Лекция № 6. В предыдущей лекции мы рассматривали вопрос взаимодействия колеса с покрытием.

Источник(1,п.3.1; 1,п.3.2;)

В предыдущей лекции мы рассматривали вопрос взаимодействия колеса с покрытием.

Разобрались каким образом передаются усилия от проходящего транспорта дорожной одежде и какие при этом возникают реакции.

Определили, что контакта колеса может быть 3-х видов и, что усилия передаются на покрытие через фактическую площадь.

При остановке автомобиля покрытие воспринимает нагрузку равная весу автомобиля Q, естественно возникает обратная реакция покрытия R равная весу автомобиля R = Q.

Оценить величину воздействия автомобиля на покрытие можно с помощью среднего контактного давления:

Q

P = ¾¾;

S

В расчетах принимают, что S площадь отпечатка колеса, через которую идет передача нагрузки, не эллиптической формы (то, что на самом деле имеет место быть), а условно принимают ее равную кругу. При этом диаметр отпечатка колеса D равен:

____

D = 1,13 ∙ ÖQ/Р

И величина диаметра D находится в пределах 18-35 см, площадь следа S = 250-1000 см², а удельное давление 0,3-0,85 Мпа. Эти величины зависят от характеристик покрышки.

Сила тяги "Р_т" (на рисунке как Р) обеспечивает движение автомобиля, при этом возникает горизонтальная сила "Т" противоположная по направлению к силе тяги это реактивная сила или сила трения.

Вследствие того, что покрытие не является абсолютно жестким (прогиб L) и колесо это резиновая оболочка (имеющая радиус качения r_к), возникает дополнительное сопротивление реакции покрытия "R" на смещение от центра приложения вертикальной нагрузки "е", на преодоление которого идет добавочный расход топлива, смазки и износ деталей автомобиля.

Наглядно ощутить действие реакции покрытия на величину смещения (эксцентриситет) можно при езде на велосипеде по песку, с той только разницей, что двигателем на велосипеде работаете Вы и топливо ваше пирожки. Тот, кто ездил меня поймет, а кто не знает, что это такое - попробуйте.

Снизить эти затраты можно уменьшением площади контакта колеса и упругих свойств покрытия. Т.е. поставить на автомобили деревянные колеса и сделать дороги из бутового камня или бетона.

Следовательно, величина силы сопротивления качению зависит от:

· Массы автомобиля (колесной нагрузки);

· Давления в шинах Рв и эластичности

резины автомобиля;

· Размера колеса;

·

Параметры

Скорости движения v;

· Упругих свойств (прочности Е) и ровности покрытия Sc.

Сила трения или коэффициент трения характеризуется взаимодействием двух твердых поверхностей.

В дорожном строительстве употребляют понятие сила сцепления и коэффициент сцепления.

Разница между этими понятиями заключается в преобладании адгезионных сил над силами гистерезисного характера или наоборот.

Адгезия (от лат. Adhaesio-прилипание) возникновение связи между двумя разнородными телами, приведенных в соприкосновение. Является результатом межмолекулярного взаимодействия (когезия - это частный случай адгезии, т.е. соприкосновение двух одинаковых тел). Измеряется силой необходимой для отрыва на единице площади контакта поверхности.

Гистерезис (от лат. Hysteresis-отставание, запаздывание) понятие гистерезиса больше относится к электричеству и объясняется затуханием колебаний (петля гистерезиса).

Однако есть также понятие упругого гистерезиса – отставание во время развития деформации упругого тела от напряжений, является одним из проявлений внутреннего трения в твердых телах, причина появление пластических деформаций, создающих остаточных напряжения (что-то вроде маятника).

Например, опоздал студент на занятие значит у него имеет место быть гистерезис.

Так в подшипниках скольжения присутствуют только адгезионные силы, т.е. собственно трение.

Покрытие дороги в свою очередь имеет неровности и силы гистерезнисного (деформационного) характера преобладают над адгезионными силами.

Величина взаимодействия колеса автомобиля с покрытием складывается из двух составляющих адгезии и гистерезиса:

Т = Т_а + Т_г.

Соответственно с увеличением шероховатости адгезионные силы падают зато возрастают силы гистерезиса.

соот

Сцепные качества покрытия и влияние их на удобство езды.

Состояние дорожного покрытия является главным параметром, от которого зависят режимы и безопасность движения автомобилей. Скользкость покрытия –практически основная причина многих ДТП.

Устойчивое состояние автомобиля на дороге на прямую зависит от гистерезисных и адгезионных сил

Гистерезисная компонента F_г является следствием потери энергии на деформацию резины при скольжении или качении шины по покрытию.

Она проявляется как при сухом так и при влажном покрытии.

Адгезионная компонента F_а является результатом разрушения фрикционных связей, возникающих в результате молекулярного взаимодействия резины и выступов шероховатости покрытия.

При сухом покрытии адгезионная составляющая имеет наибольшую величину.

Общая величина сопротивления скольжению это:

F = F_а + F_г;

Тогда коэффициент сцепления есть отношение:

φ = F/Q = (F_а + F_г)/Q;

Q - величина нормальной нагрузки.

Факторы влияющие на сопротивление скольжению можно разделить на 4 группы:

1. Шероховатость и текстура покрытия, это свойства каменного материала;

2. Смазывающее действие воды и других веществ находящихся в слое воды на покрытии ТС;

3. Автомобиль и его шина (рисунок протектора, физические и химические свойства резины, величина нагрузки на шину, давление воздуха в шинах);

4. Режим движения автомобиля (ускорение, торможение и т.д.).

На сцепные свойства покрытия и коэффициент сопротивления качению влияют не только характеристики шины колеса и упругие свойства дороги, но также состояние покрытия имеет не маловажное значение.

А именно:

· Тип покрытия;

· Прочность;

· Наличие разрушений, трещин;

· Пыль, грязь, вода и т.д.

Кроме этого, есть еще один фактор, который влияет на движение автомобиля, водителя и соответственно скорость (помните интенсивны путь развития!!) – это неровности покрытия.

В зависимости от их величины сопротивление качению может возрастать в 2-3 раза.

Увеличение неровности на покрытие на 1 мм увеличит сопротивление качению на 4% это для асфальтобетона, на цементо-бетоне аналогичное увеличение шероховатости на 1 мм повлечет за собой увеличение сопротивление качению до 15%.

Профессор А.К.Бируля предложил способ, определения величины силы сопротивления качению Á, на неровной поверхности, по формулы:

Á = 0,01 + 1,2 ∙ 10^-8 ∙ S_с ∙ v²,

где S_с – показатель ровности по толчкомеру, см/км;

v – средняя скорость автомобиля, км/ч.

Показатель по толчкомеру характеризуется шероховатостью.

Различают два вида:

· Макрошероховатость;

· Микрошероховатость.

Макрошероховатость - это неровности поверхности, которые

создаются выступами частиц каменного материала покрытия. Длина волны неровности колеблется от 2 до 100 мм и высота неровности от 0,2 до 10 мм.

Микрошероховатость - это собственная шероховатость каменных

материалов с длиной волны меньше 3 мм и с высотой неровности 0,2-0,3 мм.

Гистерезисные силы зависят от макрошероховатости, а адгезис-

ные силы - от микрошероховатости.

Удобство езды.

Неровности покрытия автомобильной дороги можно подразделить на 3 группы по степени влияния на транспортное средство:

- макропрофиль;

- микропрофиль;

- шероховатость.

		Рис. Характеристика неровности покрытия.

Макропрофиль - это неровности с длинной волны 100 м и больше.

Такой профиль влияет на работу двигателя, но не как это не сказывается на колебаниях автомобиля в целом. Можно говорить, что это продольный профиль автомобильной дороги.

Микропрофиль - это неровности длинной волны в пределах от 10 до

100 м. Влияют на работу подвески, создавая значительные колебания автомобиля;

Шероховатость - это длина волны до 3 – 10 см и колебания должны

гасится шинами автомобиля не вызывая низкочастотных колебаний.

На цементобетонном и асфальтобетонном покрытие максимальная высота выступов может достигать - 20мм, на покрытиях обработанных вяжущим - 40мм (например: черный щебень, поверхностная пропитка), а на щебеночных и гравийных покрытиях (переходного типа) до - 50мм.