Файл: Lektsia_4.doc

При движении автомобиля вдоль дороги происходит его пространственное перемещение как поступательное, так и вращательное. При этом возникают вертикальные силы, вызывающие деформацию дорожного покрытия, а также касательные усилия, наиболее значительные при разгоне и торможении автомобиля в зоне контакта шины колеса с покрытием, вызывающие относительное смещение верхних слоев дорожного покрытия.

Особенно сложным является движение автомобиля на подходах к кривым в плане и на самих кривых, в пределах которых автомобиль совершает вращательное движение вокруг вертикальной оси. На этих участках возникают боковые силы, действующие как на автомобиль, так и на верхний слой дорожного покрытия и оказывающие большое влияние на устойчивость автомобиля. В связи с этим кривые в плане и подходы к ним проектируют, в первую очередь, из условия обеспечения устойчивого движения автомобиля, предупреждения его опрокидывания и заноса. Таким образом, при движении автомобиля по дороге действует система сил, различных по направлению и величине.

Для предупреждения появления больших вертикальных усилий, оказывающих отрицательное воздействие как на подвеску автомобиля, так и на дорожную одежду, вертикальные вогнутые кривые проектируют по возможности больших радиусов.

Траектория и скоростной режим автомобиля во многом зависят от того, насколько детально учтены при проектировании элементов автомобильных дорог психофизиологические характеристики водителей. Если водитель не имеет затруднений в оценке направления дороги, то он правильно выбирает траекторию движения на проезжей части и скоростной режим. Ошибки в действиях водителя, особенно при узкой проезжей части, приводят к тому, что автомобили заезжают на обочину, тем самым разрушая кромку проезжей части, обочину и само дорожное покрытие.

Большое значение имеет поддержание высокой ровности дорожного покрытия, позволяющей снизить отрицательное воздействие автомобиля на покрытие. Наличие неровностей вызывает колебания автомобиля, вредные для человека, покрытия и самого автомобиля. Неожиданный наезд автомобиля на большой скорости на неровность может привести к разрушению покрытия и поломке конструктивных элементов автомобиля.

Особенно ухудшается взаимодействие колеса с дорогой при наличии водяной пленки на поверхности покрытия. Ухудшается сцепление шины колеса с покрытием, а при высоких скоростях (более 80 км/ч) возникает так называемое явление аквапланирования, заключающееся в поднятии передних колес автомобиля за счет действия водяного клина и потери управляемости автомобилем.

Появление большегрузных и скоростных грузовых автомобилей привело к неприятному для водителей легковых автомобилей явлению при движении по влажному покрытию – возникновению водяного облака. Для предупреждения появления вокруг грузового автомобиля водяного облака устраивают так называемый дренаж-асфальт-покрытие, в которое уходит часть воды из зоны контакта шины колеса с покрытием. На автомобилях сбоку и сзади устанавливают специальные защитные щитки.

Несомненно, что воздействия автомобиля на дорожные сооружения усиливаются при неблагоприятных погодных условиях и плохом обеспечении отвода воды от дороги и ее сооружении, существенно увеличивается при этом износ дорожного покрытия и дорожной одежды в целом.

4.2. Силы, действующие от колеса автомобиля на дорожное покрытие

При движении автомобиля по дороге в зоне контакта шины колеса с дорожным покрытием возникают динамические вертикальные, продольные и поперечные касательные силы, значение которых зависит от типа автомобиля, шины колеса, нагрузки, погодно-климатических условий и др.

На стоящее колесо действует только одна сила – вес автомобиля, приходящийся на это колесо. Особенностью автомобильного колеса является его эластичность. Под действием вертикальной силы колесо деформируется (рис. 4.1, а), в месте контакта радиус колеса меньше, чем в других частях колеса, не соприкасающихся с покрытием.

Площадь следа колеса S меняется в пределах 250-1000 см². Для одного и того же автомобиля значение S зависит от нагрузки на колесо:

Рис. 4.1. Схема сил, действующих на покрытие дороги:

а – стоящее колесо; б – ведущее колесо; в – ведомое колесо

, (4.1)

где G – вес автомобиля, приходящийся на колесо, Н;

р – давление, Па.

Значение р не должно превышать 0,55 МПа на дорогах III-V категорий и 0,65 МПа на дорогах I-II категорий.

Различают площадь отпечатка по контуру в форме эллипса (см. рис. 4,1, а) и по выступам рисунка протектора. При определении среднего давления в расчет принимают площадь отпечатка по выступам протектора. При расчете дорожной одежды для вычисления р условно принимают площадь отпечатка в виде круга диаметром D, равновеликую площади эллипса:

. (4.2)

В большинстве автомобилей имеются ведущие и ведомые колеса. К ведущим колесам подается вращающий момент M_вр от двигателя автомобиля:

, (4.3)

где М_дв – вращающий момент на коленчатом валу двигателя;

n_к – передаточное число коробки передач;

n_г – передаточное число главной передачи;

η – коэффициент полезного действия главной передачи.

Действие вращающего момента М_вр вызывает появление в зоне контакта окружной силы Р_к, направленной в сторону, обратную движению (рис. 4.1,б). Сила Р_к вызывает горизонтальную силу реакции Т, представляющую собой силу трения в плоскости контакта колеса с покрытием. При этом .

При действии вертикальной силы G_к возникает сила реакции R, которая располагается на расстоянии а впереди по ходу движения автомобиля. Значение G_к составляет: для грузовых автомобилей (0,65÷0,7)G; для легковых (0,5÷0,55)G, где G – общий вес автомобиля, Н.

На ведомое колесо (рис. 4.1,в) действует сила тяги. Горизонтальная реакция направлена в сторону, противоположную движению. Вертикальная сила реакции R так же, как и в случае ведущего колеса, смещена по ходу движения.

Вращающий момент М_вр может быть определен также с учетом окружной силы Р_к и радиуса качения пневматического колеса r_к.

. (4.4)

При этом (4.5)

где r – радиус недеформированного колеса;

λ – коэффициент уменьшения радиуса колеса в зависимости от жесткости шин (λ = 0,93÷0,96).

В точке О – мгновенном центре скоростей – приложена сила трения (сцепления) колеса с поверхностью дороги.

Можно записать ; ,

откуда (4.6)

Так как , то .

Обозначим:

; , (4.7)

Отсюда .

Для ведомого колеса будем иметь (см. рис. 4.1,в):

; ; .

Отсюда ; ;

где Р_f – сила сопротивления качению;

f – коэффициент сопротивления качению.

Сопротивление качению зависит от скорости движения, эластичности шины и состояния поверхности дорожного покрытия.

Коэффициент сопротивления качению возрастает с увеличением скорости, так как кинетическая энергия колеса при наездах на неровности прямо пропорциональна квадрату скорости качения. Практически значение f остается постоянным до скорости 50 км/ч для определенного типа покрытия:

Покрытия	Значения f
Цементобетонное и асфальтобетонное	0,01-0,02
Щебеночное, обработанное вяжущим материалом	0,02-0,025
Щебеночное, не обработанное вяжущими материалами	0,03-0,04
Ровная сухая грунтовая дорога	0,03-0,06