Главная страница
Навигация по странице:

  • Влияние конструктивных элементов колеса и давления воз­

  • Вождение авто на БАМ. Автомобилей высокой проходимости москва транспорт


    Скачать 1 Mb.
    НазваниеАвтомобилей высокой проходимости москва транспорт
    АнкорВождение авто на БАМ
    Дата04.10.2022
    Размер1 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаВождение авто на БАМ.doc
    ТипКнига
    #713677
    страница2 из 9
    1   2   3   4   5   6   7   8   9

    11

    работающих с пробуксовкой в неуплотняемом грунте, по ве­личине близко к толщине его слабого слоя. Если грунт, ле­жащий на твердом основании, поддается уплотнению, глубина колеи может быть существенно меньше толщины слоя слабого грунта. Величина сопротивления движению зависит не только от глубины погружения колес и других элементов ходовой части автомобиля в грунт, а также от его плотности, липкости, пластичности или рассыпчатости. Глубина погружения колес в грунт зависит, в первую очередь, от соотношения несущей способности грунта (способности грунта воспринимать вер­тикальную нагрузку) и удельной вертикальной нагрузки под колесами (удельного давления).

    Удельное давление колеса представляет собой нагрузку, приходящуюся на каждый квадратный сантиметр площади контакта колеса с грунтом.

    Колеса грузовых автомобилей на обычных шинах оказы­вают, как правило, высокое удельное давление на грунт, а поэтому глубоко погружаются почти во все слабые грунты. Колеса автомобилей высокой проходимости при понижении давления воздуха в шинах оказывают удельное давление на грунт в 5—6 раз меньшее, чем колеса обычных автомобилей, обладают свойством двигаться с небольшим углублением по песку, плотному сырому снегу, сырой луговине, пашне, осу­шенному болоту и по некоторым другим слабым грунтам.

    При малом погружении колес в грунт автомобили высокой проходимости имеют меньшее сопротивление движению. Кро­ме того, в общей сумме удельных нагрузок, действующих в контакте колеса, доля удельных вертикальных нагрузок у них снижается, а доля допустимых горизонтальных возрастает, т. е. возрастает удельная касательная сила. Удельная каса­тельная сила — это величина тяговой силы, действующей на каждый квадратный сантиметр площади контакта колеса с грунтом, которая уравновешивается тяговой реакцией грунта.

    Величина суммарной тяговой реакции грунта, или тяга, развиваемая колесами автомобиля высокой проходимости,

    в предельных условиях сцепления определяется для данного грунта величинами площади контакта колес с грунтом, ве­личиной удельной касательной нагрузки, действующей в кон­такте колес, и интенсивностью пробуксовки колес.

    Исследователи, занимающиеся вопросами взаимодействия грунт—автомобиль, делят грунты на три группы: фрикционные (сухой песок, сухой сыпучий снег при низкой температуре), пластичные (сырая глина и подобные ей грунты), смешанные (все остальные).

    Особенностью чисто фрикционных грунтов является то, что они мало подвержены уплотнению, и тяга, развиваемая на них колесами автомобиля при допустимых уровнях удельных давлений, зависит только от величины трения между свободно перемежающимися друг относительно друга частицами грунта и вертикальной нагрузки на колесо.

    Чисто пластичные грунты подвержены уплотнению и ха­рактерны тем, что на них тяга, развиваемая колесами, не за­висит от вертикальной нагрузки и определяется величиной сил, связывающих частицы грунта между собой, и величиной площади контакта колеса с грунтом. Чем больше площадь кон-такта, тем больше связей в грунте сопротивляется сдвигу, тем выше тяговая реакция грунта. Например, из двух автомобилей тяга может быть выше у более легкого автомобиля, если пло­щадь контакта его колес с грунтом будет больше, чем у тя­желого. В промежуточных грунтах, наиболее распространен­ных, присутствуют и пластичные, и фрикционные элементы, поэтому на таких грунтах тяга определяется и величиной вертикальной нагрузки, и величиной площади контакта колес с грунтом. Наиболее трудно проходимыми считаются пластич­ные грунты с большим содержанием влаги, например глубо­кий ил.

    Точное описание процесса взаимодействия колес с различ­ными видами грунта крайне сложно. Оно связано, с одной сто­роны, с множеством показателей, характеризующих такие параметры грунта, как его плотность, коэффициент внутрен­него трения, влажность, липкость и пр. С другой стороны, на

    13

    характер взаимодействия колес с грунтом оказывает влияние не только размер, но и форма контакта колеса, т. е. отношение длины контактной площадки к ее ширине, распределение удельных давлений по площади контакта, конструкция и шаг грунтозацепов.

    В настоящей книге все рассуждения, касающиеся процесса взаимодействия колеса с грунтовой поверхностью, приводятся в упрощенном виде и разъясняются только основные положе­ния, касающиеся взаимодействия автомобиля высокой про­ходимости с грунтовой поверхностью, с целью обоснования тех или иных приемов вождения этих автомобилей.

    Разные виды грунтов при различном их состоянии имеют различную несущую способность и по-разному способны вос­принимать нагрузку, производимую колесами автомобиля. Пески, например, в большинстве случаев в сухом состоянии позволяют двигаться по ним с небольшим углублением колес только таких автомобилей, у которых удельное давление на грунт не выше 1 кгс/см2. Практически они легко преодолимы при пониженном давлении воздуха в шинах для всех отече­ственных автомобилей высокой проходимости. Эти автомобили способны преодолевать песчаные подъемы до 15—20°. Плотный сырой песок проходим для обычных автомобилей и даже не полноприводных,

    Песок-плывун в некоторых прибрежных районах может ока­заться непроходимым при удельных давлениях порядка 0,5 кгс/см2, если на нем сделать даже кратковременную оста­новку.

    Снег очень различен по своему состоянию. Очень плотный наносный снег, смерзшийся на всю глубину, может выдер­живать обычные автомобили, т. е. удельные давления порядка 3—5 кгс/см2. Если слой плотного наста мал, чтобы выдержать массу автомобиля, и под слоем наста находится сыпучий снег, то условия для движения определяются как общей глубиной снега, так и толщиной и плотностью наста. Свежевыпавший и глубокий лесной сыпучий снега имеют малую плотность и не выдерживают даже удельных давлений лыжника, идущего на

    обычных лыжах (удельное давление 0,04 — 0,03 кгс/см2). Движение по глубокому снегу такого вида колесных машин, имеющих во много раз большие удельные давления, чем лыжник, СВЯЗАНО с погружением колес и ходовой части в снег на значи­тельную глубину. Большая глубина прокладываемой в снегу колеи требует преодоления большого сопротивления движению. Отечественные автомобили высокой проходимости при пони­женном давлении в шинах могут достаточно уверенно дви­гаться по такому снегу глубиной 500 мм. Сырой снег хорошо уплотняется колесами при удельном давлении 0,5—0,8 кгс/см2 и может быть проходим, например, автомобилями ЗИЛ-157, ЗИЛ-131, Урал-375 при глубине 700—800 мм, а иногда и более.

    Глинистые грунты при изменении их влажности изменяют несущую способность от 5—10 кгс/см2 при малом содержании влаги до 0,1 — 0,3 кгс/см2 в текучем состоянии. При малой влажности они проходимы для обычных автомобилей, в раз­мокшем на значительную глубину состоянии — только для ав­томобилей высокой проходимости на пониженном давлении воздуха в шинах, в текучем состоянии—только для гусеничных машин-болотоходов.

    Торфяная масса, встречающаяся на заболоченных участ­ках, представляет собой пористый материал и поэтому подвер­жена большому уплотнению. Способность торфа, лежащего на твердом дне, воспринимать нагрузку определяется содер­жанием влаги в нем, наличием и характером растительного покрова. Торф, покрытый растительностью (кустами, осокой), выдерживает большую нагрузку, так как корневая система увеличивает его прочность. Неглубокие торфяные заболочен­ные участки преодолимы для отечественных автомобилей вы­сокой проходимости.

    Влияние конструктивных элементов колеса и давления воз­духа в шинах на опорную проходимость. Размер и конструкция колес в очень значительной степени определяют опорную про­ходимость. Опорной проходимостью автомобиля называют его способность двигаться по слабым деформируемым грунтам.

    15


    Рис. 4. Шина:

    а — обычная; б — увеличенного профиля

    Чем больше размер колеса при данной вертикальной нагрузке, тем больше его площадь контакта с опорной поверхностью, а следовательно, меньше удельное давление на грунт.

    Рассмотрим два колеса разных диаметров с шинами низкого давления (рис. 4). Величина внутреннего рабочего давления воздуха в них для твердых дорог при полной нагрузке назна­чается заводом-изготовителем, исходя из длительно допустимой величины деформации hшины в поперечном сечении, равной 10—12% от высоты Н профиля. Площадь контакта шины с опорной поверхностью определяется величинами длины Lи ширины В площади контакта.

    Шины, имеющие большее сечение профиля и больший ди­аметр, имеют и большую площадь контакта с грунтом. Иссле­дования показали, что для достижения более высокой прохо­димости целесообразно увеличивать диаметр колеса, так как при этом уменьшается общее сопротивление движению и бла­гоприятно изменяются соотношения между длиной и шириной контакта. Такая форма колеса общепринята для колесных трак­торов (рис. 5, а). Однако применение больших колес на авто-

    мобиле вызывает ряд затруднений: грузовую

    платформу приходится поднимать выше, при ном растет погрузочная высота и высота положения центра тяжести автомобиля. Для поворота больших управляе­мых колес необходимо много места. Поэтому конструкторы автомоби­лей охотнее идут на уве­личение профиля шины при незначительном уве­личении ее диаметра (рис. 5,6) или на увели­чение ширины шины без увеличения ее диаметра. В последнем случае ши­на получается широко­профильной (рис. 5, в). Применение вместо обычных дорожных спа­ренных шин с внутрен­ним давлением 3— 5 кгс/см2 односкатных увеличенного диаметра или профиля, а также широкопрофильных шин несколько улучшает про­ходимость автомобиля, но этого оказывается недостаточно. Внутрен­нее давление воздуха в таких шинах, соот-



    Рис. 5. Схема шины:

    а — тракторной; б — увеличенного профи­ля; в — широкопрофильной



    Рис. 6. Сечение шины и ее рисунок протектора:

    с — обычной; б — с регулируемым вну­тренним давлением

    17

    ветствующее длительно допустимой деформации в 12% от высоты профиля, составляет обычно около 2,0 — 3,5 кгс/см2. Удельное давление на грунт у таких шин ниже, чем у обычных, но оно все же велико, а деформация шин недо­статочна для коренного улучшения процесса взаимодействия с грунтом и получения возможности движения по большей части слабых грунтов.

    Отечественной шинной промышленностью созданы шины для автомобилей высокой проходимости, позволяющие рабо­тать на слабых грунтах не при 10—12% деформации, а при де­формации до 35% от высоты профиля. Эти, так называемые, шины сверхнизкого давления на слабых грунтах работают при внутреннем давлении воздуха в них, равном 0,5 кгс/см2. От обычных шин они отличаются высокой эластичностью.

    Эти шины отличаются малой толщиной боковин (рис. 6), что делает их эластичными и способными работать при боль­ших деформациях. Конструкция протектора этих шин также отличается от обычной. У шин сверхнизкого давления грунто-зацепы расчленены на отдельные элементы. Такая конструкция делает эластичной самое беговую дорожку шины. Повышенная мягкость шин обеспечивается повышенным содержанием в них каучука и меньшим числом слоев более прочного материала корда, что позволяет уменьшить толщину стенки.

    Повышенная эластичность шины способствует улучшению взаимодействия колеса со слабыми грунтами я не вызывает больших перегревов при качении деформированной шины. Чтобы при понижении внутреннего давления шина не провер­нулась на ободе, ее борта зажимаются между ребордами разъ­емного диска и специальным распорным кольцом.

    По мере снижения внутреннего давления в шинах площадь их контакта с грунтом увеличивается, а удельное давление снижается. Например, у автомобиля ЗИЛ-157 по замерам на твердом грунте среднее удельное давление составляет: при давлении в шинах рш= 3,5 кгс/см2 — 2,5, при рш= 1,5 кгс/см2 — 1,75, при рш= 0,5 кгс/см2 —1,1 кгс7см2. Но по мере увеличения деформации шины возрастает сопро-

    тивление качению. У ЗИЛ-157 при буксировке его по твердой дороге сопротивление качению составляет: при рш = 3,5 кгс/см2 — 160, при рш= 1,5 кгс/см2— 250 и при рт=-О,5 кгс/см2 — 550 кгс. Увеличение буксировочного сопротивления в этом случае связано с увеличением потерь на де­формацию шин.

    На мягком грунте величина деформации шин на соответ-ствующих давлениях несколько меньше, чем на твердом, но доля потерь на деформацию шин в общем сопротивлении дви­жению на низких давлениях воздуха значительна. Мощность, затрачиваемая на преодоление этих потерь, переходит в теп­ло, что приводит к повышенному нагреву шин. В связи с этим общая длительность движения с пониженным внутренним дав­лением в гарантийном пробеге шин и скорость движения ог­раничиваются специальными указаниями в инструкции по эк­сплуатации автомобиля.

    Несмотря на то, что сопротивление качению деформирован­ной шины выше, чем накаченной, общее уменьшение сопротив­ления движению по слабому грунту столь значительно, что в большинстве случаев дополнительные потери на деформацию шин полностью перекрываются уменьшением потерь на обра­зование колеи (табл. 1). Как видно из табл. 1, потери на про­кладывание колеи (потери в грунте) на луговине уменьшаются более чем в 4 раза (при давлении 0,5 кгс/см2), на сыром снегу (при давлении 1,5 кгс/см2) на 13—14%, на песке (при давлении 0,5 кгс/см2) более чем в 3 раза.

    Уменьшение сопротивления качению при пониженном дав­лении воздуха в шинах — это только часть эффекта, который получается при работе на слабых грунтах. Иногда этот эффект очень невелик. Например, на рыхлом сыпучем снегу. Однако, несмотря на это, проходимость автомобиля резко возрастает. Более важной частью эффекта при работе автомобиля на дефор­мированных шинах является улучшение сцепных качеств шины и рост тяговой реакции грунта. При качении такой шины она как бы превращается в маленькую гусеницу с дли­ной опорной ветви, равной длине контакта деформированном

    2* 19




    Таблица 1

    Вид грунта

    Сила сопротивления качению автомобиля ЗИЛ-157, кгс, при давлении воздуха в шинах, кгс/см2

    3,5

    1,5

    0,5

    общая

    На прокладывание колеи

    общая

    На про­кладыва­ние колеи

    общая

    На про­кладыва­ние колеи

    Луговина Сырой снег Песок

    1000 1300 900

    840 1140 740

    750 1100 600

    500 850 350

    750 1600 750

    200 1100 200

    шины с грунтом (рис. 7). При этом тяга автомобиля при пони­жении давления воздуха в шинах существенно увеличивается (табл. 2). Если сравнить величину уменьшения сопротивления движению и величину роста тяги на крюке в результате по­нижения давления воздуха в шинах (см. табл. 1 и 2), то видно,



    Рис. 7. Характер взаимодействия деформированной шины с грунтом 20



    Рис. 8. Сечение колеи и характер деформации грунта (сухой песок) ко­лесом автомобиля:

    а — с накаченной шиной; 6 — с шиной, работающей на минимальном уровне давления

    что тяга возрастает не на величину уменьшения сопротивления движению, а на существенно большую величину. Причем тяга возрастает даже в том случае, когда сопротивление дви­жению на пониженном давлении воздуха в шинах не умень­шается, а возрастает (в нашем примере на сыром снегу).

    Для сопоставления составим таблицу изменения сопротив­ления движению и тяги на крюке автомобиля ЗИЛ-157 при сни­жении давления в шинах с 3,5 до 0,5 кгс/см2 (табл. 3).

    Следовательно, главной частью эффекта, получаемого при работе автомобиля на шинах, деформированных до 30% от высо­ты профиля, является улучшение их сцепных качеств. Вслед­ствие этого резко повышаются тяговые возможности автомо­биля и его проходимость.

    Таблица 2

    Вид грунта

    Сила тяги на крюке автомобиля ЗИЛ-157, кгс, при давлении воздуха в шинах, кгс/см2



    3,5

    1 ,5

    0,5

    Луговина Сырой снег Песок

    4000 2000 3000

    4600 2650 3700

    6000 3600 4600



    Таблица 3

    Вид грунта

    Изменение сопротивле­ния движению, кгс

    Изменение тяги на крюке, кгс

    Луговина Сырой снег Песок

    —250 +300 — 150

    +2000 +1600 1600

    На пластичных и близких к ним по характеру грунтах, таких, как глина, суглинок, сырой снег, сырая луговина, тяга, развиваемая колесом, возрастает пропорционально увели­чению площади контакта колеса. Положительную роль играет в этом случае большее число грунтозацепов шины, находя­щихся одновременно в контакте с грунтом, а также боковые грунтозацепы, которые начинают активно работать, а следо­вательно, и растет сечение грунта, заключенного между грун-тозацепами. Большую роль также играет характер уплотне­ния грунта в колее (рис. 8). Вогнутый характер следа у шины с пониженным давлением способствует лучшему уплотнению колеи и, следовательно, большей тяговой реакции грунта.

    Эффект гусеницы проявляется при таком характере каче­ния колеса и в том, что время воздействия уплотняющей силы на грунт возрастает пропорционально увеличению длины кон­такта опорной поверхности колеса (рис. 9).

    Разные типы грунтов имеют различный характер сопро­тивления сдвигу в зависимости от степени их деформации. Со­ответственно они оказывают различную тяговую реакцию, от которой зависит тяга, развиваемая колесами по сцеплению с грунтом. В табл. 4 в приближенных цифрах (см. графу 2) показано, как изменяется тяговая реакция Rу рыхлых и пла­стичных грунтов (тип I), хорошо поддающихся уплотнению. На этих грунтах по мере увеличения уплотнения грунтовых призм, заключенных между грунтозацепами, окружной силой

    Таблица 4


    Величина тяговой реакции R, %, при типе грунта

    1 II III

    12 75 50

    24 100 90

    55 60 100

    100 30 80



    Величина смещения (сдвига) грунта







    [100%) Линия среза грунта

    п ри

    Т, действующей со стороны колеса, тяговая реакция грунта постепенно возрастает вплоть до полного среза призмы. Даль­нейшее увеличение пробуксовки колеса тяговой реакции не увеличивает, и она остается постоянной. Следовательно, на таких грунтах допускать интенсивную буксовку колес не сле­дует, так как тяга от этого не будет увеличиваться.

    В графе 3 таблицы показан характер изменения тяговой реакции грунтов ( тип II), которые в результате сдвига, после незначительного уплотнения, меняют структуру и разруша-
    1   2   3   4   5   6   7   8   9


    написать администратору сайта