ВОЗДЕЙСТВИЕ АВТОМОБИЛЯ НА ДОРОГУ
ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДОРОГИ И АВТОМОБИЛЯ
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 верх-пах 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 пси. 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 водителя. 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 сооружений, существенно увеличивается при этом износ дорожного покрытия и дорожной одежды в целом.
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 колесодеформируется (рис. 2.1, а), в месте контакта радиус колеса меньше, чем в других частях колеса,не соприкасающихся спокрытием.
|
|
Площадь следа колеса S меняется в пределах 250 - 1000см2. Для одного и того же автомобиля значение Sзависит от нагрузки на колесо: .
S = G/p , (2,1)
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. 2.1, 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:
D = 11,3 (2.2)
В большинстве автомобилей имеются ведущие и ведомые колеса. К ведущим колесам подается вращающий момент Мвр от двигателя автомобиля: Мвр=Мдвnкnr , (2.3)
где Мдв- вращающий момент на коленчатом валу двигателя;
|
|
пк - передаточное число коробки передач;
пr - передаточное число главной передачи;
- коэффициент полезного действия главной передачи.
Действие вращающего момента Мврвызывает появление в зоне контакта окружной силы Рк,направленной в сторону, обратную движению (рис. 2.1, б). Сила Рк вызывает горизонтальную силу реакции Т,представляющую собой силу трения в плоскости контакта колеса с покрытием. При этом Т = Рк .
При действии вертикальной силы Gк возникает сила реакции R,которая располагается на расстоянии авпереди по ходу движения автомобиля. Значение Gксоставляет: 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. 2.1, в)действует сила тяги. Горизонтальная реакция Т=РКнаправлена в сторону, противоположную движению. Вертикальная сила реакции R так же, как и в случае ведущего колеса, смещена по ходу движения.
Вращающий момент Мврможет быть определен также с учетом окружной силы Рки радиуса качения пневматического колеса гк.
Мвр= Ркrк (2.4)
При этом rк= г , (2.5)
где r - радиус недеформированного колеса;
- коэффициент уменьшения радиуса колеса в зависимости от жесткости шин ( = 0,93 - 0,96).
В точке О - мгновенном центре скоростей - приложена сила трения (сцепления) колеса с поверхностью дороги.
Можно записать R = GК; Мвр = Тгк + Rа,
откуда Т = Мвр/гк - R(а/гк). (2.6)
Так как Мвр/гк = Рк, то Т = Рк - Gк(а/гк).
Обозначим:
a/rк = f ; Gк(а/гк) = Gкf = Рf (2.7)
Отсюда Т = Рк - Рf.
Для ведомого колеса будем иметь (см. рис. 2.1, в):
Gк = R; Рк = Т; Ra = Рк rк.
Отсюда Рк = R (а/гк); R = Gк Рк = Gкf ; Рк = Рf ,
где Рf - 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
При скоростях более 50 км/ч коэффициент сопротивления качению определяют:
fv = f [1 +0,01(V - 50)], (2.8)
гдеV- скорость, км/ч;
f - коэффициент сопротивления качению при скоростях до 50 км/ч.
Движение автомобиля возможно при Т>РК. Сила трения достигает наибольшего значения, когда
Тmax = Gсц , (2.9)
где Gсц - нагрузка на ведущее колесо (сцепной вес); - коэффициент сцепления.
Коэффициент сцепления - это отношение максимального значения силы тяги на ободе колеса к сцепному весу автомобиля.
Различают следующие значения коэффициентов сцепления (рис. 2.2): - при движении в плоскости качения без скольжения и буксования; 1 - при движении в плоскости качения при скольжении и буксовании
(коэффициент продольного сцепления);
2 - при боковом заносе (коэффициент поперечного сцепления).
Между этими коэффициентами сцепления имеются следующие зависимости: R = G ; R2 = Рк2 +Yк2 ;
Gк2 = Gк2 + Gк2 ; = .
Отсюда (2.10).
Результаты исследования показывают следующие количественные зависимости между и :
= (0,7 - 0,8) ; 2= (0,85 - 0,9) или 2 = (0,6 -0,7) .
Значение зависит от типа и состояния покрытия (табл. 2.1), скорости, температуры и других факторов.
Таблица 2.1
Состояние покрытия | Условия движения | ( при скорости 60 км/ч) |
Сухое,чистое То же Влажное,грязное Обледенелое | Особо благоприятные Нормальные Неблагоприятные Особо неблагоприятные | 0,7 0,5 0,3 0,1-0,2 |
При торможении колеса автомобиля возникают часто большие касательные усилия (рис. 2.3).
Тормозная сила составляет
Ркr = Gкr , (2.11)
где Gкг - 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.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 2250; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!