Материал: Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1

в километрах в час (в км/ч)

(рис. 3.5), который обычно по­ лучают путем испытания двигателей при полном открытии дрос­

сельной заслонки карбюратора в карбюраторных двигателях или полной подаче топливного насоса в дизелях. Поэтому график внешней скоростной характеристики позволяет оценить макси­ мальную мощность, которую может развивать двигатель при той или иной частоте вращения коленчатого вала.

Для оценки мощности двигателя при работе с неполной нагруз­ кой снимают частичные внешние скоростные характеристики при различной степени открытия дроссельной заслонки.

Используя график внешних скоростных характеристик и выра­ жения (3.11), (3.12), можно определить расчетом тяговое усилие Рр при различных скоростях автомобиля Нисходя из условия, что при движении автомобиля все тяговое усилие расходуется на прео­

41

В зависимости от соотношения внешних сопротивлений проис­ ходит движение с постоянной скоростью, разгон или торможение автомобиля.

Перенося сопротивление воздушной среды, зависящее от ско­ рости движения, в левую часть уравнения и подставив значения сопротивлений, определенных в п. 3.1, получим

42

Динамический фактор характеризует запас тягового усилия на единицу веса автомобиля, движущегося со скоростью v, который может быть израсходован на преодоление дорожных сопротивлений f± i и на ускорение автомобиля у.

Как сила тяги, так и сопротивление воздуха зависят от скорости движения. Поэтому значение динамического фактора не остается постоянным при изменении скорости. График зависимости динами­ ческого фактора от скорости движения при полной нагрузке на ав­ томобиль, названный цроф. Е. А. Чудаковым динамической харак­ теристикой (рис. 3.6), используется в- Советском Союзе при тяговых расчетах на автомобильных дорогах как основной показатель тяго­ вых качеств автомобилей.

/ ^Графики динамических характеристик обычно строят примени­ тельно к случаю полной загрузки автомобилей:

При изменении нагрузки на автомобиль стоящее в числителе выражение не меняется, поскольку оно зависит только от скорости движения. Поэтому при постоянной скорости соблюдается соотно­ шение

^ПЛН^ПЛН— ^1^1 — Р р Р ш-

Отсюда Dx= D ajm GnJ,H , т. е. при неполной загрузке автомобиля

G1

его динамический фактор обратно пропорционален сумме полезной нагрузки на автомобиль и его собственного веса G\.

При необходимости учета степени загрузки автомобилей при расчетах скоростей движения по предложению проф. Н. А. Яков­ лева к графику динамических характеристик пристраивают вспо­ могательную номограмму нагрузок (рис. 3.7).

3.3. Сцепление шин с поверхностью дороги

Тяговое усилие на колесах автомобиля, обеспечиваемое мощ­ ностью двигателя, может быть развито лишь в том случае, если между ведущими колесами и дорогой имеется достаточное сцеп­ ление. Отношение максимального тягового усилия на колесе Рц к вертикальной нагрузке на покрытие GK, при превышении которого начинается пробуксовывание ведущего колеса или проскальзывание заторможенного, называют коэффициентом сцепления и обознача­ ют буквой ф.

В зависимости от направления сдвигающей силы, действующей на колесо, различают два вида коэффициента сцепления:

коэффициент продольного сцепления фПр, соответствующий на­

43

чалу проскальзывания заторможенного или пробуксовывания дви­ жущегося колеса при качении или торможении без действия на ко­ лесо боковой силы. Его используют при вычислении пути, проходи­ мого автомобилем при экстренном торможении и при оценке возможности трогания автомобиля с места.

Как показывают эксперименты, коэффициент сцепления прак­ тически не меняется при движении заторможенного колеса под уг­ лом к плоскости качения;

коэффициент поперечного сцепления <рПоп — поперечная состав­ ляющая: коэффициента сцепления при смещении ведущего колеса, катящегося под воздействием боковой силы под углом к плоскости качения, когда колесо, вращаясь, скользит вбок. Коэффициент фпоп характеризует устойчивость автомобиля при проезде кривых малых радиусов.

Многочисленные экспериментальные исследования коэффициен­ тов сцепления, проведенные в СССР и за рубежом, показали, что на их значение большее влияние оказывает состояние дорожного покрытия, чем его тип.

При любых покрытиях выступающие над их поверхностью твер­ дые минеральные частицы, которые делают покрытие шероховатым, при наезде колеса вдавливаются в резину протектора. При прос­ кальзывании колеса они упруго деформируют резину, сопротивление*которой является основной причиной сопротивления колеса сме­ щению по покрытию. По мере износа шероховатость покрытия уменьшается, а следовательно, уменьшается и сцепление его с ко­ лесом.

Впадины на поверхности покрытия между выступами шерохо­ ватости при увлажнении . или загрязнении заполняются грязью, пылью, продуктами износа шин и т. д., что уменьшает возможную глубину вдавливания выступов в резину. Пленка влаги, смачивая зону контакт^' между шиной и йокрытием, действует как смазка, разделяющая резину и покрытие. Все это снижает коэффициент сцепления. При высоких скоростях движения шина не успевает полностью деформироваться, так как продолжительность контакта

спокрытием для этого недостаточна, а следовательно, неровности покрытия вдавливаются в шину на меньшую глубину. В результате

сростом скорости коэффициент сцепления снижается. На сухих покрытиях снижение коэффициента сцепления со скоростью менее ощутило, чем на увлажненных.

При сильном износе или при малой высоте и расчлененности элементов протектора на мокром покрытии может возникать яв­ ление аквапланирования, когда между шиной и покрытием в на­ чальной части зоны контакта накапливается вода, не успевающая Выжаться в стороны. Под шиной образуется водяной клин, созда­ ющий гидродинамическую подъемную силу, снижающую давление колеса на дорогу (рис. 3.8). При слое воды на покрытии толщиной в несколько миллиметров нарушение контакта передних колес с

44

Рис. 3.8. Схема возникновения аква­ планирования колес:

а — принципиальная зависимость коэффи­ циента сцепления шины с мокрым покры­ тием; 6 — схема уменьшения зоны контак­ та шины с мокрым покрытием при увеличе­

ная зона контакта; III — зона контакта от­ сутствует, возникло аквапланирование

покрытием и потеря управляемости автомобилем становятся воз­ можными при скоростях, близких к 80—100 км/ч.

В среднем можно считать, что коэффициент продольного сцеп­ ления фпр полностью заблокированных шин, имеющих слабоизно­ шенный протектор, и гладкого влажного цементобетонного покры­ тия следующим образом зависит от скорости:

Коэффициенты продольного сцепления при скорости 60 км/ч в зависимости от состояния покрытия имеют следующие значения:

Условия сцепления пневматических шин с поверхностью дороги •связаны с погодными условиями. Значения коэффициента сцепле­ ния меняются в течение года в широких пределах, повышаясь ле­ том и значительно снижаясь в период зимних гололедиц, когда для увеличения сцепления дорогу обрабатывают противогололед­ ными материалами (гигроскопическими солями, растворяющими лед, песком, шлаком и др.) или иногда на колеса автомобилей мон­ тируют шины с шипами.

Чем ответственнее назначение дороги и чем труднее условия движения по отдельным ее участкам, тем более высокие требования предъявляются к коэффициенту сцепления.

ВСССР при обосновании геометрических элементов трассы ис­ ходят из значения коэффициента продольного сцепления при сухом чистом покрытии и скорости 60 км/ч фпр= 0,6.

Вувлажненном состоянии укладываемые на разных участках дорог покрытия должны удовлетворять при той же скорости тре­ бованиям, приведенным в табл. 3.2. Безопасное движение в перио­ ды ухудшения погодных условий по скользкой поверхности покры-

45

тий возможно только при пониженных скоростях, соответствую­ щих фактическим значениям коэффициента сцепления.

Условия сцепления ведущих колес с поверхностью дороги ока­ зывают влияние на динамические возможности автомобиля. При малых коэффициентах сцепления большие тяговые усилия, обеспе­ чиваемые мощностью двигателя, не могут быть использованы из-за недостатка сцепления между колесами и покрытием. Поэтому на­ ряду с динамическими характеристиками по мощности двигателя при тяговых расчетах используются также динамические характе­ ристики по условиям сцепления, получаемые из уравнения тягового баланса при замене в уравнении (3.15) силы тягл Рр по мощности двигателя ее максимальным значением, возможным по условиям сцепления шины с покрытием / >p=G(pnp, т. е.

где G' — нагрузка от ведущих колес на дорогу; К в — коэффициент сопро­ тивления воздуха; v — скорость движения автомобиля, км/ч.

Относя избыток сцепления над сопротивлением воздушной сре­ ды к единице веса автомобиля, получим выражение динамической характеристики по сцеплению

График динамических характеристик по условиям сцепления, пример которого дан на рис. 3.9, строят для ряда значений коэф­ фициента сцепления фпр. Совмещение его с графиком динамических

46