Эксплуатационные показатели транспортных средств

5.1. Силы, действующие на транспортное средство при движении.

Крутящий момент двигателя, подведенный через механизмы трансмиссии к ведущим колесам автомобиля, вызывает их вращение. В месте соприкосновения колеса с дорогой от крутящего момента воз­никает окружная сила, а со сторо­ны дороги – продольная реакция (рис. 5.1), равная по величине ок­ружной силе, по направленная в противоположную сторону. Суммарная продольная реакция ведущих колес передается на веду­щие мосты и вызывает движение автомобиля, поэтому называет­ся тяговой силой.

Величина тяговой силы тем больше, чем больше крутящий мо­мент двигателя и передаточные числа коробки передач и главной передачи. Но величина тяговой силы не может превысить силу сцепления ведущих колес с дорогой. Если тяговая сила превысит силу сцепления колес с дорогой, то ведущие колеса будут пробуксовывать.

Сила сцепления равна произведению коэффициента сцепления на сцепной вес. Для тягового автомобиля сцепной вес равен нор­мальной нагрузке, приходящейся на затормаживаемые колеса.

Коэффициент сцепления зависит от типа и состояния покры­тия дороги, от конструкции и состояния шин (давление воздуха, рисунок протектора), от нагрузки и скорости движения автомо­биля. Величина коэффициента сцепления снижается при мокрой и влажной поверхностях дороги, особенно при увеличении скоро­сти движения и изношенном протекторе шин. Например, при су­хой дороге с асфальтобетонным покрытием коэффициент сцепле­ния равен 0,7 – 0,8, а для мокрой – 0,35 – 0,45. При обледенелой дороге коэффициент сцепления снижается до 0,1 – 0,2.

Сила тяжести автомобиля приложена в центре тяжести. У современных легковых автомобилей центр тяжести располагает­ся на высоте 0,45 – 0,6 м от поверхности дороги и примерно посе­редине автомобиля. Поэтому нормальная нагрузка легкового ав­томобиля распределяется по его осям примерно поровну, т.е. сцеп­ной вес равен 50 % нормальной нагрузки.

Высота расположения центра тяжести у грузовых автомоби­лей 0,65 – 1 м. У полностью груженных грузовых автомобилей сцепной вес составляет 60 75 % нормальной нагрузки. У полноп­риводных автомобилей сцепной вес равен нормальной нагрузке автомобиля.

При движении автомобиля указанные соотношения изменяют­ся, так как происходит продольное перераспределение нормаль­ной нагрузки между осями автомобилям при передаче ведущими колесами тяговой силы больше нагружаются задние колеса, а при торможении автомобиля – передние колеса. Кроме того, перерас­пределение нормальной нагрузки между передними и задними колесами имеет место при движении автомобиля на спуск или на подъем.

Перераспределение нагрузки, изменяя величину сцепного веса, влияет на величину сцепления колес с дорогой, тормозные свой­ства и устойчивость автомобиля.

Силы сопротивления движению. Тяговая сила на ведущих колесах

автомобиля. При равно­мерном движении авто­мобиля по горизонталь­ной дороге такими сила­ми являются: сила сопро­тивления качению и сила сопротивления воздуха. При движении автомоби­ля на подъем возникает сила сопротивления подъему (рис. 5.2), а при разгоне автомобиля – сила сопротивления разгону (сила инерции).

Сила сопротивления качению возникает вследствие деформа­ции шин и поверхности дороги. Она равна произведению нор­мальной нагрузки автомобиля на коэффициент сопротивления качению.

Рис.5.1 Схема сил и моментов, действующих на ведущее колесо автомобиля

Рис.5.2. Схема сил, действующих на автомобиль при равномерном движении на подъем

Коэффициент сопротивления качению зависит от типа и со­стояния покрытия дороги, конструкции шин, их износа и давле­ния воздуха в них, скорости движения автомобиля. Например, для дороги с асфальтобетонным покрытием коэффициент сопротив­ления качению равен 0,014 0,020, для сухой грунтовой дороги –0,025 – 0,035.

На твердых дорожных покрытиях коэффициент сопротивле­ния качению резко увеличивается при снижении давления возду­ха в шинах, и возрастает с ростом скорости движения, а также с увеличением тормозного и крутящего моментов.

Сила сопротивления воздуха зависит от коэффициента сопро­тивления воздуха, лобовой площади и скорости движения авто­мобиля. Коэффициент сопротивления воздуха определяется типом автомобиля и формой его кузова, а лобовая площадь – колеей колес (расстоянием между центрами шин) и высотой автомобиля. Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля.

Сила сопротивления подъему тем больше, чем больше масса автомобиля и крутизна подъема дороги, которая оценивается уг­лом подъема в градусах или величиной уклона, выраженной в процентах. При движении автомобиля под уклон сила сопротив­ления подъему, наоборот, ускоряет движение автомобиля.

На автомобильных дорогах с асфальтобетонным покрытием продольный уклон обычно не превышает 6%. Вели коэффициент сопротивления качению принять равным 0,02, то общее сопротив­ление дороги составит 8% от нормальной нагрузки автомобиля.

Сила сопротивления разгону (сила инерции) зависит от массы автомобиля, его ускорения (приросту скорости в единицу време­ни) и массы вращающихся частей (маховик, колеса), на ускорение которых также затрачивается тяговая сила.

При разгоне автомобиля сила сопротивления разгону направ­лена в сторону, обратную движению. При торможении автомоби­ля и замедлении его движения сила инерции направлена в сторо­ну движения автомобиля.