Меры повышения проходимости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Меры повышения проходимости

В брошюре объясняются явления, происходящие при движении грузовых автомобилей и автопоездов по мягкому деформируемому грунту, рассматриваются Эксплуатационные меры повышения проходимости грузовых автомобилей с применением различных приспособлений, а также даются рекомендации по вождению автомобилей и автопоездов по плохим дорогам и вне дорог.

Брошюра предназначается для повышения военно-технических знаний офицеров, занимающихся эксплуатацией автомобилей, и технически подготовленных водителей.

грузовой автомобиль шина противоскольжение

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава I. Особенности движения автомобиля по плохим дорогам и вне дорог

1. Условия движения

2. Силы сопротивления движению автомобиля

3. Силы, движущие автомобиль

4. Возможности преодоления препятствий

5. Особенности движения автопоезда

Глава II. Способы повышения проходимости автомобиля

1. Эксплуатационные меры по обеспечению возможности движения автомобилей

2. Применение специальных шин

3. Применение цепей противоскольжения и других легкосъемных приспособлений

4. Простейшее оборудование автомобилей для преодоления препятствий

5. Применение приспособлений для самовытаскивання автомобилей

Глава III. Вождение автомобилей по плохим дорогам и вне дорог

1. Подготовка автомобиля

2. Общие рекомендации по вождению автомобилей в сложных дорожных условиях

3. Вождение автомобилей по труднопроходимым участкам дорог и местности

4. Приемы преодоления некоторых препятствий

5. Особенности вождения автопоездов

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Под проходимостью автомобиля обычно понимают его способность к движению своим ходом по плохим дорогам и вне дорог с выполнением в этих условиях какой-либо транспортной работы: перевозки грузов, буксировки прицепов и т. п.

Проходимость автомобилей имеет важное народно-хозяйственное и особенно оборонное значение.

Большое количество автомобилей работает в сельском хозяйстве, на строительстве и в некоторых отраслях промышленности (лесной, нефтяной и др.) преимущественно в тяжелых дорожных условиях. А условия ведения современных боевых действий требуют быстрого передвижения войск на автомобилях по любым дорогам и по бездорожью. Поэтому повышение проходимости автомобилей представляет собой важную государственную задачу.

Проходимость автомобиля зависит:

--от конструктивных особенностей машины, т.е. от ее приспособленности к движению по данной грунтовой поверхности;

--от состояния грунтовой поверхности, т.е. от ее пригодности для движения подобной машины;

--от мастерства водителя, его умения наиболее полно в конкретной обстановке использовать возможности машины.

Поэтому задача повышения проходимости автомобилей должна решаться и решается комплексно, т.е. одновременным принятием мер по всем указанным направлениям. Семилетним планом развития народного хозяйства нашей страны на 1959--1965 гг. предусмотрено не только существенное увеличение производства автомобилей, но и конструктивное их улучшение. При создании новых и модернизации выпускаемых автомобилей предусматриваются повышение мощности двигателей, применение привода на все колеса, применение гидравлической силовой передачи и самоблокирующихся дифференциалов, усовершенствование подвесок и других узлов и агрегатов, обеспечивающих повышение проходимости автомобилей. Вносятся конструктивные изменения, направленные на облегчение управления автомобилем: улучшение обзорности из кабины, применение регулируемых по высоте сидений и гидроусилителей руля, установка, четко управляемых коробок передач и т.п.

Увеличивается объем строительства автомобильных дорог, причем к решению этой задачи привлекаются наряду с государственными дорожно-строительными организациями различные предприятия, совхозы и колхозы.

Предусматриваются также дальнейшее развитие и усовершенствование дела подготовки водительских кадров.

Однако указанные меры не снижают ответственности за повышение проходимости автомобилей тех лиц, которые непосредственно занимаются эксплуатацией автотранспорта. Эффективность использования автотранспорта в конкретной обстановке может быть существенно повышена путем:

1. правильного (с учетом особенностей устройства автомобилей различных марок) распределения работы между машинами наличного парка и определения наилучших маршрутов для их движения;

2. своевременной подготовки машин к работе, обеспечения их приспособлениями, наиболее эффективно повышающими проходимость в данных условиях, и правильного применения этих приспособлений;

3. непрерывного повышения технических знаний и совершенствования мастерства водителей автомобилей.

Цель настоящей брошюры состоит в том, чтобы помочь эксплуатационникам разобраться в явлениях, происходящих при движении автомобилей в сложных дорожных условиях, и научить их принимать в своей повседневном работе наиболее эффективные меры для повышения проходимости автомобилей. Поэтому в брошюре рассматриваются некоторые вопросы теории автомобиля, связанные с его движением по мягкому грунту и преодолением различных дорожных препятствий, принципы действия и способы применения наиболее распространенных приспособлений для повышения проходимости автомобилей, а также даются рекомендации по вождению автомобилей для характерных случаев движения по плохим дорогам и вне дорог в сложных условиях. В связи с расширением использования автомобилей для буксировки специальных и транспортных прицепов в брошюре также рассматриваются особенности движения и вождения автопоездов.

ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ ПО ПЛОХИМ ДОРОГАМ И ВНЕ ДОРОГ

1. Условия движения

Под движением автомобилей по плохим дорогам и вне дорог обычно понимается движение по маршрутам, включающим участки разбитых или слабо наезженных грунтовых дорог на избыточно увлажненных связных или сухих сыпучих грунтах, (неудобные для движения объезды вокруг неисправных или разрушенных мостов, водные преграды. При движении по таким маршрутам на пути относительно небольшой протяженности могут оказаться размокший глинистый грунт и сухой сыпучий песок, а в зимнее время - скользкая обледенелая дорога и снежная целина, участки пересеченной местности и низменная болотистая равнина, сравнительно ровная дорожная поверхность и, наоборот, поверхность, имеющая большое количество ям, выбоин, кочек, пней, валунов и т.п. При большом разнообразии дорожных условий для таких маршрутов в целом характерно наличие мягкой, деформируемой колесами автомобиля дорожной поверхности, значительных продольных и поперечных уклонов, большого количества крутых поворотов и различных дорожных препятствий.

Характер движения автомобиля определяется соотношением между движущей силой и силами сопротивление движению. Если они равны между собой, то движение совершается с постоянной скоростью. Если движущая сила больше сил сопротивления движению, то автомобиль движется ускоренно; в этом случае возможны трогание с места и разгон автомобиля, причем разгон при прочих равных условиях будет тем интенсивнее, чем больше будет разность между движущей силой и силами сопротивления движению. Если же движущая сила меньше сил сопротивления движению, то автомобиль движется замедлению, останавливается, и возобновить движение при таком соотношении движущей силы и сил сопротивления невозможно. Наступает явление, называемое потерей проходимости автомобилем. Такое явление характерно для движения автомобиля по мягкой, деформируемой колесами машины дорожной поверхности, когда резко возрастают силы сопротивления движению, а также для движения по скользким дорогам, связанного с резким снижением движущей силы.

Явление потери проходимости автомобилем может наступить и при нарушении геометрических соотношений между контурами автомобиля и формой преодолеваемых препятствий: пней, камней, осушительных канав, траншей, т.е. тогда, когда движение автомобиля становится невозможным из-за задевания его за препятствия.

Наиболее труднопроходимы размокшие дороги на связных грунтах, особенно в период весенне-осенней распутицы, а также заболоченные участки местности, участки с переувлажненными связными и сухими сыпучими грунтами, снежная целина, пашни с грядовой обработкой, участки с пнями, камнями, осушительными канавами, траншеями и пр.

Очевидно, что для возобновления движения застрявшего автомобиля или для предотвращения его застревания в тяжелых дорожных условиях необходимо принять меры, которые обеспечили бы в конкретной обстановке превышение движущей силы над силами сопротивления движению машины или позволили бы преодолеть встретившееся препятствие.

Для этого важно выяснить, что представляют собой силы сопротивления движению и движущая сила автомобиля, под влиянием каких факторов они могут изменяться, а также какие геометрические параметры автомобиля определяют возможности его использования в различных условиях бездорожья.

2. Силы сопротивления движению автомобиля

В общем случае, т.е. при ускоренном движении автомобиля на подъем, силы сопротивления его движению (рис. 1) слагаются из силы сопротивления качению Рf, силы сопротивления подъему Рi, силы сопротивления воздушной среды Рw и силы инерции Рj.

Сила сопротивления качению Рf обусловлена потерями энергии главным образом на деформацию шин и деформацию дорожной поверхности при движении автомобиля и слагается из сил сопротивления качению его отдельных колес (Pf1 и Рf2). Она включает также потери на трение в подшипниках колес и в элементах подвески машины.

Рис 1 Силы действующие на автомобиль при его ускоренном движении на подъем

Рр - сила тяги автомобиля, Рi -сила сопротивления подъему, Pw -- сила сопротивления воздушной среды, Рf1и Рf2 - силы сопротивления качению передних и задних колес, Рj - сила инерции, Gа --общий вес автомобиля.

В случае качения автомобильного колеса по дороге с твердым покрытием или по весьма плотному естественному грунту практически заметна только деформация шины и сопротивление качению представляет собой в основном затрату энергии на внутреннее трение в материале шины, а также на трение элементов шины о дорожную поверхность. Величина деформации шины, а, следовательно, и сопротивление качению колеса отражают влияние многих факторов; среди них определяющими будут нагрузка на колесо, а также материал и степень ровности дорожной поверхности.

При движении по мягкому грунту отчетливо наблюдаются как деформация шины, так и деформация грунта; колесо с деформируемой шиной погружается в грунт, образуя при движении автомобиля колею. Сопротивление качению в этом случае слагается из затрат энергии на деформацию грунта, деформацию шины, трение элементов шины о грунт, а также на преодоление прилипания грунта к поверхности шины. Наибольшими по величине являются потери на деформации грунта и шины; потери энергии на трение элементов шины о грунт и на преодоление прилипания грунта обычно невелики.

Глубина погружения колеса в грунт зависит от нагрузки на него и от сопротивления грунта вдавливанию. Нагрузка, приходящаяся на единицу площади контакта шины колеса с грунтом (так называемое удельное давление шины на грунт), по мере погружения колеса в грунт уменьшается, так как площадь контактной поверхности шины при этом увеличивается, а сопротивление грунта вдавливанию в него колеса возрастает с увеличением глубины вдавливания. Колесо будет погружаться в грунт до тех пор, пока между удельным давлением на грунт и сопротивлением грунта вдавливанию не установится равновесие.

Между деформацией шины н деформацией грунта существует обратная зависимость: при возрастании деформации грунта деформация шины уменьшается и, наоборот, при уменьшении деформации грунта деформация шины возрастает. При этом потери энергии, вызываемые деформацией грунта, прогрессивно возрастают с увеличением глубины колеи, образуемой за один проход, а изменение потерь энергии на деформации шины в обычных эксплуатационных условиях менее значительно. В результате можно считать, что чем больше глубина колеи, тем больше и сопротивление качению.

В тех случаях, когда глубина колеи превышает величину дорожного просвета автомобиля, к силе сопротивления качению добавляется сила сопротивления грунта смятию картерами низко расположенных агрегатов (ведущий мост, коробка передач), в результате чего общее сопротивление движению автомобиля резко возрастает.

Математическое выражение силы сопротивления качению автомобильного колеса может быть определено из схемы, показанной ша рис. 2. Предположим, что качение колеса происходит с постоянной скоростью и по горизонтальной поверхности. Сила ZK -- реакция грунта на колесо (равнодействующая элементарных вертикальных реакций, действующих со стороны дороги на протектор шины) -- смещается от оси колеса в направлении движения на некоторую величину а.

Рис. 2. Схема действия сил на автомобильное колесо

а-при качении колеса по жесткой опорной поверхисстни б-при качении колеса по мягкому грунту, ZK --реакция грунта на колесо Gк, - нагрузка приходящаяся на колесо, Т -- толкающая сила, Pfк-сила сопротивления качению колеса

Такое смещение силы Zк, при качении колеса по твердой поверхности обусловлено тем, что деформации шины в передней части контакта ее с дорогой нарастают, а в задней снижаются; при качении колеса по мягкому грунту к нарастающим деформациям шины в передней части контакта с дорожной поверхностью добавляются также нарастающие деформации групп.

В результате смещения силы ZK, равной по величине Gк (нагрузке на колесо), возникает пара сил ZK и Gк, создающая противодействующий качению колеса момент Gкa. Для того чтобы колесо равномерно катилось, к нему следует приложить толкающую силу Т, которая вместе с силой сопротивления качению колеса Рfктакже образует пару сил с плечом rк (радиусом качения колеса), создающую момент Рfкrк

Из равенства этих моментов как обязательного условия равномерного качения колеса можно определить силу Pfк :

Отношение называют коэффициентом сопротивления качению и обозначают буквой f. Очевидно, что сила сопротивления качению автомобиля общим весом Ga в общем случае движения, т.е. при движении на подъем под углом б, будет иметь выражение

Рf= fGб.cos б

Сила сопротивления качению может изменяться, но величине, но она всегда противодействует движущей силе.

Из последней формулы следует, что уменьшение силы сопротивления качению автомобиля можно достигнуть путем снижения общего веса автомобиля или уменьшением коэффициента сопротивления качению f.

Однако, уменьшая вес перевозимого груза с целью снижения общего веса автомобиля, не всегда можно получить желаемый результат. Более целесообразно использовать возможности уменьшения величины коэффициента сопротивления качению f. Значения коэффициента f. для различных дорожных условий приведены в табл. 1.

Таблица 1

Характер и состояние дорожной поверхности	Значение f.
Асфальтированное шоссе в хорошем состоянии	0,015-0,02
То же, в удовлетворительном состоянии	0,02-0,025
Булыжная мостовая без выбоин	0,025-0,032
То же, с выбоинами	0,035-0,05
Грунтовая дорога сухая укатанная	0,025-0,035
То же, после дождя	0,05-0,15
То же, в распутицу	0,1-0,25
Грунтовая целина песчаная сухая	0,1-0,3
То же, песчаная влажная	0,06-0,15
То же, глинистая сухая	0,04-0,06
То же, глинистая влажная	0,1-0,2
То же, глинистая размокшая	0,2-0,3
Болотистая луговина, покрытая дёрном	0,15-0,3
Снежная дорога укатанная	0,03-0,05
Обледенелая дорога	0,015-0,03
Снежная целина	0,1-0,3

Рассмотрим, за счет чего при неизменных дорожных условиях и техническом состоянии автомобиля можно добиться снижения величины коэффициента f

Из рассмотрения явлений, происходящих при качении автомобильного колеса по мягкому грунту, т.е. в условиях, характеризующихся наиболее высокими значениями коэффициента f, следует, что уменьшение сопротивления качению может быть достигнуто снижением величины удельного давления колеса на грунт, что приводит к уменьшению глубины образуемой колеи. Снижение удельного давления при неизменной нагрузке на колесо достигается увеличением площади контакта шины с грунтом путем применения шин с большим наружным диаметром, с более широким профилем и с меньшей величиной внутреннего давления воздуха.

Деформация грунта под колесами автомобиля происходит не мгновенно, а в течение некоторого промежутка времени. В связи с этим в определенных условиях целесообразно повысить скорость движения автомобиля, чтобы сократить время действия нагрузки на поверхность грунта, т.е. уменьшить глубину образующейся колеи снизить таким образом сопротивление качению автомобиля.

Сила сопротивления подъему Рi противодействует движению автомобиля на подъем; при движении автомобиля по горизонтальной поверхности она равна нулю, а при движении под уклон способствует движущей силе. Величина силы сопротивления подъему определяется выражением

Pi = GaSin б

При движении автомобиля по пересечённой местности сила сопротивления подъему может оказаться довольно значительной.

Силы сопротивления качению и подъему автомобиля характеризуют дорожные условия, и поэтому их часто объединяют в так называемые дорожные сопротивления (Pц)

Pц = Pf + Pi= Ga. {f cos а + sin а).

Для подъемов, наиболее часто встречающихся на маршрутах движения автомобилей, можно принять cos a равным единице, a sin~tgб=i, т.е. уклону дороги; тогда

Pц = Pf + Pi= Ga. (f +i) = Gбц

Где i -- продольный уклон дороги, выраженный десятичной дробью;

ц- коэффициент суммарного сопротивления дороги

Сила сопротивления воздушной среды Рщ, возникает при движении как результат давления воздуха на лобовую поверхность автомобиля, трения воздуха о его боковую поверхность и образования разрежения позади машины.

Сила сопротивления воздушной среды, как и сила сопротивления, качению, всегда противодействует движущей силе; однако ее действие становится заметным лишь при относительно высокой скорости движения автомобиля (40--50 км/час и выше). Поэтому при расчетах, касающихся движения автомобилей в тяжелых дорожных условиях, ею можно пренебречь.

Сила инерции Pj появляется при изменении скорости движения.

Сила инерции, так же как и сила сопротивления подъему, может изменяться и по величине и по направлению; при разгоне автомобиля она увеличивает силы сопротивления движению, при движении с постоянной скоростью она равна нулю, а при замедленном движении способствует движущей силе.

Величина силы инерции (без учета ускорения вращения ведомых колес автомобиля) может быть определена по формуле

где Ga--вес автомобиля, g --ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек2;

j--ускорение движения автомобиля. Максимальные ускорения отечественных грузовых автомобилей достигают 1--1,5 м/сек2, следовательно, сила инерции может быть достаточно большой.

3. Силы, движущие автомобиль

В общем случае движения силой, движущей автомобиль, является касательная реакция дороги на ведущие колеса автомобиля. Она возникает в результате воздействия окружной силы, развиваемой на ведущих колесах автомобиля, на дорогу и направлена вдоль опорной плоскости. Эта сила оказывает обратное воздействие на ведущие колеса и, передаваясь на раму автомобиля, вызывает перемещение машины по дорожной поверхности.

В некоторых частных случаях, например при движении автомобиля под уклон, движущей силой, как уже отмечалось, может стать сила Pi а при замедленном движении-- сила Рj.

Развиваемая на ведущих колесах автомобиля окружная сила (называемая также силой тяги) может быть определена по формуле

Где Мк -- крутящий момент двигателя,

iт --передаточное число трансмиссии,

зт-- механический КПД трансмиссии,

rк - радиус качения колеса;

I1- - момент инерции маховика,

Iк2--суммарный момент инерции ведущих колес.

е1-- угловое ускорение маховика;

ек2--угловое ускорение ведущего колеса

Изменяя подачу топлива и переключая передачи, можно изменять величину крутящего момента, подводимого к ведущим колесам, и, следовательно, силу тяги.

Из приведенной выше формулы (см. первый член) видно, что максимального значения силы тяги можно достичь включением низшей передачи и поддержанием режима работы двигателя на средних оборотах, при которых, как известно, крутящий момент двигателя достигает наибольшего значения. Второй член правой части формулы.характеризует затраты энергии на ускорение вращения маховика и ведущих колес при разгоне автомобиля (ускорением вращения шестерен, валов и пр. пренебрегают) и освобождение энергии при замедленном ею движении. При равномерном движении второй член формулы обращается в нуль, а при замедленном движении приобретает положительный знак.

Взаимодействие между ведущим колесом и дорожной поверхностью, обусловливающее возникновение касательной реакции и движения автомобиля, возможно благодаря сцеплению ведущего колеса с дорогой. Сущность этого явления состоит в том, что в месте контакта шины ведущего колеса с дорогой возникает сила, препятствующая проскальзыванию колеса относительно дороги; она носит название силы сцепления.

При движении автомобиля по дороге с твердым покрытием или по весьма плотному естественному грунту поверхность контакта ведущею колеса с дорогой ограничивается площадью выступов протектора шины, соприкасающихся с дорогой. Сила сцепления в данном случае представляет собой только силу трения между выступами протектора шины и дорожной поверхностью; при неизменных дорожных условиях сила сцепления пропорциональна в основном нагрузке на колесо.

При движении по деформируемому грунту контактная поверхность шины с дорогой распространяется на большую часть площади протектора и включает при достаточной глубине колеи, кроме этого, часть площади боковин покрышки. Сила сцепления ведущего колеса с грунтом в этом случае слагается:

--из силы трений между шиной и грунтом по площади опорной поверхности выступов протектора и боковин покрышки;

--из силы сопротивления грунта уплотнению боковой поверхностью выступов протектора по площади, определяемой глубиной их погружения в грунт;

--из силы сопротивления грунта, оказавшегося между соседними погрузившимися в грунт выступами протектора, сдвигу (срезанию) по площади впадин протектора.

Значение каждой составляющей зависит от характера и состояния грунта и от конструкции шины. Что касается их зависимости от нагрузки на колесо, то можно считать, что сила трения между шиной и грунтом изменяется пропорционально нагрузке на колесо, сила сопротивления грунта уплотнению боковой поверхностью выступов протектора также зависит от нагрузки на колесо, так как она влияет на глубину внедрения выступов протектора в грунт и на уплотнение грунта под колесом. Сила же сопротивления грунта сдвигу слагается из сил сцепления между частицами грунта, не зависящих от нагрузки на колесо и определяемых только характером и состоянием грунта и площадью сдвига, и сил внутреннего трения грунта, определяемых как грунтовыми условиями, так и нагрузкой на колесо.

Таким образом, взаимодействие ведущего колеса с мягким грунтом представляется довольно сложным.

Качение ведущих колес автомобиля по какой-либо поверхности возможно, если возникающая при этом сила сцепления не меньше силы тяги, развиваемой на ведущих колесах. Только при этом условии ведущие колеса катятся без пробуксовки и сила тяги полностью используется для движения автомобиля; в противном случае колеса пробуксовывают, для движения автомобиля используется лишь часть силы тяги, равная величине силы сцепления, а остальная ее часть расходуется на ускорение вращения буксующих колес. Отсюда видно, какое значение для проходимости автомобиля имеет повышение силы сцепления.

Величина силы сцепления ведущего колеса с дорогой определяется формулой

Рц= Zц

где Z -- нормальная, т.е. действующая в направлении, перпендикулярном к опорной плоскости, реакция дороги;

ц--коэффициент сцепления.

При нахождении автомобиля на горизонтальной площадке нормальная реакция дороги на колесо равна по величине весу машины, приходящемуся на это колесо. Перераспределение веса машины по осям в движении под влиянием силы инерции, сопротивления воздушной среды, продольных уклонов и подводимого к ведущим колесам крутящего момента, а также неравномерность распределения осевой нагрузки между колесами под влиянием поперечных уклонов дорожной поверхности и перекосов осей в условиях работы на плохих дорогах и вне дорог трудно учесть и использовать для повышения силы сцепления. Поэтому силу сцепления ведущих колес автомобиля с дорожной поверхностью для практических целей можно считать равной

Рц= Gсцц

Где Gсц -- сцепной вес, т.е. вес автомобиля, приходящийся на ведущие колеса (определяемый при нахождении машины на горизонтальной площадке).

Повышение сцепного веса для увеличения силы сцепления автомобилей со всеми ведущими колесами может быть достигнуто включением переднего ведущего моста. Некоторые возможности повышения отношения сцепного веса к общему весу машины заложены также и в конструкции грузовых автомобилей обычной проходимости, компоновка этих машин такова, что вес груза, равномерно распределенного по площади грузовой платформы, почти полностью передается на заднюю ось, благодаря этому на скользкой дороге, например, проходимость груженых машин будет лучше, чем порожних.

Величина коэффициента сцепления ц определяется в основном характером н состоянием дорожной поверхности (см. табл. 2).

Таблица 2

Характер и состояние дорожной поверхности	Значение ц
Асфальтированное шоссе сухое	0,7-0,8
То же, мокрое	0,5-0,6
То же, покрытое грязью	0,25-0,45
Булыжная мостовая сухая	0,6-0,7
Грунтовая дорога сухая укатанная	0,5-0,6
То же, после дождя	0,2-0,4
То же, в распутицу	0,15-0,3
Грунтовая целина песчаная сухая	0,2-0,3
То же, песчаная влажная	0,4-0,5
То же, глинистая сухая	0,4-0,5
То же, глинистая влажная	0,2-0,4
То же, глинистая размокшая	0,15-0,25
Болотистая луговина, покрытая дёрном	0,1-0,4
Снежная дорога укатанная	0,3-0,5
Обледенелая дорога	0,05-0,1
Снежная целина	0,2-0,4

При неизменных грунтовых условиях коэффициент сцепления может несколько изменяться под влиянием ряда факторов.

Он может быть существенно увеличен применением шин со специальным рисунком протектора и различных приспособлений, обеспечивающих лучшее взаимодействие ведущего колеса с грунтом. Коэффициент сцепления повышается в большинстве случаев также при увеличении площади контакта ведущих колес с грунтом за счет вовлечения во взаимодействие с ними большей массы грунта и увеличения числа, взаимодействующих с грунтом в месте контакта так называемых активных грунтозацепов, в связи, с чем полезны уширение профиля шины и снижение внутреннего давления воздуха в шипах. Эти вопросы в дальнейшем будут разобраны более подробно.

Коэффициент сцепления с повышением нагрузки на колесо очень незначительно, но все же уменьшается, в результате чего сила сцепления возрастает не прямо пропорционально нагрузке, а в меньшей степени. Причина данного явления состоит в том, что некоторые составляющие силы сцепления, как было указано, не зависят от величины нагрузки на колесо и, несмотря на возрастание нагрузки, остаются неизменными.

Сила сцепления зависит и от плавности подведения крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, особенно при трогании с места и переключении передач. При рывках сопротивление грунта смятию и сдвигу уменьшается.

4. Возможности преодоления препятствий

Способность автомобиля преодолевать препятствия, обходить их, маневрировать между ними характеризуется в основном так называемыми геометрическими параметрами проходимости машины.

Например, высота препятствий в виде пней, камней, кочек и т. п., которые могут быть преодолены автомобилем без задевания их, а также глубина колеи, по которой автомобиль может двигаться без задевания дорожной поверхности в межколейном пространстве, определяются величиной дорожного просвета, т. е. расстоянием низшей точки машины от опорной плоскости. Обычно дорожный просвет измеряют под картером ведущего моста автомобиля.

Продольный радиус проходимости r3 (рис. 3) характеризует способность автомобиля преодолевать препятствия в виде кюветов, канав, земляных насыпей, валов и т. п.

Рис. 3. Продольный радиус проходимости и углы свеса автомобиля:

r3 - продольный радиус проходимости; г1 - передний угол свеса; г2 - задний угол свеса.

Чем меньше этот радиус, тем выше проходимость автомобиля. Передний г1 и задний г2 углы свеса характеризуют способность автомобиля преодолевать те же препятствия, которые перечислены для продольного радиуса проходимости; чем больше углы свеса, тем меньше вероятность задевания за грунт передним буфером или сцепным прибором при преодолении канав, кюветов и других подобных пре­пятствии.

Высота преодолеваемого автомобилем порога, т.е. препятствия, имеющего вертикальную стенку и горизонтальные полки, а также ширина рва, преодолеваемого поверху, без опускания колес на дно рва определяются размером колес машины. Считают, что автомобиль общего назначения в состоянии преодолеть порог высотой не более 2/3 радиуса колеса, а автомобиль повышенной проходимости -- порог высотой, равной радиусу колеса. Считают также, что автомобиль общего назначения в состоянии преодолевать ров шириной 1,1 радиуса колеса при прочных, т.е. неосыпающихся и несминающнхся, его кромках, а автомобиль повышенной проходимости -- ров шириной 1,3 радиуса колеса.

Способность автомобиля к преодолению водных преград вброд зависит от целого ряда конструктивных особенностей автомобиля и определяется опытным путем. Обычно в технических данных автомобиля приводится глубина преодолеваемого машиной брода.

Способность автомобиля к движению по узким извилистым проездам и к разворотам «а ограниченной площади характеризуется величиной наименьшего радиуса поворота, также определяемой опытным путем и приводимой в технических данных машины. Другим показателем той же способности машины является так называемая ширина габаритного коридора (ширина проезда В, рис. 4). Необходимая ширина проезда с уменьшением радиуса R поворота при прочих равных условиях возрастает, поэтому ширина габаритного коридора должна определяться при наименьшем радиусе поворота.

Возможность движения автомобиля по косогорам зависит от ширины колеи и высоты расположения центра тяжести машины; чем выше центр тяжести и чем меньше ширина колеи, тем меньше боковая устойчивость машины.

В технических характеристиках автомобиля приводится иногда величина преодолеваемого им подъема. Этот показатель, однако, не характеризует продольной устойчивости машины; он определяет крутизну подъема, преодолеваемого по условиям сцепления ведущих колес с дорожной поверхностью - сухим плотным грунтом. В реальных условиях движения по плохим дорогам и вне дорог преодоление подъемов такой крутизны, как правило, не обеспечивается, и данный показатель служит лишь для сравнительной оценки проходимости различных автомобилей.

Рис 4 Схема поворота автомобиля:

R- радиус поворота (по колее внешнего переднего колеса); б - вылет крыла; В - необходимая ширина проезда.

Приведенные параметры обусловлены конструкцией автомобиля, и их изменение для улучшения его проходимости эксплуатационными средствами в большинстве случаев невозможно.

Понятия «задевание за препятствие» и «потеря проходимости на препятствии» не всегда равнозначны. Так например, преодоление кювета в мягком, легко деформируемом грунте может быть успешным, несмотря на задевание за грунт сцепным прибором, так как это не угрожает какими-либо последствиями. При мерзлом же или каменистом грунте подобное задевание грозит потерей проходимости или поломкой машины. Преодоление какого-либо участка с поперечным уклоном в пределах бокового крена, не нарушающего устойчивости машины, при плотном сухом грунте не составляет сложности; при мягком же или скользком грунте возникает реальная угроза опрокидывания или сползания машины. Выезд на крутом повороте за пределы проселочной полевой дороги обычно не влечет за собой каких-либо серьезных последствий, чего, однако, нельзя сказать о подобных случаях при движении по горной дороге.

Поэтому нельзя оценивать возможность преодоления автомобилем того или иного препятствия на основании только упомянутых геометрических соотношений, следует учитывать и реальные условия движения.

5. Особенности движения автопоезда

Автопоезд, т.е. автомобиль-тягач с одним или несколькими прицепами, при движении находится под действием тех же сил, что и одиночный автомобиль. Но сила сопротивления движению у автопоезда по сравнению с силой сопротивления движению у одиночного автомобиля возрастает пропорционально увеличению общего веса автопоезда, тогда как максимальные значения силы тяги и силы сцепления остаются практически неизменными. Из этого следует, что движение автопоездов возможно лишь в дорожных условиях, более благоприятных, чем движение одиночных автомобилей.

Прицепы не влияют в основном на геометрические параметры автопоезда, характеризующие его способность к преодолению препятствий; однако маневренность автопоезда по сравнению с одиночным автомобилем хуже.

Наименьший радиус поворота автопоезда такой же, как у одиночного автомобиля. Это дает возможность развернуть автопоезд для следования в обратном направлении без осаживания задним ходом на площади, достаточной для разворота одиночного автомобиля. Что касается ширины габаритного коридора для проезда автопоезда, то она значительно возрастает из-за смещения буксируемого прицепа к центру поворота.

Как видно из схемы на рис.5, необходимая ширина В для проезда автопоезда при неизменной величине наружного габаритного радиуса Rгн возрастает с уменьшением вылета lк сцепного прибора и с увеличением длины lд дышла и базыlп прицепа. Ширина проезда возрастает, кроме того, с увеличением числа прицепов и уменьшением радиуса поворота R.

Рис. 5. Схема поворота автопоезда:

а - с двухосным прицепом; б - с одноосным прицепом; в - с полуприцепом; R - радиус поворота (по колее внешнего переднего колеса автомобиля); Rгн - наружный габаритный радиус поворота; Rгв--внутренний габаритный радиус поворота; В -- необходимая ширина проезда автопоездаi; lк - вылет сцепного прибора автомобиля; lд -- длина дышла прицепа; lп -база прицепа (полуприцепа).

Практика показывает что при малых радиусах поворота (от 8 до 15 м) ширина проезда для автомобиля с одним двухосным прицепом на 350--600 мм больше, чем для того же автомобиля без прицепа, для автомобиля с полуприцепом такое уширение полосы проезда может достичь 1 м, а при буксировке двух двухосных прицепов - 1,5 м. Только при радиусах поворота 40 м и больше можно считать, что прицеп идет по колее, проложенной тягачом, и не создает увеличения ширины проезда

Развороты для следования в обратном направлении, выполняемые с осаживанием задним ходом при наличии прицепов значительно затрудняются, при двухосных при­цепах они часто практически невозможны

ГЛАВА II. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОХОДИМОСТИ АВТОМОБИЛЯ

1. Эксплуатационные меры по обеспечению возможности движения автомобилей

При рассмотрении соотношения сил сопротивления движению и сил, движущих автомобиль, можно установить, что движение автомобиля возможно, если дорожные сопротивления не превышают силы тяги, при этом необходимая сила тяги должна обеспечиваться достаточным сцеплением ведущих колес с грунтом. Это условие может быть выражено зависимостью

При достаточной силе тяги для обеспечения движения необходимо, чтобы было соблюдено следующее соотношение между ш и ц:

Так как на горизонтальном пути ш = f, условие возможности движения автомобиля можно определить из соотношения коэффициента сопротивления качению f и коэффициента сцепления ц. Из сравнения величин коэффициентов f и ц, приведенных в табл. 1 и 2, следует, что их соотношение для дорог с твердым покрытием отвечает, как правило, данному условию; что касается грунтовых дорог и бездорожья, то здесь необходимое соотношение величин коэффициентов f и ц в ряде случаев нарушается, в результате чего для обеспечения движения автомобиля необходимо принятие специальных мер.

Практика эксплуатации автомобилей позволила определить необходимые мероприятия по повышению проходимости машин, направленные на снижение коэффициента сопротивления качению автомобиля по мягкому грунту и на повышение коэффициента сцепления ведущих колес автомобиля с дорожной поверхностью.

В зависимости от конкретных условий эксплуатации повышение проходимости автомобилей может быть обеспечено применением специальных шин, улучшающих взаимодействие ведущих колес машины с дорожной поверхностью; использованием приспособлений по повышению проходимости автомобилей, также улучшающих взаимодействие колес с грунтом или создающих другие возможности для движения по труднопроходимым участкам; простейшим дооборудованием автомобилей для преодоления ими различных препятствий; наконец, правильными приемами вождения, позволяющими наиболее полно использовать технические возможности автомобиля в сложившейся обстановке.

2. Применение специальных шин

Специальные шины, применяемые для повышения проходимости автомобилей, имеют в отличие от обычных дорожных шин протекторы с крупными выступами - грунтозацепами. Некоторые типы специальных шин могут иметь, кроме того, профиль особой конфигурации и использоваться при пониженном против общепринятых норм внутреннем давлении воздуха. Шины повышенной проходимости, не отличающиеся по своим основным размерам от обычных шин, улучшают сцепление ведущих колес с дорожной поверхностью за счет действия грунтозацепов; однако такие шины обычно не обеспечивают снижения сопротивления качению автомобиля по мягкому грунту.

Эффективность применения шин повышенной проходимости определяется грунтовыми условиями, а также формой и расположением грунтозацепов на протекторе шины, т.е. рисунком протектора. Применение их на связных, относительно плотных грунтах вполне целесообразно; на рыхлых же сыпучих грунтах попытки повысить с их помощью проходимость автомобиля могут не дать желаемых результатов, так как сила сцепления ведущих колес с грунтом определяется в этих условиях в основном внутренним трением грунта.

Разнообразие рисунков протектора шин повышенной проходимости может быть сведено к небольшому числу типовых рисунков, схематично изображенных на рис. 6; первые четыре (а, б, в и г) относятся к так называемым ненаправленным, а остальные (д, е, ж и з) -- к направленным рисункам протектора. Действие шин с направленным рисунком протектора более эффективно, однако их применение имеет некоторые эксплуатационные неудобства, вызываемые тем, что направленный рисунок протектора вполне оправдывает свое назначение лишь в том случае, если шина входит в контакт с грунтом вершиной угла рисунка, в противном случае впадины протектора забиваются грунтом, шина теряет свои положительные свойства и быстро изнашивается

Рис 6 Схемы типовых рисунков протектора шин повышенной проходимости

а--«прямая елка», б -- «расчлененная прямая елка» в --«спираль», г -- «полуспираль», д и ж--«косая елка», е и з -- «расчлененная косая елка»

Это обстоятельство ограничивает возможность применения шин с направленным рисунком протектора на автомобилях, работающих с частым осаживанием задним ходом, и создает неудобства при перестановке шин, производимой в ходе эксплуатации автомобиля.

Рисунок протектора «прямая елка» (рис. 6, а) обеспечивает в плоскости качения колеса хорошее сцепление шины с дорожной поверхностью, особенно при рыхлом грунте.

Шина имеет удовлетворительную самоочищаемость, не зависящую от направления вращения колеса. Наличие сплошного пояска посредине беговой дорожки обеспечивает плавное, без толчков качение колеса по твердым дорожным покрытиям. Недостатком такого рисунка является то обстоятельство, что грунтозацепы, расположенные перпендикулярно к плоскости качения колеса, не обеспечивают устойчивости движения автомобиля в поперечном направлении. Они являются своего рода полозьями, на которых колесо, особенно на скользком грунте, легко скользит в бок. Расчленение рисунка продольными пазами (рис. 6, б) способствует устранению этого недостатка. Шины с рисунком протектора «прямая елка» успешно применяются на автомобилях при их работе на рыхлых, невысокой влажности грунтах.

Рисунок протектора «спираль» (рис. 6, в) обеспечивает удовлетворительную устойчивость движения автомобиля только в продольном направлении. Отсутствие центрального пояска на беговой дорожке приводит к некоторому повышению сопротивления качению автомобиля по твердым покрытиям. Кроме того, расположение грунтозацепов при таком рисунке протектора способствует возникновению сил, сдвигающих автомобиль при его движении в поперечном направлении.

Недостатки рисунка протектора «спираль» частично устраняются рисунком «полуспираль» (рис. 6,г), являющимся по существу модификацией «прямой елки» и «спирали». Шины с направленным рисунком протектора обеспечивают достаточную устойчивость движения автомобиля как в продольном, так и в поперечном направлении. При этом лучшими для работы в условиях тяжелого бездорожья, размокших грунтов, снежной целины являются шины, не имеющие пояска посредине беговой дорожки протектора (рис. 6, ж и з). Наличие такого пояска (рис. 6, д и е) улучшает условия качения по твердым покрытиям, но снижает эффективность действия шин вне дорог. Расчленение рисунка (рис. 6, е и з) повышает эластичность шин и улучшает их самоочищаемость, однако не устраняет общего недостатка, присущего направленным рисункам. Поэтому шины с направленным рисунком должны устанавливаться соответственно направлению вращения колеса; обычно на боковине покрышки имеется стрелка, указывающая направление вращения, в каком шина должна монтироваться на ведущее колесо автомобиля.

Применение шин повышенной проходимости на мягких влажных грунтах позволяет повысить коэффициент сцепления в 1,5--2 раза, однако на ледяных и укатанных снежных дорогах оно может привести к обратному результату. Вследствие малой площади контакта с твердой опорной поверхностью удельное давление значительно повышается, что способствует подтаиванию льда или снега под грунто - зацепами протектора шины и последующему скольжению колеса. В данных условиях более целесообразно применять обычные шины с мелким, так называемым дорожным, рисунком протектора.

Шины с регулируемым давлением воздуха и арочные шины позволяют не только повысить сцепление ведущих колес с дорожной поверхностью, но и снизить сопротивление качению.

По сравнению с обычными шинами они имеют крупные грунтозацепы на протекторе, значительно более широкий профиль и могут работать с пониженным внутренним давлением воздуха.

Широкий профиль и высокая эластичность таких шин, обеспечивающие хороший контакт их с неровностями дорожной поверхности, существенно понижают удельное давление. Поверхность контакта шин с мягким грунтом может принять вогнутую форму, в результате чего грунт не выдавливается из-под колес, как это наблюдается при обычных шинах, а уплотняется под ними. Кроме того, благодаря своей эластичности шины противодействуют разрушению грунта и началу буксования ведущих колес при резком нарастании окружной силы, например при трогании с места, переключении передач и т.п. Данные особенности взаимодействия шины с грунтом способствуют уменьшению деформации грунта, что снижает сопротивление качению и улучшает сцепление колеса с мягким грунтом.

Преимуществом шин с регулируемым давлением воздуха является их универсальность, обеспечивающая надежное движение автомобиля в самых различных дорожных условиях. Водитель, не выходя из кабины автомобиля, может изменять давление воздуха в шинах.

Величина давления воздуха в шинах должна устанавливаться в зависимости от характера и состояния дорожной поверхности: чем мягче дорожная поверхность, тем ниже должно быть давление воздуха.

Однако при этом нужно иметь в виду, что понижение внутреннего давления целесообразно лишь до известного предела; излишнее снижение давления вызывает увеличение сопротивления качению из-за возрастания потерь энергии на деформацию шины (при малых потерях на деформацию грунта). Такая зависимость иллюстрируется графиком, изображенным на рис. 7. Он построен на основе опубликованных в литературе экспериментальных данных.



Рис. 7. Зависимость сопротивления качению автомобиля ЗИЛ-157 от величины давления воздуха в шинах: а - при движении по песку; б - при движении по заболоченной луговине. 1 - суммарное сопротивление качению автомобиля; 2 - сопротивление грунта деформации

Нанесенная на график кривая 1 показывает общее сопротивление качению автомобиля, кривая 2 -- сопротивление грунта деформациям при различные значениях внутреннего давления воздуха в шинах; отрезки же ординат, заключенные между кривыми 1 и 2, характеризуют потери энергии на деформацию шин. Давление воздуха в шинах, при котором сопротивление качению минимально, зависит от нагрузки, свойств грунта, размеров шины и эластичности ее стенок; чем мягче грунт, меньше нагрузка на колесо, больше размеры и эластичность шины, тем ниже должно быть оптимальное давление. Для 8-слойной покрышки 14,00--18 оптимальное давление воздуха находится в зависимости от свойств грунта в пределах 0,5--1,0 кг/см2. Исключением из этого правила являются случаи, имеющие место в весенний период, когда небольшой слой оттаявшего, разжиженного грунта подстилается плотным мерзлым грунтом, по которому и движется автомобиль. В таких случаях снижение давления воздуха в шинах приводит к повышению сопротивления качению в связи с увеличением объема деформируемого грунта, что обусловлено уширением колеи вследствие расплющивания шины.

Установлено что неправильный выбор величины давления помимо снижения эффекта действий шин, приводит к их ускоренному износу. Повышенное давление вызывает усиленный износ центральной части протектора, пониженное давление - износ краев беговой дорожки. Поэтому при движении по дороге с твердым покрытием давление воздуха в шинах должно быть 3-3,5 кг/см2; а минимальное давление воздуха, рекомендуемое для движения по глубокому снегу или сырой луговине, - 0,5 кг/см2.

Несмотря на большие преимущества шин с регулируемым давлением воздуха, распространение их ограничено. Эти шины можно применять лишь на автомобилях, оборудованных централизованной системой регулирования давления в шинах.

Арочные шины (рис. 8) при использовании на мягких, чрезмерно увлажненный грунтах, во время весенне-осенней распутицы, а также при снежных заносах более эффективны, чем шины с регулируемым давлением воздуха. Однако применение арочных шин на дорогах с твердым покрытием уменьшает накат автомобиля, вызывает повышение расхода горючего и ведет к усиленному износу агрегатов силовой передачи машины вследствие возникновения пульсирующей нагрузки, обусловленной наличием крупный, редко расположенных грунтозацепов.

Рис. 8. Внешний вид различных моделей арочных шин:

а -- без центрального пояска, со сплошными грунтозацепами;

б -- с центральным пояском и с расчлененными грунтозацепами.

Срок службы арочных шин на дорогах с твердым покрытием сокращается почти вдвое. На обледенелых дорогах арочные шины, кроме того, не обеспечивают безопасности движения, усиливая склонность автомобиля к буксованию и заносам. Как показал опыт эксплуатации, модернизация арочных шин, состоящая в изготовлении их с центральным пояском по беговой дорожке и расчлененными грунтозацепами (рис. 8, б), несколько уменьшает указанные недостатки. Тем не менее, область применения арочных шин остается ограниченной мягкими грунтами, что представляет известное эксплуатационное неудобство, так как для автомобилей, работающих в сложных дорожных условиях, характерно движение в резко меняющейся дорожной обстановке. Конструкции арочных шин в настоящее время разработаны для различных марок машин, однако монтаж шины предусматривается на дисковом колесе с ободом специальной конструкции, изготовление которого представляет; известную сложность.

Некоторое повышение проходимости автомобиля может быть достигнуто иногда и без применения специальных шин или каких-либо приспособлений, используя положительное влияние снижения внутреннего давления воздуха и увеличения размеров шин. Так, для облегчения преодоления участка с сыпучим песком или другим мягким грунтом можно применить кратковременное снижение давления воздуха в шинах не более чем на 20--25%. У автомобилей, работающих на мягких грунтах, целесообразно заменять шины, предусмотренные технической характеристикой автомобиля, шинами с большей шириной профиля, рассчитанными на большую нагрузку, например, шины 7,50-- 20 шинами 9,00--20. При такой замене шин допустимо большее снижение внутреннего давления воздуха (до 50%) без риска вызвать заметное сокращение срока службы шин.

Рекомендуя данные меры в условиях движения по мягкому грунту, необходимо подчеркнуть, что снижение давления воздуха в шинах при работе на дорогах с твердым покрытием сопряжено с опасностью существенного сокращения срока службы шин.

Перспективным представляется применение шин со съемным протектором, поскольку такая конструкция шин облегчает подготовку автомобиля к эксплуатации в условиях меняющейся дорожной обстановки.

Заслуживает внимания также применение так называемых широкопрофильных шин. Особая форма профиля такой шины, характеризующаяся большей шириной и наличием беговой дорожки с двумя выпуклостями, и возможность снижения внутреннего давления в ней до 0,7 кг/см2 обеспечивают существенное уменьшение удельного давления шины на грунт и улучшение сцепления ведущего колеса с мягким грунтом.

3. Применение цепей противоскольжения и других легкосъемных приспособлений

Повышения сцепления ведущих колес с грунтом, а в некоторых случаях и снижения сопротивления качению можно достигнуть применением цепей противоскольжения и других легкосъемных приспособлений, надеваемых на колеса автомобиля при движении по плохим дорогам и вне дорог.