Сцепление колеса с опорной поверхностью

  Другим важнейшим показателем работы автомобильного колеса является его сцепление с опорной поверхностью, т.е. та максимальная сила трения, оторая может быть в плоскости контакта колеса с опорной поверхностью при увеличении подводимого крутящего момента до возникновения буксования или скольжения при торможении. Чем больше эта сила, тем быстрее может разгоняться или тормозиться автомобиль, а также увеличивается безопасность движения. Поэтому конструкторы шин всегда стремятся повысить их сцепные свойства. Коэффициент сцепления зависит от типа шины. Ниже рассматриваются свойства некоторых шин, обладающих высокими сцепными свойствами.

      Сила сцепления может быть определена как

Р_сц = N× j,

 где N – нормальная реакция на колесо со стороны дороги; j – коэффициент сцепления. В табл. 3 приводятся значения коэффициентов сцепления колеса и различных дорог.

Таблица 3

Дорога	Коэффициент сцепления колеса и дороги
Асфальтированная  сухая влажная без грязи  влажная грязная   Грунтовая  сухая  влажная  покрытая укатанным снегом	0,7...0,8 0,5...0,6 0,25...0,45                   0,5...0,6  0,2...0,45 0,2...0,3

      

 Коэффициент сцепления не остается постоянным при появлении проскальзывания шины по дороге (рис. 24). Наибольшее значение он достигает при проскальзывании s = 20...30 % от пройденного пути:

s = %,

где V_окр – окружная скорость колеса; V_а - скорость автомобиля.

 

    На мокрых покрытиях независимо от степени ше­роховатости их поверхности рост скорости движения при­водит к снижению коэффи­циента сцепления. Величина снижения коэффи­циента сцепления изменяется в прямой зависимости от вы­соты неровностей макроше­роховатости. На мелкоше­роховатых покрытиях при скорости движения до 10 -20 км/ч вода из зоны кон­такта  выходит и шина вступает в непосредственное взаимодействие с дорожным покрытием. Хотя мате­риал покрытия и насыщен водой, что препятствует воз­никновению адгезионных связей, коэффициент сцепле­ния прибли­жается к его значениям на сухом покрытии. Повышение скорости приводит к появле­нию гидро­динамического давления в пленке воды под колесом, за­трудняющего ее удаление. Прогнувшаяся в обратную сторону в зоне контакта с дорогой шина, удерживает под колесом грязь и воду, особенно, если шина изношена. Скольжение колеса по такой подушке называется аквапланированием. Чем выше скорость, тем больше гидродинамическое давление в зоне контаета колеса с дорогой.  При аквапланировании коэффициент сцепления уменьшается до 0,05-0,15. Экспериментально установлено, что сцепление шины с мокрым покрытием остается достаточным до скорости 120 км/ч при толщине слоя воды до 1 мм и до 80 км при толщине слоя до 2 мм. Так, если при скорости 64 км/ч коэффициент сцепления на влажной поверхности равен 0,4, то при скорости 120 км/ч – только 0,25. Зависимость коэф­фициента сцепления от  скорости при различной глубине протектора показана на рис. 25.

 

 

Рис. 24. Зависимость коэффициента     Рис. 25. Зависимость коэф­фициента

сцепления φ от величины скольжения    сцепления от скоро­сти при различной                                                                    

в %:                                                            степени из­носа рисунка    протектора   1 -сухая поверхность; 2 – влажная                     при движении по дороге, покрытой 

поверхность                                                       слоем воды  2,5мм:                     

                                                                  1- 6 — кривые соответственно для глубин

                                                                              рисунка протектора  8, 6, 4, 2, 1 мм.

На сухих асфальто- и цементобетонных покрытиях с мелко­шероховатой поверх­ностью увеличение ско­рости приводит к росту коэффициента сцепления. Так, на цементобетонном покрытии с высотой неровностей макрошероховатости 0,46 мм коэффициент сцепления возрастает на 12% при увеличении скорости движения с 30 до 70 км/ч. Влияние нагруз­ки на колесо, давления воздуха в шине, рисунка протектора сказывается на степени увеличения коэффициента сцепления. Например, для шины  6,45–13 с гладким протектором при нагрузке на колесо 3,8 кН и давлении воздуха в шине 205 кПа для указанного диапазона скоростей коэффициент сцепления возрастает на 23%, а для шины с рисунком протектора при тех же условиях – всего на 2,7%. Однако качественный характер связи коэффициента сцепления со скоростью остается неизменным.

На сухих крупношероховатых покрытиях увеличение коэффициента сцеппления с ростом скорости не наблюдается. Наоборот, коэффициент сцепления  несколько сни­жается. На асфаль­тобетонном покрытии с вы­сотой неровностей макро­шероховатости 3 – 3,5 мм при увеличении скорости от 40 до 80 км/ч это снижение составляет в среднем –  2,5 %.

  На мягких и влажных дорогах коэффициент сцепления может быть ущественно увеличен за счет высоких и редких грунтозацепов на беговой части шины. В этих условиях снижение давления воздуха в шине и увеличение опорной поверхности колеса за счет большей деформации шины ведет к росту коэффициента сцепления и снижению коэффициента сопротивления.

На твердых дорогах, покрытых слоем воды или грязи, высокое давление воздуха в шинах наоборот способствует увеличению коэффициента сцепления, т.к. приводит к выдавливанию воды и грязи из зоны контакта колеса с дорогой. В противном случае под колесом образуется водяная или грязевая подушка, снижающая сцепные качества. 

Если на колесо действует поперечная сила, возможная максимальная продольная сила снижается, но общая сила сцепления сохраняется. Взаимозависимость этих сил можно выразить следующим образом:

                                            G_к × j   = ,                                      (5)

где G_к – сила веса автомобиля, приходящаяся на колесо;   j – коэффициент сцепления; P_пр – продольная сила; P_п – поперечная сила.