Воздействие колес автомобилей на дорожную одежду

На автомобильных дорогах подвижной состав состоит в ос­новном из автомобилей различных марок. Движение подвижно- то состава на гусеничном ходу или жестких шинах обычно огра­ничивается и выносится на специально выделенную для этой цели полосу. Автомобиль взаимодействует с дорогой через коле­са на пневматических шинах. Отечественная промышленность выпускает шины высокого давления 6—9 кгс/см² (для некоторых типов тяжелых автомобилей), среднего — 3—6 кгс/см² и низко­го давления 1,75—5 кгс/см².

Колесо автомобиля соприкасается с поверхностью покрытия по относительно малой площадке — следу. След колеса можно принять за эллипс с соотношением осей от 1:1,5 до 1:2,5. В дей­ствительности соприкосновение шины с дорогой происходит не по всей поверхности эллипса, а через отдельные выступы рисун­ка протектора. Поэтому действительная площадь следа колеса меньше геометрической и составляет 0,5—0,75 последней.

В соответствии с ГОСТ 9314—59 в настоящее время прини­мают максимальную расчетную нагрузку НР на ось для авто­мобилей группы А — 10 тс для дорог I—II категорий и группы Б — 6 тс для дорог III—IV категорий.

Для дальнейших расчетов дорожной одежды и эксперимен­тальных работ, связанных с изучением условий работы отдель­ных слоев дорожной одежды, удобно учитывать не фактическую площадь следа колеса в виде эллипса, а площадь круга, равно­великого следу колеса расчетного автомобиля, который имеет диаметр для автомобилей группы А — 32,6 см (33 см), группы Б — 28 см. В первом случае среднее расчетное давление на по­крытие для расчетного автомобиля составляет р = 6,0 кгс/см², во втором случае — р =5 кгс/см². Расчетное давление на покры­тие для любого другого автомобиля можно определить по фор­муле: Ррасч ⁼ 1,1 р', Где р' — давление в пневматической шине.

Все вышесказанное от­носится к стоящему автомо­билю. При движении авто­мобиля возникают силы вза­имодействия между колеса­ми и покрытием в виде вер­тикальных динамических сил, продольных и попереч­ных касательных сил. Каче­ние ведущего колеса происходит под действием приложенного к нему крутящего момента Мк (рис. 36).

Рис. 36 Схема действия сил на ведущее и ведомое колеса

Величина тягового усилия может быть определена из урав­нения

где Мк - крутящий момент, кгс.м; rk-радиус качения колеса с учетом деформации шины, м.

Вследствие воздействия окружной силы Р на поверхность покрытия возникает противоположная ей реакция дороги Т, яв­ляющаяся силой трения между колесом и покрытием. Благодаря возникновению реакции Т происходит вращение колеса вокруг мгновенного центра О и поступательное движение центра колеса, а с ним и всего автомобиля. Нормально реакция дороги Р приложена в пределах следа колеса, но с некоторым смещением в сторону движения, что вызвано набеганием перед­ней части следа колеса на дорогу.

Перемещение ведущего колеса возможно при условии, что: пппппппп

где Т_мах — сила сцепления колеса с дорогой.

Величина силы сцепления колеса с дорогой пропорциональна нагрузке на ведущее колесо:

где — коэффициент сцепления колес с дорогой; G_сц — сцепной вес автомобиля.

Сцепным весом автомобиля называется часть нагрузки, при­ходящаяся на ведущие колеса. Отношение веса, передаваемого на ведущие оси, ко всему весу автомобиля называется коэффи­циентом сцепного веса: где G — вес автомобиля.Максимальная величина силы сцепления может быть опре­делена:

Таким образом, для того чтобы не было буксования колеса на одном месте или проскальзывания его при движении, сила тяги должна быть меньше максимально возможной силы сцеп­ления ведущих колес автомобиля с дорогой: сц.

При движении автомобиля, кроме силы сцепления, взаимо­действие дороги и автомобиля проявляется в возникновении силы сопротивления качению. Сопротивление качению вызыва­ется толчками и ударами при наездах колес автомобиля на не­ровности покрытия. Небольшую часть сопротивления качению составляет трение в подшипниках колес, в рессорах и рессор­ных серьгах.

Шины ведущего колеса автомобиля испытывают несколько большее сопротивление движению, чем ведомые, за счет допол­нительной деформации крутящим моментом. Покрытия неровные, деформирующиеся под колесом, оказывают значительное сопро­тивление качению. На твердых и ровных покрытиях сопротив­ление качению настолько мало, что оно практически не оказыва­ет влияния на изменение скорости движения. Отношение суммарного сопротивления качению к весу автомобиля называ­ется коэффициентом сопротивления качению. Для различных типов покрытий коэффициенты сопротивления качению имеют следующие значения:

 

Покрытие Коэффициент f

Асфальтобетонное (мелкозернистая смесь) 0,005—0,01

» (средне- и крупнозернистая смесь),

Цементобетонное, поверхностная обработка.... 0,01—0,02 Щебеночное, обработанное органическими вяжущими

материалами................................. 0,02—0,03

Щебеночное и гравийное, необработанное 0,03—0,06

Булыжная мостовая...................... 0,04 — 0,06

 

Сопротивление качению оказывает существенное влияние на скорость движения автомобиля, что, в свою очередь, сказывает­ся на производительности автомобилей и себестоимости пере­возок

,п пппппп

где — средняя мощность двигателя, расходуемая на преодо­ление горизонтальных сил, л.с.; G_a — полный вес автомоби­ля, кгс; — коэффициент сопротивления качению. Для обеспечения эффективного движения автомобилей до­рожная служба должна поддерживать необходимую ровность покрытия.

 

При движении автомобиля изменяется и характер передачи давления через пневматические шины на покрытие. При движе­нии по ровной поверхности давление в шинах мало изменяется. Незначительные неровности, создавая шероховатость, обеспечи­вают хорошее сцепление автомобильной шины с покрытием. Сами шины поглощают возникающие незначительные колебания энергии. В процессе эксплуатации на дороге из-за совместного дейст­вия атмосферных факторов и движения автомобилей могут об­разоваться более крупные неровности. Их можно раз­делить на группы:

возвышения и впадины на покрытии — неровности, небольшие по глубине срав­нительно с их площадью, об­разовавшиеся вследствие неравномерной осадки осно­вания, неравномерного уп­лотнения слоя покрытия, неправильно выполненного ремонта и т. п.;

выбоины — местные раз­рушения на поверхности покрытия с более или менее крутыми краями; образуют­ся вследствие выбивания материала колесами авто­мобиля;

волны — чередующиеся неровности в виде гребней и понижений с пологими кра­ями; появление волн воз­можно вследствие дефектов укатки при строительстве покрытия, а также при воз­действии одинаковых типов автомобилей, движущихся с одина­ковой скоростью.

 

В центр

 

Рис.37 Схема падения колеса во впадину:

а — при отсутствии рессор б- при наличии рессор;

I — траектория падения центра тяжести со­ставной системы «колесо-кузов»; 2 — траекто­рия падения кузова: 3 — траектория падения колеса

 

При движении по неровной дороге автомобильная шина ис­пытывает значительную динамическую нагрузку от ударов, в этом случае динамическая нагрузка на беговую дорожку шины может в 6—7 раз превысить статическую. Частично энергия уда­ра поглощается шиной вследствие ее эластичности. Способность поглощать энергию ударов зависит от жесткости шины. Более эластичны шины низкого давления, обеспечивающие большую мягкость хода по неровной дороге.

Для смягчения ударов предназначены и рессоры, при помощи которых кузов автомобиля упруго соединен с осями колес. При движении по неровной дороге возникающая дополнительная динамическая нагрузка вызывает колебание рессор. Вследствие конструктивных особенностей рессор и применения гидравличе­ских амортизаторов колебания постепенно затухают.

Процесс взаимодействия движущегося колеса автомобиля с неровной поверхностью покрытия протекает следующим об­разом.

При наезде на впадину колесо автомобиля в зависимости от скорости движения падает на ее дно на некотором расстоянии у от края (рис. 37, а). При этом происходит удар, сила которого зависит от глубины падения х. Наибольшая высота падения (на середину впадины) соответствует некоторой критической скоро­сти, величина которой имеет значение

 

ппппппппппппппп

 

где Кж — коэффициент, учитывающий жесткость рессор, пневматиков и амортизаторов (К_ж<1); l— расстояние от края впадины до ее середины; g —ускорение свободного падения; h — глубина впадины.

 

Подрессоренное колесо падает быстрее, чем кузов, вследст­вие действия давления рессоры (рис 37,б). Рессора смягчает удар и уменьшает высоту падения.

При наезде колеса на возвышение происходит удар, вызы­вающий сжатие шины и рессоры. Сила удара зависит от высо­ты препятствия. При ударе колеса о препятствие часть энергии движущегося автомобиля расходуется на сжатие шины, рессор, колебание и сотрясение частей автомобиля, сжатие покрытия в месте удара и колебание покрытия и грунта полотна.

пппппппппппппп

Лекция 18

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: