В помощь строителям бам в. Б. Лаврентьев
 Скачать 1.32 Mb.
|
|
В ПОМОЩЬ СТРОИТЕЛЯМ БАМ В. Б. ЛАВРЕНТЬЕВ ВОЖДЕНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ ВЫСОКОЙ ПРОХОДИМОСТИ МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1974 УДК 656.13.052.56:629.113.028 ПРЕДИСЛОВИЕ Вождение автомобилей высокой проходимости. Лаврентьев В. Б. М., «Транспорт», 1974. 96 г. В книге рассмотрены основные элементы конструкции полноприводных автомобилей с точки зрения влияния на их проходимость по профильным препятствиям и слабым грунтам. Процессы, происходящие при взаимодействии элементов ходовой части с грунтом автомобиля высокой проходимости при его движении по бездорожью, преподнесены в книге в упрощенной форме. Освещены вопросы влияния давления воздуха в шинах на сопротивление движению и силу тяги у автомобилей высокой проходимости на различных грунтах. Даны рекомендации по вождению автомобилей высокой проходимости в различных условиях бездорожья. Описаны приемы преодоления различных препятствий автомобилем с обычной схемой шасси и с шасси, имеющими схему расположения колес, отличающуюся от принятой на автомобилях массового производства. В книге рассмотрены также особенности применения лебедки для самовытаскивания и оказания помощи другим автомобилям. Даны отдельные рекомендации по подготовке автомобилей высокой проходимости к поездке по бездорожью и обслуживанию их после нее. Книга рассчитана на широкий круг эксплуатационников и, в первую очередь, на водителей автомобилей, работающих в тяжелых дорожных условиях. Табл. 9, рис. 27. 31803-1541 049(01)-74 31-75 Издательство «Транспорт», 1974- Народ нашей страны ударными темпами строит Байкало-Амурскую железнодорожную магистраль (БАМ), трасса которой проходит через тайгу, болота, реки и горные хребты. На чрезвычайно сложной как с географической, так и с климатической точки зрения стройке широко используются грузовые автомобили высокой проходимости. Большая армия водителей, в основном молодых, уже сейчас трудится на таежных трассах строительства. Не все они имеют соответствующий опыт вождения автомобилей высокой проходимости в сложных условиях. Цель настоящей книги — помочь им овладеть техникой вождения автомобилей в различных условиях бездорожья. Автомобили высокой проходимости получили высокую оценку при эксплуатации на стройках в тяжелых условиях. С 1956 г. Московский автозавод имени Лихачева впервые в мире начал массовый выпуск колесных автомобилей высокой проходимости. Этим первым массовым автомобилем был ЗИЛ-157. До создания ЗИЛ-157 было принято считать, что возможности движения колесных машин, в том числе автомобилей повышенной проходимости, по бездорожью крайне ограничены. Эти автомобили, даже имеющие привод на все колеса, раньше никогда не могли конкурировать по проходимости с гусеничными машинами. Экспериментальные работы, предшествующие созданию автомобиля ЗИЛ-157, показали, что проходимость колесных машин может быть коренным образом улучшена. Для этого спаренные (двускатные) шины обычного дорожного типа, размер которых выбран по пределу грузоподъемности на твердой дороге, необходимо заменить специальными односкатными шинами большого профиля и применить систему регулирования внутреннего давления в них. ЗИЛ-157 стал первым автомобилем не повышенной, а высокой проходимости. Его возможности движения по пескам были не хуже, чем у гусеничной машины, а проходимость по различным грунтам и снегу несравненно выше, чем у автомобиля повышенной проходимости ЗИЛ-151. Другие заводы страны также начали применять специальные шины большого профиля и систему регулирования давления воздуха в них на автомобилях со всеми ведущими колесами. Сейчас отечественная автомобильная промышленность выпускает широко известные модели полноприводных автомобилей высокой проходимости ЗИЛ- 157, ЗИЛ-131, ГАЗ-66, Урал-375. На базе накопленного опыта созданы конструкции отечественных колесных четырехосных автомобилей, по проходимости почти не уступающих гусеничным машинам. Такое коренное улучшение проходимости колесных автомобилей основано на изменении характера взаимодействия колеса с грунтом. Применение специальных шин большого профиля с регулируемым внутренним давлением позволило на слабых грунтах существенно понижать внутреннее давление в них и доводить его до состояния, при котором шины работают со значительной деформацией. В результате площадь контакта колес с грунтом увеличилась в несколько раз. Соответственно снизилось удельное давление колес на грунт, уменьшилась глубина колеи и сопротивление движению. При качении колеса на деформированной шине улучшился характер уплотнения грунта в колее и сцепление колес с грунтом, что явилось решающим элементом в улучшении тяговых показателей и проходимости автомобиля. Чтобы полнее и правильнее использовать технические возможности автомобилей высокой проходимости, водителям полезно разобраться в основах механики взаимодействия колес с различными видами грунтов. Это поможет понять, от чего зависят сопротивление движению и сцепные качества колес. Необходимо знать, как влияют отдельные элементы конструкции автомобиля на его проходимость и, в первую очередь, как влияет давление воздуха в шинах. Следует научиться правильно применять систему регулирования давления воздуха в шинах автомобилей высокой проходимости, усвоить навыки и приемы вождения этих автомобилей в различных условиях бездорожья и по препятствиям. Все это необходимо для повышения техники вождения в сложных условиях. Рейсы на большие расстояния по бездорожью часто, помимо знаний, требуют от водителей выносливости, смелости, решительности, способности в нужный момент использовать полную мощность двигателя для разгона автомобиля до скоростей, необходимых для безостановочного преодоления труднопроходимого участка, не взирая на тряску и трудности управления автомобилем. В то же время водители автомобилей высокой проходимости должны проявлять достаточную осмотрительность и уметь определить критический момент, вслед за которым последует застревание, с тем чтобы своевременно прекратить движение и отвести автомобиль назад для повторного движения или смены направления. Такая отработка четкого взаимодействия в системе водитель — грунт — автомобиль происходит по мере накопления водителем опыта работы в условиях бездорожья. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЯ И ЕГО СХЕМЫ НА ПРОХОДИМОСТЬ ПО БЕЗДОРОЖЬЮ Профильная проходимость. К автомобилям высокой проходимости относятся только полноприводные автомобили, т. е. автомобили, у которых все колеса являются ведущими. По количеству ведущих колес их принято обозначать так: двухосный — 4 х 4, т. е. всего четыре колеса, из них четыре ведущих. Аналогично трехосные автомобили обозначаются — 6х6, четырехосные — 8х8. Эти три наиболее распространенные схемы автомобилей высокой проходимости отличаются друг от друга степенью проходимости в различных дорожных условиях. Способность автомобиля двигаться по неровной поверхности, какой обычно бывает бездорожье, принято называть профильной проходимостью. На проходимость автомобиля большое влияние оказывают его некоторые геометрические параметры (рис. 1), к которым относятся: угол въезда α 1 и угол съезда α 2 . Эти углы определяют возможность преодоления крутых бугров, канав и ям, и у автомобилей высокой проходимости они обычно бывают не менее 30°. Величины этих углов не зависят от схемы шасси (от количества осей) и могут быть как одинаковыми, так и несколько отличаться. Другим параметром, определяющим проходимость по неровной местности, является величина дорожного просвета Н. От этой величины существенно зависит способность автомобиля двигаться по дорогам с глубокими колеями, по глубокому снегу и мягким грунтам. Этот параметр, как и предыдущие, также не зависит от схемы шасси. Рис. 1. Основные геометрические параметры, влияющие на профильную проходимость автомобиля С величиной дорожного просвета тесно связан радиус поперечной проходимости r. Величина его тем меньше, чем больше дорожный просвет. Он зависит также от величины колеи — чем больше колея В, тем больше радиус r. Но величина колеи колеблется в сравнительно небольших пределах, так как она определяется шириной автомобиля. Автомобили, имеющие меньший радиус r, имеют лучшую профильную проходимость при движении вдоль кюветов, бугров и других продольных неровностей. Схема шасси (количество осей) влияет на радиус продольной проходимости R. Чем больше осей у автомобиля, тем он меньше и тем более крутые неровности может преодолевать автомобиль. Наименьшим радиусом продольной проходимости обычно располагают четырехосные автомобили, так как у них наименьшее расстояние между средними осями. Эти автомобили могут преодолевать острые холмы, крутые овраги, гребни песчаных барханов и даже лесные завалы. Различна способность автомобилей преодолевать глубокие канавы с крутыми стенками. Так, при ширине канавы более 0,8-0,9 диаметра колеса, двух- и трехосные автомобили не смогут ее преодолеть. Четырехосные же автомобили преодолевают такие препятствия и даже большие без затруднений (рис.2). Профильная проходимость и величина дорожного просвета в значительной степени определяются диаметром колеса. Чем больше диаметр колеса, тем большие неровности — канавы, бугры, уступы может преодолеть автомобиль. Рис. 2. Влияние схемы автомобиля на его способность преодолевать глубокие канавы с крутыми стенками Опорная проходимость автомобиля, виды грунтов, сопротивление движению и тяговая реакция. Возможности движения по бездорожью колесных автомобилей высокой проходимости, в первую очередь, определяются состоянием опорной поверхности (грунт, песок или снег) и характером взаимодействия колес с этой поверхностью. При движении автомобиля его ведущие колеса оказывают на опорную поверхность не только вертикальную нагрузку, но и сдвигающее усилие. Способность опорной поверхности (грунта, песка и др.) противодействовать сдвигу называется сопротивлением сдвига или тяговой реакцией грунта. От соотношения величины этой реакции и величины сопротивления движению зависит способность автомобиля двигаться в данных условиях. Если величина тяговой реакции больше сил сопротивления движению, автомобиль двигается, если же меньше, то происходит остановка и полное буксование колес. Разница между силой тяги, развиваемой колесами по сцеплению с грунтом (тяговой реакцией грунта) и силой сопротивления движению, является запасом тяги. Чем больше этот запас тяги, тем выше проходимость. Тяговая реакция грунта, находящегося под ведущими колесами, является переменной величиной и зависит от прочностных и других характеристик самого грунта, от величины и характера нагрузки, производимой колесом, конструктивных особенностей колеса, степени его пробуксовки. Характер нагрузки, производимой на грунт, различен у неподвижного колеса, буксируемого и ведущего. Если просто опустить колесо на участок слабого, деформируемого грунта и нагрузить его вертикальной силой G (рис.3,а), то нагрузка будет действовать в площадке контакта, стремясь вызвать уплотнение грунта вниз и в стороны. Однако основное направление деформации и уплотнения, влияющее на величину тяговой реакции, вертикальное. Если же это колесо начать буксировать или толкать, приложив горизонтальную силу Рв в центре его вращения, то оно начнет перекатываться, деформируя перед собой грунт и оставляя в нем колею (рис.3,б). В этом случае на грунт, помимо основной, вертикальной нагрузки, действует нагрузка, связанная со свободным качением колеса. Она вызывает деформацию грунта как в вертикальном направлении, так и в горизонтальном, так как имеется некоторый сдвиг грунта перед катящимся колесом. Так воздействует на грунт неведущее колесо автомобиля при его движении. Рис. 3. Упрощенная схема сил, действующая в контакте колеса с грунтом Если к колесу приложить крутящий момент Мкр, к перечисленным двум видам нагрузки, действующим на деформируемый грунт, добавляется тяговая нагрузка, действующая в зоне контакта колеса с грунтом. Эта нагрузка стремится сдвинуть грунт, находящийся под колесом, в сторону, противоположную движению автомобиля (рис.3,в). Именно этой нагрузке противодействует тяговая реакция грунта. Большая часть слабых грунтов не выдерживает нагрузок современных колесных машин, в том числе и автомобилей высокой проходимости. При движении по таким грунтам происходит частичное или полное разрушение его верхнего слоя, пластическая деформация или течение части грунта. Величина разрушения или деформации грунта, т. е. глубина колеи у ведущего колеса больше, чем у ведомого, даже при одинаковой вертикальной нагрузке, так как перечисленные виды нагрузок, производимых колесом на грунт, определенным образом суммируются. В большинстве случаев движение автомобиля по слабым грунтам происходит с частичной пробуксовкой ведущих колес, т. е. колесо, проскальзывая по грунту, сдвигает его верхний слой в зоне контакта с частичным или полным разрушением. Если грунт под колесом от действия вертикальной нагрузки не уплотняется, то величина его тяговой реакции существенно снижается. В таких случаях ведущее колесо срезает грунт и углубляется, т. е. буксует. Это явление характерно для сильно накаченной шины, не имеющей зоны плоского контакта с грунтом. Если грунт под действием вертикальной нагрузки уплотняется колесом, что характерно для шин, работающих с низким внутренним давлением, то величина колеи получается меньшей, а тяговая реакция такого уплотненного грунта существенно возрастает. Большая часть слабых грунтов лежит на твердом основании (размокший верхний слой, пашня, снежный покров, неглубокие заболоченные участки). Поэтому погружение колес, 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 контакта, 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 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/см 2 . 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/см 2 , 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/см 2 . 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/см 2 ). 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/см 2 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. |