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:           Мврдвnкnr   ,    (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 = Мврк - R(а/гк).      (2.6)

Так как Мврк = 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: 1539; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!