух, називають силою тяги і позначають Ph. Зв'язок між цими величинами або граничне умова руху автомобіля, при якому забезпечується рівновага між силою тяги і силами опору руху, можна виразити формулою
Pk \u003d Pf ± Pa + Pw + Pj.
Це рівняння називається рівнянням тягового балансуі дозволяє встановити, як тягова сила розподіляється по різним видам опорів.
опір дороги
Опір коченню шини по дорозі є наслідком витрат енергії на гістерезисна (внутрішні) втрати в шині і на утворення колії (зовнішні) втрати. Крім того, частина енергії втрачається в результаті поверхневого тертя шин об дорогу, опору в підшипниках маточин ведених коліс і опору повітря ьращенію коліс. Зважаючи на складність обліку всіх факторів опір коченню коліс автомобіля оцінюють за сумарними витратами, вважаючи силу опору коченню зовнішньої по відношенню до автомобіля. При коченні еластичного колеса по твердій дорозі зовнішні втрати незначні. Шари нижній частині шини то стискаються, то розтягуються. Між окремими частинками шини виникає тертя, виділяється тепло, яке розсіюється, і робота, що витрачається на деформацію шини, що не повертається повністю при наступному відновленні форми шини. При коченні еластичного колеса деформації в передній частині шини зростають, а в задній - зменшуються.
Коли жорстке колесо котиться по м'якій деформируемой дорозі (грунт, сніг), втрати на деформацію шини практично відсутні і енергія витрачається лише на деформацію дороги. Колесо врізається в грунт, видавлює його в сторону, спресовуючи окремі частинки, утворюючи колію.
Коли ж деформується колесо котиться по м'якій дорозі, енергія витрачається на подолання як внутрішніх, так і зовнішніх втрат.
При коченні пружного колеса по м'якій дорозі деформація його менше, ніж при коченні по твердій дорозі, а деформація грунту менше, ніж при коченні жорсткого по тому ж грунту.
Величина сили опору коченню може бути визначена з формули
Pf \u003d Gf cos a,
Pf - сила опору коченню;
G - вага автомобіля;
а - кут, що характеризує крутизну підйому або спуску;
f - коефіцієнт опору коченню, який враховує дію сил деформації шин і покриття, а також тертя між ними в різних дорожніх умовах.
Величина коефіцієнта опору коченню коливається від 0,012 (асфальтобетонне покриття) до 0,3 (сухий пісок).
Мал. 1. Сили, що діють на автомобіль, що рухається
Опір підйому. Автомобільні дороги складаються з чергуються між собою підйомів і спусків і вкрай рідко мають горизонтальні ділянки великої довжини. Крутизну підйому характеризують величиною кута а (в градусах) або величиною ухилу дороги t, що представляє собою відношення перевищення Н до закладання В (див. Рис. 1):
i \u003d H / B \u003d tg a.
Вага автомобіля G, що рухається на підйомі, можна розкласти на дві-складові сили: G sina, спрямовану паралельно дорозі, і Gcosa, перпендикулярну до дороги. Силу G sin a називають силою опору підйому і позначають Ра.
На автомобільних дорогах з твердим покриттям кути підйому невеликі і не перевищують 4 - 5 °. Для таких малих кутів можна вважати
i \u003d tg a ~ sin а, тоді Ра - G sin а \u003d Gi.
При русі на спуску сила Ра має протилежний зміст і діє як рушійна сила. Кут а й ухил i вважають позитивними на підйомі і негативними при русі на спуску.
У сучасних автомобільних доріг немає чітко виражених ділянок з постійним ухилом; їх поздовжній профіль має плавні обриси. На таких дорогах ухил і сила Р безперервно змінюються в процесі руху автомобіля.
Опір нерівностей.Жодне дорожнє покриття не є абсолютно рівним. Навіть нові цементобетонні і асфальтобетонні покриття мають нерівності висотою до 1 см. Під дією динамічних навантажень нерівності швидко збільшуються, зменшуючи швидкість автомобіля, скорочуючи термін його служби і збільшуючи витрату палива. Нерівності створюють додатковий опір руху.
При попаданні колеса в довгу западину воно ударяється об її дно і підкидається вгору. Після сильного удару колесо може відокремитися від покриття і знову вдаритися (вже з меншою висоти), здійснюючи затухаючі коливання. Переїзд через короткі западини і виступи пов'язаний з додатковою деформацією шини під дією сили, що виникає при ударі об виступ нерівності. Таким чином, рух автомобіля по нерівностях дороги супроводжується безперервними ударами коліс і коливаннями осей і кузова. В результаті відбувається додаткове розсіювання енергії в шині і деталях підвіски, що досягає іноді значних величин.
Додаткове опір, що викликається неровкостямі дороги, враховують, умовно збільшуючи коефіцієнт опору коченню.
Величини коефіцієнта опору коченню f і ухилу i в сукупності характеризують якість дороги. Тому часто говорять про силі опору дороги Р, що дорівнює сумі сил РF і Ра:
Р \u003d Pf -f Ра \u003d G (f cos а -f sin а) ~ G (f + i).
Вираз, що стоїть в дужках, називають коефіцієнтом опору дорогиі позначають буквою Ф. Тоді сила опору дороги
Р \u003d G (f cos a -f sin а) \u003d G ф.
Опір повітря.При русі автомобіля на нього чинить опір і повітряне середовище. Витрати потужності на подолання опору повітря складаються з наступних величин:
Лобового опору, що з'являється в результаті різниці тисків спереду і ззаду автомобіля, що рухається (близько 55 - 60% всього опору повітря);
Опору, створюваного виступаючими частинами: підніжками, крилами, номерним знаком (12 - 18%);
Опору, що виникає при проходженні повітря через радіатор і підкапотний простір (10-15%);
Тертя зовнішніх поверхонь про довколишні шари повітря (8 - 10%);
Опору, викликаного різницею тисків зверху і знизу автомобіля (5 - 8%).
При збільшенні швидкості руху збільшується і опір повітря.
Причепи викликають збільшення сили опору повітря внаслідок значного завихрення повітряних потоків між тягачем і причепом, а також через збільшення зовнішньої поверхні тертя. В середньому можна прийняти, що застосування кожного причепа збільшує цей опір на 25% в порівнянні з одиночним автомобілем.
сила інерції
Крім сил опору дороги і повітря вплив на рух автомобіля надають сили інерції Р). Будь-яке зміна швидкості руху супроводжується подоланням сили інерції, і її величина тим більше, чим більше мешкаючи м, аееа автомобіля:
Час рівномірного руху автомобіля зазвичай мало в порівнянні із загальним часом його роботи. Так, наприклад, при роботі в містах автомобілі рухаються рівномірно 15 - 25% часу. Від 30% до 45% часу займає прискорений рух автомобіля і 30 - 40% - рух накатом і гальмування. При рушанні з місця і збільшення швидкості автомобіль рухається з прискоренням - його швидкість при цьому нерівномірна. чим швидше автомобіль збільшує швидкість, тим більше прискорення автомобіля. Прискорення показує, як за кожну секунду зростає швидкість автомобіля. Практично прискорення автомобіля досягає 1 - 2 м / с2. Це означає, що за кожну секунду швидкість буде зростати на 1 - 2 м / с.
Сила інерції змінюється в процесі руху автомобіля відповідно до зміни прискорення. Для подолання сили інерції витрачається частина тягової сили. Однак в тих випадках, коли автомобіль рухається накатом після попереднього розгону або при гальмуванні, сила інерції діє у напрямку руху автомобіля, виконуючи роль рушійної сили. Беручи це до уваги, деякі важкопрохідні ділянки шляху можна долати з попередніми розгоном автомобіля.
Величина сили опору розгону залежить від прискорення руху. Чим швидше розганяється автомобіль, тим більшою стає ця сила. Її величина змінюється навіть при рушанні з місця. Якщо автомобіль рушає плавно, то сила ця майже відсутня, а при різкому рушанні вона може навіть перевищити тягову силу. Це призведе або до зупинки автомобіля, або до буксування коліс (в разі недостатньої величини коефіцієнта зчеплення).
В процесі роботи автомобіля безперервно змінюються умови руху: тип і стан покриття, величина і напрямок ухилів, сила і напрям вітру. Це призводить до зміни швидкості автомобіля. Навіть в найбільш сприятливих умовах (рух по вдосконаленим автомагістралях поза містами і населених пунктів) Швидкість автомобіля і тягова сила рідко залишаються незмінними в, протягом тривалого часу. На средней.скорості руху (визначається як відношення пройденого шляху до часу, витраченому на проходження цього шляху з урахуванням часу зупинок в дорозі) позначається крім сил опору вплив вельми великої кількості факторів. До них відносяться: ширина проїжджої частини, інтенсивність руху, освітленість дороги, метеорологічні умови (туман, дощ), наявність небезпечних зон (залізничні переїзди, скупчення пішоходів), стан автомобіля і т. Д.
У складних дорожніх умовах може статися так, що сума всіх сил опору перевищить тягову силу, тоді рух автомобіля буде уповільненим і він може зупинитися, якщо водій не вживе необхідних заходів.
Зчеплення колеса автомобіля з дорогою
Для того щоб нерухомий автомобіль привести в рух, однією сили тяги недостатньо. Необхідно ще тертя між колесами і дорогою. Інакше кажучи, автомобіль може рухатися лише за умови зчеплення ведучих коліс з поверхнею дороги. У свою чергу, сила зчеплення залежить від зчіпного ваги автомобіля Gv, т. Е. Вертикального навантаження на провідні колеса. Чим більше вертикальне навантаження, тим більше сила зчеплення:
Pсц \u003d ФGk,
де Pсц - сила зчеплення коліс з дорогою, кгс; Ф - коефіцієнт зчеплення; GK - зчіпний вагу, кгс. Умова руху без буксування коліс
Рk< Рсц,
т. е. якщо тягова сила менше сили зчеплення, то провідне колесо котиться без буксування. Якщо ж до ведучих коліс прикладена тягова сила, більша, ніж сила зчеплення, то автомобіль може рухатися тільки з пробуксовкою ведучих коліс.
Коефіцієнт зчеплення залежить від типу і стану покриття. На дорогах з твердим покриттям величина коефіцієнта зчеплення обумовлена \u200b\u200bголовним чином тертям ковзання між шиною і дорогою і взаємодією частинок протектора і мнкронеровностей покриття. При змочуванні твердого покриття коефіцієнт зчеплення зменшується дуже помітно, що пояснюється утворенням плівки з шару частинок грунту і води. Плівка розділяє тертьові поверхні, послаблюючи взаємодію шини і покриття і зменшуючи коефіцієнт зчеплення. При ковзанні шини по дорозі в зоні контакту можливе утворення елементарних гідродинамічних клинів, що викликають підведення елементів шини над мікровиступів покриття. Безпосередній контакт шини і дороги в цих місцях замінюється рідинним тертям, при якому коефіцієнт зчеплення мінімальний.
На деформуються дорогах коефіцієнт зчеплення залежить від опору грунту зрізу і величини внутрішнього тертя в грунті. Виступи протектора провідного колеса, занурюючись в грунт, деформують і ущільнюють його, що викликає збільшення опору зрізу. Однак після деякої межі починається руйнування грунту, і коефіцієнт зчеплення зменшується.
На величину коефіцієнта зчеплення впливає також малюнок протектора шини. Шини легкових автомобілів мають протектор з дрібним малюнком, що забезпечує хороше зчеплення на твердих покриттях. Шини вантажних автомобілів мають великий малюнок протектора з широкими і високими виступами-грунтозацепа-ми. Під час руху грунтозачепи врізаються в грунт, покращуючи прохідність автомобіля. Стирання виступів в процесі експлуатації погіршує зчеплення шини з дорогою.
При збільшенні внутрішнього тиску в шині коефіцієнт зчеплення спочатку збільшується, а потім зменшується. Максимальне значення коефіцієнта зчеплення відповідає приблизно величині тиску, рекомендованого для даної шини.
При повному ковзанні шини по дорозі (буксування ведучих коліс або юз гальмують коліс) величина ф може бути на 10 - 25% менше максимальної. Коефіцієнт поперечного зчеплення залежить від тих же факторів, і його зазвичай приймають рівним 0,7Ф. Середні значення коефіцієнта зчеплення коливаються в широких межах від 0,1 (обмерзлій покриття) до 0,8 (сухе асфальто- і цементобетонне покриття).
Зчеплення шин з дорогою має першорядне значення для безпеки руху, так як воно обмежує можливість інтенсивного гальмування і стійкого руху автомобіля без поперечного ковзання.
Недостатня величина коефіцієнта зчеплення є причиною в середньому 16%, а в несприятливі періоди року - до 70% дорожньо-транспортних пригод від загального їх числа. Міжнародною комісією по боротьбі зі скользкостью дорожніх покриттів встановлено, що величина коефіцієнта зчеплення за умовами безпеки руху не повинна бути менше 0,4.
Гальмування АВТОМОБІЛЯ
надійні і ефективні гальма дозволяють водієві впевнено вести автомобіль з великою швидкістю і в той же час забезпечують необхідну безпеку руху.
У процесі гальмування кінетична енергія автомобіля переходить в роботу тертя між фрикційними накладками колодок і гальмівними барабанами, а також між шинами і дорогою (рис. 2).
Величина гальмівного моменту, що розвивається гальмівним механізмом, залежить від його конструкції і тиску в приводі. Для найбільш поширених типів гальмівних приводів, гідравлічного і пневматичного, сила натискання на колодку прямо пропорційна тиску, що розвивається в приводі при гальмуванні.
гальма сучасних автомобілів можуть розвивати момент, що значно перевищує момент сили зчеплення шини з дорогою. Тому дуже часто в практиці спостерігається юз, коли при інтенсивному гальмуванні колеса автомобіля блокуються і ковзають по дорозі, не обертаючись. До блокування колеса між гальмівними накладками і барабанами діє сила тертя ковзання, а в зоні контакту шини з дорогою - сила тертя спокою. Після блокування, навпаки, між поверхнями, що труться гальма діє сила тертя спокою, а в зоні контакту шини з дорогою - сила тертя ковзання. При блокуванні колеса витрати енергії на тертя в гальмі і на кочення припиняються і майже все тепло, еквівалентну поглинається кінетичної енергії автомобіля, виділяється в місці контакту шини з дорогою. Підвищення температури шини призводить до розм'якшення гуми і зменшення коефіцієнта зчеплення. Тому найбільша ефективність гальмування досягається в разі кочення колеса на межі блокування.
При одночасному гальмуванні двигуном і гальмами досягнення величини сили зчеплення на провідних колесах відбувається при меншій силі натискання на педаль, ніж при гальмуванні тільки гальмами. Тривале гальмування (наприклад, під час руху на затяжних спусках) В результаті нагрівання гальмівних барабанів різко зменшує коефіцієнт тертя фрикційних накладок, а отже, і гальмівний момент. Таким чином, гальмування з неот'едіненним двигуном, що застосовується в якості додаткового способу зменшення швидкості, дозволяє збільшити термін служби гальм. Крім того, при гальмуванні з неот'едіненним двигуном збільшується поперечна стійкість автомобіля.
Мал. 2. Сили, що діють на колесо автомобіля при гальмуванні
Розрізняють екстрене і службове гальмування.
службовимназивається гальмування для зупинки автомобіля або зниження швидкості руху в заздалегідь призначеному водієм місці. Зниження швидкості в цьому випадку здійснюється плавно, частіше комбінованим гальмуванням.
екстренимназивається гальмування, яке проводиться з метою запобігання наїзду на несподівано з'явилося або помічене перешкоду (предмет, автомобіль, пішохід та ін.). Це гальмування може бути охарактеризоване зупинним шляхом і гальмівним шляхом автомобіля.
під зупинним шляхомрозуміють відстань, яке пройде автомобіль від моменту виявлення водієм небезпеки до моменту зупинки автомобіля.
гальмівним шляхомназивають частину зупинкового шляху, який пройде автомобіль з моменту початку гальмування коліс до повної зупинки автомобіля.
Загальний час t0, необхідне для зупинки автомобіля з моменту виникнення перешкоди ( «зупиночних час»), можна представити у вигляді суми декількох складових:
t0 \u003d tр + tпр + tу + tT,
де tр - час реакції водія, с;
tпр - час між початком натискання на гальмівну педаль і початком дії гальм, с;
tу - час збільшення уповільнення, с;
tT - час повного гальмування, с.
суму tnp + ty часто називають часом спрацьовування гальмівного приводу.
Автомобіль протягом кожного зі складових інтервалів часу проходить певний шлях, і їх сума є зупинним шляхом (рис. 3):
S0 \u003d S1 + S2 + S3, м,
де S1, S2, S3 - відповідно шляху, пройдені автомобілем за час tр, tпр + tу, tт.
За час tр водій усвідомлює необхідність гальмування і переносить ногу з педалі подачі палива на педаль гальма. Час tр залежить від кваліфікації водія, його -возраст, стомлюваності і інших суб'єктивних чинників. Воно коливається від 0,2 до 1,5 с і більше. При розрахунках звичайно приймають tр \u003d 0,8 с.
Час tnp необхідно для вибирання зазорів і переміщення всіх деталей приводу (педалі, поршнів гальмівних циліндрів або діафрагми гальмівних камер, гальмівних колодок). Цей час залежить від конструкції гальмівного приводу і його технічного стану.
Мал. 3. Шлях гальмування і дистанція безпеки автомобіля
В середньому для справного гідравлічного приводу можна прийняти tпp \u003d 0,2 с, а для пневматичного - 0,6 с, У автопоїздів з пневматичним приводом гальм час tпр може досягати 2 с. Відрізок tу характеризує час поступового збільшення уповільнення від нуля (початок дії гальм) до максимального значення. Це час складає в середньому 0,5 с.
Протягом часу tp + tпp автомобіль рухається рівномірно з початковою швидкістю Vа. За час tу швидкість трохи зменшується. Протягом временя tт уповільнення зберігається приблизно постійним. У момент зупинки автомобіля уповільнення зменшується до нуля практично миттєво.
Зупинний шлях автомобіля без урахування сили опору дороги можна визначити за формулою
S \u003d (t * V0 / 3.6) + kе (Va2 / 254Фх)
де S0 - зупинний шлях, м;
VA - швидкість руху автомобіля в початковий момент гальмування, км / год;
kе - коефіцієнт ефективності гальмування, який показує, у скільки разів дійсне уповільнення автомобіля менше теоретичного, максимально можливого на даній дорозі. для легкових автомобілів kе ~ 1,2, для вантажних автомобілів і автобусів kе ~ 1,3 - 1,4;
ФГ - коефіцієнт зчеплення шин з дорогою,
t \u003d tр + tпр + 0,5tу.
Вираз kе \u003d V2 / (254 ух) - являє гальмівний шлях, величина якого, як це видно з формули, пропорційна квадрату швидкості, з якою рухався автомобіль перед початком гальмування. Тому при збільшенні швидкості руху вдвічі, наприклад, з 20 до 40 км / год, гальмівний шлях збільшиться в 4 рази.
Нормативи ефективності дії ножного гальма автомобілів в умовах експлуатації наведені в табл. 1 (початкова швидкість гальмування 30 км / ч).
При гальмуванні на снігових і слизьких дорогах гальмівні сили всіх коліс автомобіля досягають значення сили зчеплення практично одночасно. Тому при Фх<0,4 следует принимать кэ= 1 для всех автомобилей.
Відомо, що для забезпечення руху тягове зусилля повинне бути більшим, ніж сумарний опір руху автомобіля.
Горизонтальна сила Рк (тягове зусилля), що виникає внаслідок дії на колесо обертального моменту Мвр в зоні його контакту з покриттям, спрямована в бік, зворотний руху (див. Рис.5.1).
Сила Рк викликає горизонтальну силу реакції Т, що представляє собою силу тертя (зчеплення) колеса з покриттям в зоні їх взаємодії, при цьому Т \u003d Рк.
Рис.5.1. Умова можливого руху автомобіля
Але колесу доводиться долати ще опір коченню. Сила опору коченню Pf визначається за відомою залежністю:,
де Gk - зусилля, що передається на провідне колесо, Gk \u003d (0,65: 0,7) G - для вантажних автомобілів і (0,5: 0,55) G - для легкових, де G - вага автомобіля; - коефіцієнт опору коченню.
де а - відстань від вертикальної осі колеса до місця розташування реакції R від ваги Gк, переданого на колесо; - радіус кочення пневматичного колеса; \u003d Λ * r, де r - радіус недеформованого колеса, λ - коефіцієнт зменшення радіуса колеса в залежності від жорстокості шин (λ \u003d 0,93 - 0,96).
Встановлено, що практично значення залишається постійним до швидкості V \u003d 50 км / год і знаходиться в залежності від типу покриття в межах \u003d (0,01-0,06). При збільшенні швидкості зростає, тому що при наїзді колеса на нерівності кінетична енергія, прямо пропорційна V², витрачається в значно більшій стпені на подолання цих перешкод.
При V\u003e 50 км / год f визначається по залежності
V-,
де - коефіцієнт опору коченню при V до 50 км / год.
Використовуючи положення теоретичної механіки і рис. 5.1, можна записати: Т \u003d Рк -
Т \u003d Рк - Т \u003d Рк - (5.4)
Очевидно, що рух автомобіля можливо при Т\u003e Рк.
Найбільше значення сили тертя, а значить, і тягового зусилля, визначається по залежності Тmах \u003d φ ∙ Gсц, де φ - коефіцієнт зчеплення; Gсц зчіпний вагу автомобіля, який передається на провідне колесо.
Природно, сила тертя (зчеплення) досягає найбільшої величини (при одному і тому ж зчіпному вазі, переданому на колесо) при максимальному значенні коефіцієнта зчеплення φ.
Коефіцієнт зчеплення є змінною величиною і залежить від багатьох факторів (стану покриття проїжджої частини, режиму гальмування, наявності бічних сил, тиску в шині, малюнка протектора, швидкості та ін.). φ змінюється в широких межах (φ \u003d 0,1-0,7) і тому його лише умовно можна розглядати як параметр, однозначно характеризує покриття.
Максимально можливе значення φmax ведучих коліс з покриттям в даних умовах відповідає моменту, що передує початку їх буксування, а гальмують коліс - переходу від гальмування тертя гальмівних колодок про барабан до ковзання по покриттю заблокованих коліс юзом.
Розрізняють коефіцієнт поздовжнього зчеплення φ1, відповідний початку проковзування або буксування колеса при кочення або гальмуванні без бічної сили Yk; і коефіцієнт поперечного зчеплення φ2 - поперечна складова коефіцієнта зчеплення, що виникає при зміщенні котиться ведучого колеса під кутом до площини руху під впливом бічного зусилля Yk, коли колесо, обертаючись, ковзає убік.
Коефіцієнт поперечного зчеплення φ2 використовується для оцінки стійкості автомобілів проти заносу під час руху по горизонтальних кривих, коли на автомобіль діє поперечна відцентрова сила; φ2≈ (0,85-0,9) φ1.
Коефіцієнт зчеплення є найважливішою характеристикою транспортно-експлуатаційних якостей автомобільної дороги. Від φ залежить не тільки можливість реалізації тягової сили автомобіля, але і стійкість автомобіля проти заносу на кривих, можливість своєчасної зупинки автомобіля перед перешкодою або пішоходом. Недостатнє зчеплення шини з колесом з покриттям часто є першопричиною дорожньо-транспортних пригод (ДТП). Встановлено, що підвищення коефіцієнта зчеплення в 2 рази дозволяє зменшити число ДТП в 1,5 рази.
На значення коефіцієнтів зчеплення впливає багато факторів. Встановлено, що на значення коефіцієнта зчеплення більший вплив робить стан дорожнього покриття, ніж його тип. Це пов'язано
з тим, що в ідеальних умовах при будь-яких покриттях тверді виступи мінеральних часток вдавлюються в шину і тому колесо може прослизнути переважно в результаті деформації гуми протектора.
У міру зношування покриттів їх шорсткість зменшується, а отже, зменшується і їх зчеплення з колесом. Коефіцієнт зчеплення найбільш стійкий у цементобетонних покриттів в сухому стані при тривалості їх служби до 10-12 років, у асфальтобетонних - 5-8 років. При зносі (стирання) покриттів на 50-60% коефіцієнт зчеплення зменшується на 30-40%. Інакше кажучи, з плином часу коефіцієнт зчеплення знижується.
Коефіцієнт зчеплення залежить: від матеріалу, з якого виготовлена \u200b\u200bшина (найбільший коефіцієнт зчеплення забезпечують шини, виготовлені з високогістерезісних гум); типу малюнка протектора шин (на вологому покритті шини з малюнком протектора, що має більшу розчленованість, забезпечують більш високий коефіцієнт зчеплення); ступеня зносу протектора шини (при повному стиранні малюнка протектора коефіцієнт зчеплення знижується на 35-45%, а на вологих і брудних покриттях приблизно ще на 20-25%).
Коефіцієнт зчеплення знижується внаслідок наявності на покритті бруду, пилу, продуктів зносу шин і т.п., бо ними заповнюються западини поверхонь покриття протекторів шин, що зменшує їх шорсткість.
Дослідження показали, що коефіцієнт зчеплення зменшується зі збільшенням швидкості. Це обумовлено тим, що при високих швидкостях руху шина не встигає повністю деформуватися, так як тривалість контакту з покриттям для цього недостатня, а отже, нерівності покриття вдавлюються в шину на меншу глибину. На сухих покриттях зниження коефіцієнта зчеплення зі збільшенням швидкості менш відчутно.
Волога, змочуючи зону контакту між шиною і покриттям, діє як мастило, що розділяє шорсткі поверхні (покриття і колеса), знижуючи коефіцієнт зчеплення. При шарі води на покритті товщиною в кілька міліметрів і сильному зносі шин і швидкості, близької до 100 км / год, може виникнути явище аквапланування, коли утворюється між шиною і покриттям водяний клин, що створює гідродинамічну піднімальну силу, різко знижує тиск колеса на дорогу, внаслідок цього контакт передніх коліс з покриттям може повністю припинитися з втратою керованості автомобіля.
При наявності на покритті бруду і т.д. φ сильно змінюється під час дощу. У перший період дощу утворюється порівняно густа плівка бруду, яка грає роль мастила, що зменшує коефіцієнт зчеплення. Поступово мастило розріджується, частково змивається дощем і коефіцієнт зчеплення починає зростати, проте не досягаючи значення φ на сухому покритті.
В цілому коефіцієнт зчеплення змінюється в широких межах протягом року в зв'язку зі зміною кліматичних умов. Природно, що φ найбільш високий влітку і знижується взимку. Тому в зимовий період проводять різні заходи, що підвищують коефіцієнт зчеплення (очищення дорожніх покриттів від снігу, льоду, усунення ожеледі і слизькості покриттів шляхом посипання піском, шлаками, протиожеледними сумішами та ін.).
При рівномірному русі прискорення немає, отже, динамічний фактор по тязі D рівний коефіцієнту сумарного опору дороги ψ, тобто D \u003d ψ \u003d f до + i.
Тобто, користуючись динамічною характеристикою при відомому коефіцієнті опору коченню коліс f до можна знайти величину подоланого підйому iпри рівномірному русі автомобіля з повним навантаженням.
Згідно завдання ψ \u003d 0,082, при русі по дорозі V категорії приймаємо f к \u003d 0,03.
Тоді для рівномірного руху величина граничного кута підйому:
α max \u003d arctg (D max - f к), град.
Обчислення за цією формулою проводяться без урахування дії на автомобіль сили аеродинамічного опору, оскільки при подоланні максимально можливих підйомів швидкість руху автомобіля не велика.
| КамАЗ | Mercedes | |
| Dmax | 0,489 | 0,435 |
| fk | 0,03 | 0,03 |
| α |
Рух без буксування можливо при дотриманні умови:
D з \u003d a ∙ φ х ∙ cos α max / (L-hд ∙ (φ х + f к)) ≥ D max.
D з - динамічний фактор по зчепленню
а- відстань від центру мас до задньої осі автомобіля
α max - граничний кут подоланого підйому
L- колісна база автомобіля (тому що колісна формула КамАЗа 6 * 4, то за L приймаю відстань від передньої осі до осі балансира)
Hд- висота центру ваги
f к - коефіцієнт опору коченню
Hд \u003d 1/3 * hд, де hд- габаритна висота
а \u003d m 2 / m a * L, де m 2 -вага автомобіля припадає на задню вісь (Задній візок), m a -повний вага автомобіля.
Згідно з завданням коефіцієнт зчеплення коліс з дорогою φ х \u003d 0,2 .Для автомобіля КамАЗ:
a \u003d 125000/19350 * 3,85 \u003d 2,48м
Hд \u003d 1/3 * 2,960 \u003d 0,99
D з \u003d 2,48 * 0,2 * cos 25 ° / (3,85-0,99 * (0,2 + 0,03)) \u003d 0,124< D max = 0,489.
для автомобіля Mercedes:
A \u003d 115000/200000 * 4.2 \u003d 2,42м
Hд \u003d 1/3 * 2,938 \u003d 0,98м
D з \u003d 2,42 * 0,2 * cos 22 ° / (4.2-0,98 (0,2 + 0,03)) \u003d 0,113 Звернувшись до динамічного паспорту автомобіля, побачимо, що оскільки D сц Висновок: При заданому значенні φ х \u003d 0,2 на дорозі з граничними кутами підйому і повному навантаженні автомобілі рухаються з пробуксовкою ведучих коліс. Розрахунок в цій роботі граничних кутів подоланих підйомів автомобіля дозволяє зробити висновок, що величина цих кутів залежить, перш за все, від трьох чинників: маси автомобіля, величини тягової сили і величини коефіцієнта опору коченню коліс. 10. Визначення граничної сили тяги на гаку на всіх передачах і перевірка можливості руху за умови буксування по дорозі ψ \u003d 0,11і φ х \u003d 0,6, Визначення нижчої передачі на котрой автомобіль буде рухатися без буксування на вказаній дорозі. Сила тяги на гаку характеризує здатність автомобіля до буксирування причіпних ланок. Величина граничної сили тяги на гаку автомобіля визначається за формулою: де - гранична сила тяги на гаку, Н; - максимальна тягова сила на передачу, Н; - сила опору повітря, відповідна режиму руху з максимальною тягової силою, Н; - сила загального дорожнього опору, Н. Для перевірки можливості руху автомобіля за умовою буксування необхідно визначити силу зчеплення ведучих коліс з дорогою і порівняти отримане значення з граничним значенням сили тяги на гаку для кожної передачі. P т.сц \u003d m 2 ∙ L ∙ φ х / (a-hд ∙ (φ х + f к)) - сила тяги по зчепленню. Приклад розрахунку для автомобіля КамАЗ: 1 передача: 84,147кН; \u003d 0,007кН; \u003d 28,5кН. 84,147-0,007-28,5 \u003d 55,64кН 2 передача: 43,365кН; \u003d 0,0254кН; \u003d 28,5кН. 43,365-0,0254-28,5 \u003d 14,84кН 3 передача: 35,402кН; \u003d 0,0382кН; \u003d 28,5кН. 35,402-0,0382-28,5 \u003d 6,86кН P т.сц \u003d 125000 * 3,85 * 0,6 / (2,48-0,98 * (0,6 + 0,02)) \u003d 151,1кН Приклад розрахунку для автомобіля MERCEDES: 1 передача: 97,823кН; \u003d 0,005кН; \u003d 29,43кН. 97,823-0,005-29,43 \u003d 68,388кН 2 передача: 55,59кН; \u003d 0,0169кН; \u003d 29,43кН. 55,59кН -0,0169-29,43 \u003d 26,14кН 3 передача: 33,491кН; \u003d 0,0464кН; \u003d 29,43кН. 33,491-0,0464-29,43 \u003d 4,01кН P т.сц \u003d 115000 * 4,2 * 0,6 / (2,42-0,98 * (0,6 + 0,02)) \u003d 159,9кН На підставі того, що на будь-яких передачах, то можна сказати, що при русі автомобіля не спостерігається проковзування ведучих коліс. Порівняльна таблиця отриманих оціночних параметрів тягово-швидкісних властивостей, укладення. Висновок: В даному розділі було проведено дослідження тягово-швидкісних властивостей двох автомобілів практично однаковою потужністю. Незважаючи на те, що двигун MERCEDES має однакову потужністю, а сам автомобіль MERCEDES, в цілому, важче, високий момент на середніх оборотах і підвищений передавальне число трансмісії дозволяють йому перевершити автомобіль КамАЗ по тяговим властивостям і развиваемому зусиллю на гаку. У автомобіля КамАЗ більше максимальна швидкість, усореніе. У свою чергу, автомобіль, MERCEDES здатний долати більш круті підйоми, що робить його незамінним на важкопрохідних ділянках. Фізичні процеси в зоні контакту ведучого тракторного і автомобільного колеса з дорогою однакові. Однак на відміну від автомобіля трактор - це тягова машина. Тракторне колесо навантажено великим провідним моментом, ніж автомобільне, і працює на с / г фонах, що істотно відрізняються від дорожніх умов. Тому процес буксування тракторного колеса - норма, а не виняток. За час повороту колеса на кут βк при відсутності деформацій зминання і зсуву ґрунту шлях, пройдений колесом, повинен бути дорівнює відстані LП між почвозацепамі. Однак внаслідок деформації грунту реальний шлях SП менше теоретичного на ΔSmax. Ось колеса поряд з рухом вперед як би переміститься назад (в сторону, протилежну своєму руху) на величину, рівну деформації зсуву ґрунту ΔSmax під останнім почвозацепом. У цьому полягає фізична суть буксування: Δ \u003d (Ln-Sn) / Ln \u003d ΔSmax / Ln .. Буксування (як кінематичний фактор) оцінюють за коефіцієнтом буксування, який визначають як відношення величини зниження швидкості до можливого її теоретичного значенням в% або частках: δ \u003d (vт - Vк) / vт або Vк \u003d vт (1-δ), де vт, vк- теоритическая і дійсна швидкості поступального руху колеса. ККД буксування ηδ: ηδ \u003d Vк / vт; δ \u003d (vт- Vк) / vт \u003d 1 ηδ. Теоретично буксування виникає з початком руху трактора, коли на колесі з'являється ведучий момент і дотична сила тяги Pк. Експериментальне визначення буксування рушіїв трактора полягає в тому, щоб на вимірному ділянці поля зіставити сумарне число оборотів провідних коліс при русі трактора на холостому ходу nк.х і під навантаженням nк. Навантаження на гаку слід задавати східчасто від мінімального значення до значення, при якому відбувається інтенсивне буксування коліс. Так як шлях у всіх випадках однаковий, то буксування можна знайти із співвідношення сумарних чисел оборотів провідних коліс при русі трактора без навантаження і з навантаженням на гаку, т.е.δ \u003d (1 nк.х / nк) 100%. Число оборотів провідних коліс вимірюють в процесі тягових випробувань, що регламентуються ГОСТ 7057-81. Так як шлях, пройдений в кожному досвіді, може бути різний, то формула для визначення буксування має вигляд δ \u003d 100%, де nк.х, n˝к.х - сумарне число обертів відповідно лівого і правого провідних коліс трактора при русі без навантаження на шляху Sк.х; nк, n˝к - сумарне число обертів відповідно лівого і правого провідних коліс на шляху Sк при русі трактора під навантаженням. Слід зазначити, що цей метод визначення буксування, повсюдно використовується в якості стандартного, некоректне. У ньому прийняті такі припущення: при русі без навантаження буксування ведучих коліс відсутня; радіус ведучих коліс не залежить від навантаження на гаку трактора та інших умов випробувань. Однак похибка прийнятих припущень мала, тому при експлуатаційної оцінці трактора нею нехтують.
КамАЗ Mercedes
Зовнішня швидкісна характеристика N e max \u003d 183кВт (2100) M e max \u003d 989Нм (1300) N e max \u003d 180кВт (2100) M e max \u003d 972Нм (1100)
Висновок: Автомобіль КамАЗ могутніше ніж Mercedes, що видно з зовнішньої швидкісної характеристики, а також у нього більший крутний момент.
Тяговий і мощностной баланс Максимальна тягова сила у автомобіля КамАЗ P т max \u003d 84,147Н. У точці, де перетинається графік Pт і (Рд + Рв), тобто Рт \u003d Рд + Рм, швидкість максимальна при даних умовах руху V max МАЗ \u003d 5,22м / с (на третій передачі). Максимальна тягова сила у автомобіля Mercedes P т max \u003d 97,823Н. У точці, де перетинається графік Pт і (Рд + Рв), тобто Рт \u003d Рд + Рм, швидкість максимальна при даних умовах руху, V maxMerc \u003d 5,2 м / с (на третій передачі).
Висновок: Виходячи з графіків тягового і мощностного балансів, можна відзначити, що на однакових передачах при русі на одних і тих же швидкостях, автомобіль Mercedes має велику максимальну тягову силу і тягову потужність, і більший запас тягової сили і потужності, яка може бути використана на розгін автомобіля, подолання сил опору руху, буксирування причепа і ін .. Отже автомобіль Mercedes має кращі тягові властивості. Це пов'язано ще і з тим, що ККД трансмісії більше у автомобіля Mercedes, т.к у даного авто один ведучий міст.
динамічний паспорт D max \u003d 0,435 відповідна йому швидкість V \u003d 1,149м / с D max \u003d 0,489 відповідна йому швидкість V \u003d 1,029м / с
Висновок: Динамічний фактор у а / м Mercedes більше, ніж у КамАЗ, тому що тягова сила прямопропорційна йому. Тягові властивості автомобіля Mercedes краще, ніж у КамАЗа т.к максимально долає автомобілем Mercedes дорожнє опір більше ніж у КамАЗа
Прискорення, час і шлях розгону Максимальне прискорення j a \u003d 0,638 м / с 2. Максимальне прискорення j a \u003d 0,533 м / с 2
Час і шлях розгону на шляху: 400м 1000м t \u003d 90 сек t \u003d 205сек t \u003d 121сек t \u003d 226сек
Висновок: А / м Mercedes витрачає на розгін більше часу, ніж КамАЗ, тому що прискорюється він повільніше. Відстань, пройдена при розгоні, у а / м Mercedes так само більше. Т.ч. прийомистість автомобіля КамАЗ краще ніж у Mercedes. Однак, не можна точно судити про те, який з автомобілів має кращу прийомистість, тому що методи визначення параметрів приблизні і можуть істотно відрізнятися від реальних даних.
Граничний кут підйому і перевірка можливості руху за умовою буксування Граничний кут підйому \u003d 25º Граничний кут підйому \u003d 22º
Висновок: Подоланні автомобілями підйоми в заданих умовах різні. Максимальний кут подоланого підйому у автомобіля КамАЗ більше ніж у Mercedes. При перевірці на умова буксування бачимо, що автомобілі будуть рухатися без пробуксовки. Автомобілі можуть рухатися без буксування по даній дорозі на всіх швидкостях (які використовуються на дорозі даної категорії)
