Силы, действующие на автомобиль во время его движения
Во время движения, на автомобиль действуют разные силы. Внешними силами, на преодоление которых расходуется тяговое усилие, полученное от двигателя на ведущих колесах автомобиля при его движении по горизонтальной плоскости с равномерной скоростью, являются силы сопротивления качению и сила сопротивления воздуха. При движении на подъем дополнительно надо преодолевать силу сопротивления вертикальному перемещению центра тяжести автомобиля, при ускоренном движении – силу сопротивления инерции автомобиля.
На автомобиль, как при движении, так и в неподвижном состоянии действует сила тяжести. Силой тяжести автомобиля является его масса, измеряется она в килограммах и действует параллельно по вертикали вниз, прижимая колеса к дороге (рис.1).
Рис.1. Силы, действующие на автомобиль при движении на подъем.
Сила тяжести автомобиля, стоящего неподвижно на горизонтальной плоскости, направлена вертикально вниз и распределяется по осям и колесам. Эти составляющие силы по своей величине обратно пропорциональны расстояниям между точками их приложения и точкой приложения силы тяжести автомобиля (центра тяжести). Определим центр тяжести автомобиля ЗИЛ-130. Собственная масса автомобиля ЗИЛ-130 составляет 4300 кг и распределяется по его осям: на переднюю – 2120 кг, заднюю – 2180 кг, при расстоянии между осями 3,8 м. Расстояние от центра тяжести до передней оси будет равно 2120×3,8/430 = 1,8 м, до задней оси: 2180×3,8/4300 = 2 м.
Для того чтобы узнать, как распределяется масса автомобиля на колеса, надо силу тяжести, приходящуюся на каждую ось, разделить на количество колес. Следовательно, на каждое переднее колесо будет действовать сила тяжести, равная 2120/2 = 1010 кг, на каждое заднее колесо: 2180/4 = 540,5 кг.
Как видно, колеса автомобиля могут быть прижаты к дороге с различной силой, что зависит от массы груза и его распределения в кузове. Чем ниже расположен центр тяжести, тем устойчивее автомобиль против опрокидывания. При неравномерном укладывании груза центр тяжести может сместиться вперед, назад или в сторону, при этом нарушается устойчивость и управляемость автомобиля. Положение центра тяжести некоторых автомобилей приведено в таблице:
|
Марка автомобиля |
Высота расположения центра тяжести, мм |
Расстояние от центра тяжести до передней оси, мм |
|
|
без нагрузки |
с полной |
||
| «Москвич-412» ГАЗ-24 «Волга» ГАЗ-51А ГАЗ-53А ЗИС-130 МАЗ-500 Урал-375 ЗИЛ-157 ЗИЛ-131 КрАЗ-219 КрАЗ-222 |
475 |
445 |
1287 |
Сила сцепления колес с дорогой возникает между ведущими колесами автомобиля и дорогой. Она равна произведению коэффициента сцепления на сцепную массу, то есть на массу автомобиля, приходящуюся на его ведущие колеса. В автомобиле со всеми ведущими осями сцепной массой является полная масса автомобиля.
Коэффициент сцепления – это отношение силы сцепления колеса с дорогой к массе, приходящейся на данное колесо, и он будет равен:
φ = Рсц / Gк,
где φ – коэффициент сцепления;
Рсц – сила сцепления колеса с дорогой;
Gк – масса, которая прижимает колесо к дороге.
Коэффициент сцепления имеет решающее значение при торможении автомобиля. Чем выше коэффициент сцепления, тем больше может быть интенсивность торможения автомобиля.
Величина коэффициента сцепления колес автомобиля с дорогой имеет существенное значение для эксплуатации транспортных средств и безопасности дорожного движения. При низком коэффициенте сцепления – в этом случае трогание автомобиля с места очень затруднено, так как оно будет сопровождаться пробуксовкой, а в свою очередь торможение – скольжением колес. В результате автомобиль не всегда удается тронуть с места, а при необходимости торможения происходят резкое значительное увеличение тормозного пути и не исключено возникновение заноса. Среднее значение коэффициента сцепления шин, имеющих неизношенный дорожный рисунок протектора, с дорогой приведено в таблице:
|
Покрытие дороги |
Коэффициент сцепления |
|
|
на сухой поверхности |
на мокрой поверхности |
|
| Цементобетон и асфальтобетон Щебеночное шоссе Каменные торцы Грунтовая дорога Утрамбованный шлак Глина Песок Уплотненный снег Обледеневая дорога Гололедица |
0,7-0,8 |
0,3-0,4 |
Особенно сильно снижается коэффициент сцепления на дороге после первого дождя, когда образуется еще не смытая пленка жидкой грязи. Заснеженная или обледенелая дорога особенно опасна в теплую погоду, когда поверхность проезжей части подтаивает.
При увеличении скорости движения коэффициент сцепления снижается, в особенности на мокрой дороге, так как выступы рисунка протектора шины не успевают продавливать пленку влаги. Здесь важно исправное состояние рисунка протектора шины.
Повышенное давление воздуха в шинах уменьшает их опорную поверхность, вследствие чего давление возрастает настолько, что при трогании с места и при торможении сцепление колес с дорогой уменьшается.
В связи с тем, что много дорожно-транспортных происшествий происходит из-за плохого сцепления, водители при управлении автомобилем должны уметь оценивать величину коэффициента сцепления и выбирать скорость движения и приемы управления в соответствии с дорожными и погодными условиями.
Тяговая сила на ведущие колеса (Рт) расходуется на отдельные виды сопротивления движению и может быть выражена следующей формулой:
Рт = Рк + Рв ± Рп + Ри,
где Рк – сила сопротивления качения автомобиля, кг;
Рв – сила сопротивления воздуха, кг;
Рп – сила сопротивления подъему, кг;
Ри – сила инерции автомобиля, кг.
Сила сопротивления качению колес автомобиля складывается из деформации шин и грунта, трения шин о дорогу, трения в подшипниках передних колес, в рессорах и рессорных серьгах или в амортизаторах подвески автомобиля. Определение всех этих сил в различных условиях движения автомобиля очень сложно. Поэтому все эти сопротивления учитываются общим коэффициентом, установленным экспериментальным путем. Этот коэффициент называется коэффициентом сопротивления качению автомобиля.
Коэффициент сопротивления качению шин на асфальтированном покрытии равен 0,019-0,020; на гравийном покрытии – 0,02-0,025; на песке – 0,1-0,3.
Сила сопротивления воздуха слагается из любого движения встречного воздуха, разрежения за движущимся автомобилем, трения частиц воздуха о поверхность кузова автомобиля. Силу сопротивления воздуха можно определить приближенно перемножением площади проекции автомобиля на коэффициент сопротивления воздуха и скорость движения автомобиля. Коэффициент сопротивления воздуха определяется в килограммах на 1 м2 площади проекции автомобиля при скорости движения 1 м/сек. Сила сопротивления воздуха зависит от величины лобовой поверхности автомобиля, его формы, а также скорости движения. С увеличением скорости автомобиля сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения, то есть если скорость возрастает в два раза, то сопротивление воздуха увеличивается в четыре раза.
Мощность, затрачиваемая на сопротивление воздуха, с увеличением скорости движения автомобиля возрастает пропорционально кубу скорости. Из этого следует, что груз на грузовых автомобилях надо распределять равномерно по поверхности платформы, а также не развивать высоких скоростей.
Сила, затрачиваемая автомобилем на преодоление подъема, равна массе автомобиля, умноженной на величину угла подъема.
Чем круче подъем, тем больше сила, затрачиваемая на его преодоление. При движении автомобиля под уклон, наоборот, возникает сила, способствующая ускорению движения автомобиля. При подъезде к подъему необходимо правильно оценить возможность преодоления подъема. Если подъем продолжительный, его преодолевают на пониженной передаче, переключившись на нее в начале подъема. При движении автомобиля под уклон, наоборот, возникает сила, способствующая ускорению движения автомобиля. Вследствие этого на крутых спусках рекомендуется включить ту передачу, на которой можно осуществить подъем.
Медицинская проверка состояния водителей перед выездом в рейс Торможение автомобиля
Смотрите также: