Файл: Общие.doc

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 реакцииR 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:

При скоростях более 50 км/ч коэффициент сопротивления качению определяют:

, (4.8)

где v – скорость, км/ч;

f – коэффициент сопротивления качению при скоростях до 50 км/ч.

Движение автомобиля возможно при . Сила трения достигает наибольшего значения, когда

? (4.9)

где G_сц – нагрузка на ведущее колесо (сцепной вес);

φ – коэффициент сцепления.

Коэффициент сцепления φ – это отношение максимального значения силы тяги на ободе колеса к сцепному весу автомобиля.

Различают следующие значения коэффициентов сцепления (рис. 4.2); φ – при движении в плоскости качения без скольжения и буксования; φ₁ – при движении в плоскости качения при скольжении и буксовании (коэффициент продольного сцепления); φ₂ – при боковом заносе (коэффициент поперечного сцепления).

Таблица 4.1

Между этими коэффициентами сцепления имеются следующие зависимости:

; ;

; .

Отсюда . (4.10)

Результаты исследования показывают следующие количественные зависимости между φ, φ₁ и φ₂:

;

или .

Значение φ зависит от типа и состояния покрытия (табл. 4.1), скорости, температуры и других факторов.

При торможении колеса автомобиля возникают часто большие касательные усилия (рис. 4.3).

Тормозная сила составляет

, (4.11)

где G_кг – вес автомобиля, приходящийся на тормозящие колеса.

Боковые касательные силы возникают при движении по криволинейным участкам дорог, при обгонах, боковом заносе, при сильном поперечном ветре, при наличии большого поперечного уклона проезжей части.

Действие касательных сил в зоне контакта шины колеса с покрытием приводит к истиранию и деформации покрытия и истиранию шины.

4.3. Прочность и деформация дорожной одежды

Прочность дорожной одежды является наиболее важным показателем транспортно-эксплуатационного состояния автомобильной дороги, который необходимо регулярно оценивать в течение всего срока ее службы.

Прочностные качества дорожной одежды определяются прежде всего сопротивляемостью подстилающего грунта сжатию. Дорожная одежда должна распределять действующую на нее нагрузку от колеса автомобиля по возможности на большую площадь и предупреждать проникание воды, которая значительно ослабляет прочность грунтового основания.

Возможны три случая деформации дорожного покрытия в зависимости от прикладываемой нагрузки.

Если нагрузка невелика, а слои дорожной одежды и земляного полотна хорошо уплотнены, то дорожная одежда не разрушается и происходят только упругие деформации, т.е. дорожная одежда под действием нагрузки прогибается и после проезда автомобиля возвращается в прежнее положение.

При возрастании нагрузки или при временном снижении прочности грунтов основания в весенний или осенний периоды возникают постепенно накапливающиеся пластические малые деформации. В случае, если их суммарное значение за период ослабленного состояния дорожной одежды превысит некоторые предельные значения, дорожная одежда разрушится.

Прочность одежды зависит от предельно допустимого прогиба, и также от количества приложений нагрузки за период ослабления дорожной одежды.

При очень больших нагрузках или при значительном ослаблении прочности грунта основания вначале замедленно накапливаются деформации, которые в дальнейшем быстро возрастают, в результате чего происходит полное разрушение дорожной одежды.

Рис. 4.4 Виды деформаций и разрушений дорожной одежды (по В.Ф. Бабкову):

1 – чаша прогиба: 2 – зона сжатия одежды; 3 – зона растяжения; 4 – поверхность среза одежды; 5 – площадь передачи давления на грунт; 6 – уплотнение грунта в основании дородной одежды; 7 – направление сжатия грунта; 8 – направление выпирания грунта; 9 – трещины в дорожной одежде; 10 – деформация дорожной одежды.

При действии давления от колеса основание дорожной одежды сжимается в пределах активной зоны (зоны, в которой возможно перемещение грунта) и происходит прогиб дорожной одежды по некоторой криволинейной поверхности с образованием так называемой «чаши прогиба» (рис. 4.4).

Давление, передаваемое на грунтовое основание, зависит от площади, на которую распределяется нагрузка. С увеличением толщины дорожной одежды эта площадь увеличивается, а давление соответственно уменьшается. В весенний или осенний период, когда вследствие большого переувлажнения снижается прочность грунта, существующая толщина дорожной одежды не обеспечивает безопасное давление, и при проезде очень тяжелых автомобилей могут возникнуть проломы дорожной одежды.

В связи с этим в течение двух-трех наиболее неблагоприятных недель дорожники закрывают движение тяжелых автомобилей.

При действии нагрузки (см. рис. 4.4) происходят сжатие 2 и доуплотнение дорожной одежды, а в нижней части дорожной одежды – растяжение 3.

При превышении предельной прочности материалов верхних или нижних слоев дорожной одежды образуются трещины 9.

По периметру зоны контакта шины колеса с покрытием действуют срезывающие напряжения 4, которые могут приводить при слабом основании и тонкой дорожной одежде к ее пролому или выкалыванию отдельных ее частей.