k φ

Тема 10
Проходимость
Определения
Проходимостью называется эксплуатационное свойство,
определяющее возможность движения автомобиля в ухудшенных
дорожных условиях, по бездорожью и при преодолении различных
препятствий.
К ухудшенным дорожным условиям относятся мокрые, грязные,
заснеженные, обледенелые, разбитые и размокшие дороги. При
движении по бездорожью происходит взаимодействие автомобиля
с различными грунтовыми поверхностями. К препятствиям
относятся:
• уклоны;
• барьерные препятствия, профиль которых представляет собой
короткие уклоны, и пороги (дорожные насыпи, каналы,
придорожные кюветы, рвы);
• дискретные препятствия (пни, кочки, валуны и т.д.).
Потеря проходимости автомобиля может быть полной или
частичной. Полной потерей проходимости является застревание —
прекращение движения. Частичная потеря проходимости связана
со снижением скорости движения (производительности), а также с
ростом расхода топлива в рассматриваемых условиях движения.
Поэтому
это
свойство
может
быть
охарактеризовано
соответствующими показателями.
Проходимостью должны обладать автомобили всех
типов, но в зависимости от назначения в разной степени. По
уровню проходимости автомобили и автопоезда подразделяют на
дорожные (обычной проходимости), повышенной проходимости,
высокой проходимости.
К
дорожным
относятся
автомобили
и
автопоезда,
предназначенные преимущественно для использования на дорогах
с твердым покрытием. Конструктивными признаками таких
автотранспортных средств
являются:
неполноприводность
(колесная формула автомобилей-тягачей - 4Х2, 6Х2, 6Х4), шины с
дорожным
или
универсальным
рисунком
протектора,
использование в трансмиссии простых (неблокируемых)
дифференциалов.
Автомобили и автопоезда повышенной проходимости
предназначены для использования как на дорогах с твердым
покрытием, так и вне дорог и преодоления естественных
препятствий. Их основным конструктивным признаком является
полноприводность, поэтому эту группу объединяют под названием
полноприводные автомобили. На них обычно применяют
тороидные шины с грунтозацепами, широкопрофильные или
арочные шины. В некоторых конструкциях используют систему
регулирования давления воздуха в шинах.
В трансмиссиях автомобилей повышенной проходимости в
большинстве случаев устанавливают блокируемые дифференциалы.
Максимальный динамический фактор этих автомобилей значительно
больший, чем у дорожных автомобилей. Такие автомобили, как
правило, обеспечены средствами самовытаскивания и могут иметь
возможность преодолеть вброд водные преграды.
Автотранспортные средства высокой проходимости предназначены
для преимущественного использования в условиях бездорожья,
преодоления естественных и искусственных препятствий, а также
водных преград. Автомобили высокой проходимости отличаются
своеобразной компоновочной схемой, полноприводностью, наличием
в
трансмиссии
самоблокирующихся
дифференциалов,
использованием специальных шин (сверхнизкого давления,
пневмокатков и т.д.), а также дополнительных устройств (выдвижные
катки для преодоления канав). Очень часто автомобили высокой
проходимости являются плавающими и имеют специальный водяной
движитель.
Проходимость делится на профильную и опорную. Профильная
проходимость характеризует возможность преодолевать неровности
пути, препятствия и вписываться в требуемую полосу движения.
Опорная проходимость определяет возможность движения в
ухудшенных дорожных условиях и по деформируемым грунтам.
Основной причиной ухудшения процесса взаимодействия
колеса с поверхностью дороги является наличие промежуточного
элемента (воды, грязи, снега, льда) в контакте шины с дорогой, что
приводит к снижению коэффициента сцепления и как следствие к
ограничению полной тяговой силы.
Снижение коэффициента сцепления в результате наличия влаги
на поверхности дороги также, отрицательно сказывается на
коэффициенте сопротивления боковому уводу шины, а,
следовательно, на устойчивости движения и управляемости
автомобиля.
При качении автомобильного колеса по мягкому грунту
происходит деформация не только шины, но и грунта, в результате
чего сила сопротивления качению увеличится — добавится сила
сопротивления грунта качению колеса Pfг.
Эта сила определяется работой, затрачиваемой на деформацию
грунта, проскальзывание шины относительно грунта, преодоление
прилипания грунта к шине. Эта сила определяется работой,
затрачиваемой на деформацию грунта, проскальзывание шины
относительно грунта, преодоление прилипания грунта к шине.
Если считать деформацию грунта основной причиной, а остальные
второстепенными, то сила сопротивления грунта качению Pfг=Aг/S
Работа, затрачиваемая на деформацию грунта, может быть
вычислена приближенно
hг
Аг  SB  pdhг ,
где S — длина колеи; В — ширина колеи; р=f(hг) — зависимость
нормального давления колеса на грунт от глубины колеи
(деформируемость грунта).
Сила сопротивления грунта качению
0
hг
Р fг  B  pdhг ,
0
а коэффициент сопротивления грунта качению
hг
f г  Pfг / Pzк  B / Pzk   pdhг .
0
Схема деформирования грунта колесом
Для оценки деформируемости грунта при погружении в него
штампа используют как аналитические, так и эмпирические
зависимости, простейшая из которых
P=chгμ,
где с и μ — постоянные, определяемые при обработке
экспериментальных данных после несложных преобразований
получим
fг=Bchгμ+1/Pz(μ+1).
Из формулы следует, что при определенных параметрах грунта
(с и μ), ширине колеса и приходящейся на него нагрузке
коэффициент сопротивления качению fг нелинейно зависит от
глубины колеи и с увеличением последней возрастает.
Глубину колеи hг можно определить задавшись нормальным
давлением в контакте hг=p1/μ/c1/μ.
В свою очередь нормальное давление в контакте зависит от
внутреннего давления воздуха в шине рв и давления в контакте p0,
обусловленного жесткостью оболочки шины. Для шин обычной
конструкции с рв>0,2 МПа; р0=0,01...0,02 МПа, для специальных
шин, у которых pв<0,2 МПа, и для шин с регулируемым давлением
р0=0,03...0,07 МПа;
Таким
записать
образом,
учитывая,
что
р0=ро+рв,
можно
hг=(ро+рв)1/μ/c1/μ.
Из формулы следует, что глубина колеи тем больше, чем выше
внутреннее давление воздуха в шине и жестче оболочка шины.
Полная тяговая сила, развиваемая ведущим колесом при
взаимодействии его с деформируемым грунтом, определяется
трением материала шины о грунт и срезом грунта между
грунтозацепами.
Сила трения материала шины о грунт зависит от нагрузки,
приходящейся на опорную поверхность грунтозацепов, и
коэффициента трения резины по грунту
Рт=kнGкφp,
где kн-коэффициент насыщенности рисунка протектора,
определяющий долю нагрузки, приходящейся на грунтозацепы; Gк
— нагрузка на колесо; φp - коэффициент трения резины по грунту.
Сила среза грунта, попавшего между грунтозацепами, зависит
от внутреннего сцепления частиц грунта (коэффициента
внутреннего сцепления со) и внутреннего трения (коэффициента
внутреннего трения φ0). Сила внутреннего сцепления частиц
грунта
Рс=с0Fкон(1-kн),
где Fкон –площадь контакта шины с грунтом.
Сила внутреннего трения в грунте
Рφ0=φ0pFкон(1-kн)=φ0Gк(1-kн).
Сила сцепления колеса с грунтом
Gкφx=Pт+Pc+Pφ0=kнGкφp+с0Fкон(1-kн)+φ0Gк(1-kн),
откуда можно определить коэффициент сцепления колеса с
грунтом
φx=[kнGкφp+(1-kн)(Fконс0+Gкφ0)]/Gк.
Как можно заметить, коэффициент сцепления в значительной
степени определяется коэффициентом насыщенности протектора и
различными параметрами грунта. Для таких грунтов коэффициент
сцепления заметно увеличивается с уменьшением коэффициента
насыщенности рисунка протектора, т.е. при применении сильно
расчлененного протектора. Поэтому для тракторов, работающих на
мягких грунтах, применяют шины, у которых kн=0,15... 0,25. Шины
с развитыми грунтозацепами плохо приспособлены для работы на
твердых дорогах, поэтому на автомобилях повышенной
проходимости, работающих и на мягких, и на твердых дорогах,
применяют шины kн=0,35...0,45. Дорожные и легковые автомобили
обычно имеют шины kн=0,8...0,9 и у них коэффициент сцепления в
основном обеспечивается за счет трения резины о поверхность
дороги.
Оценка профильной проходимости
Большинство
единичных
показателей
профильной
проходимости представляет собой геометрические параметры
автомобилей и прицепного состава. Профильную проходимость
автомобилей оценивают по следующим единичным показателям:
1) дорожному просвету; 2) переднему (заднему) свесу; 3) углу
переднего (заднего) свеса; 4) продольному радиусу проходимости;
5) наибольшему углу преодолеваемого подъема; 6) наибольшему
углу преодолеваемого косогора.
Применительно к автопоездам оценочными показателями
профильной проходимости, кроме перечисленных, являются 7)
вертикальный и горизонтальный углы гибкости, Часто к
показателям
профильной
проходимости
автомобилей
дополнительно относят: 8) поперечный радиус проходимости; 9)
угол перекоса мостов (угол поперечной гибкости); 10)
коэффициент совпадения следов передних и задних колес.
Для полноприводных автомобилей основными измерителями
профильной проходимости являются ширина преодолеваемого в
поперечном направлении рва и высота преодолеваемой
вертикальной стенки (эскарпа).
Параметры профильной проходимости
Дорожный просвет Н1. Расстояние от одной из наиболее низко
расположенных точек автомобиля (прицепа) до опорной
поверхности определяет возможности движения по мягким
грунтам и преодоления сосредоточенных препятствий (камней,
пней, кочек и т.д.). Дорожные просветы грузовых автомобилей
должны быть максимальными по условиям рациональной
компоновки и устойчивости. В технико-эксплуатационных
требованиях к грузовым автомобилям и автопоездам общего
назначения предусмотрены минимальные значения просвета для
автомобилей каждой категории. Кроме этого указывается, что
дорожный просвет у прицепного состава должен быть не менее,
чем у базового автомобиля-тягача.
Дорожный просвет у автомобилей и автопоездов повышенной и
высокой проходимости должен быть существенно большим, чем
дорожный просвет дорожных автотранспортных средств.
Передний L6 (задний L9) свес. Расстояние от крайней точки
контура передней (задней) выступающей части по длине
автомобиля
до
плоскости,
перпендикулярной
опорной
поверхности и проходящей через центры передних (задних) колес,
влияет на проходимость при переезде через канавы, пороги,
кюветы и т.п. Чем меньше свесы, тем менее вероятностна потеря
контакта колес с поверхностью при преодолении препятствий.
Угол переднего γ2 (заднего γ3) свеса. Угол между опорной
поверхностью и плоскостью, касательной к окружностям
наружных диаметров передних (задних) колес и проходящей через
точку контура передней (задней) части автомобиля таким образом,
что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны
этого угла, характеризует возможность преодоления препятствий с
короткими подъемами и спусками. Чем больше углы свеса, тем
больше крутизна коротких неровностей, которые преодолевает
автомобиль, не задевая выступающими частями за неровности при
въезде и съезде с него. Для дорожных автомобилей γ2≥25°, а
γ3≥20°. У автомобилей повышенной проходимости γ2=γ3≥30°. Для
автомобилей высокой проходимости γ2=γ3=60...70°.
Продольный радиус проходимости R5. Радиус цилиндра,
касательного к окружностям, описанным свободными радиусами
соседних колес, наиболее разнесенных по базе, и проходящего
через точку контура нижней части автомобиля таким образом, что
все остальные точки контура оказываются с внешней стороны
этого цилиндра, характеризует проходимость по местности с
препятствиями гребнистого характера, складками местности,
насыпями, буграми. Для уменьшения продольного радиуса
проходимости необходимо сокращение расстояния между
колесами и увеличение дорожного просвета.
Наибольший угол преодолеваемого подъема. Угол подъема,
имеющего протяженность не менее двукратной длины автомобиля
или автопоезда, и ровную поверхность, преодолеваемый
автомобилем без использования инерции, нарушений условий
нормальной работы агрегатов и безопасности движения.
Установлено значение максимального подъема 25% для
одиночного автомобиля дорожного типа и 18% для автопоезда. По
агротехническим требованиям к семейству сельскохозяйственных
полноприводных автомобилей максимальный угол подъема для
одиночного автомобиля должен быть не менее 45%, а для
автопоезда — 22%.
Наибольший угол преодолеваемого автомобилем косогора.
При движении автомобиля по ровному косогору без бокового
скольжения колес более чем на ширину профиля шины и без
нарушения условий нормальной работы агрегатов и безопасности,
определяют этот параметр, не нормированный стандартами.
Углы гибкости в вертикальной β и горизонтальной α
плоскостях. Для прицепного автопоезда углами гибкости
являются углы возможного отклонения оси дышла прицепа от оси
тягово-сцепного устройства автомобиля-тягача. Для седельного
автопоезда углы гибкости определяются соответствующими
предельными положениями продольных осей автомобиля-тягача и
полуприцепа в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Угол вертикальной гибкости автопоезда характеризует
проходимость автопоезда по неровностям пути, а угол
горизонтальной гибкости характеризует способность автопоезда к
поворотам. В соответствии с ГОСТ 2349—75 при снятых буферах
автомобиля-тягача углы гибкости должны быть в вертикальной
плоскости не менее +40° для автопоездов общетранспортного
назначения и не менее ±62° для многоцелевых автомобилей,
В горизонтальной плоскости не менее ±55°. По
международному стандарту IS0 с целью обеспечения
взаимозаменяемости тягово-сцепных устройств автопоездов
горизонтальный угол гибкости должен быть не менее ±75°,
вертикальный угол гибкости — не менее ±20°, а вертикальный
поперечный угол — не менее ±25°.
Для седельных автопоездов угол вертикальной гибкости должен
быть не менее ±8°, а угол горизонтальной гибкости — ±90° при
поперечном наклоне полуприцепа относительно автомобилятягача (в случае наличия третьей степени свободы) на угол 3°,
при этом поворот полуприцепа в горизонтальной плоскости до
±25° должен быть возможен при его продольном наклоне на угол
8° и поворот на ±(25...90)° при изменении продольного угла
наклона в пределах 8°...0 в конце поворота, а при наличии третьей
степени свободы — в пределах (8...3)о.
Поперечный радиус проходимости Rп. Радиус цилиндра,
касательного к колесам одного моста и проходящего через точку
контура нижней части автомобиля, определяет проходимость через
неровности, ширина которых соизмерима с колеёй автомобиля, и
должен быть, возможно, меньшим. Значения этого параметра в
стандартах не нормированы.
Угол перекоса мостов γ. Сумма углов поворота осей переднего
и заднего мостов относительно продольной оси автомобиля
характеризует
приспособляемость
колес
автомобиля
к
неровностям местности без потери контакта колес с дорогой.
Кроме этого перекос осей ведущих колес вызывает
перераспределение нагрузок на колеса, что при наличии простых
дифференциалов приводит к значительному уменьшению тяговой
силы по сцеплению и, как следствие, к снижению проходимости. В
стандартах угол перекоса мостов не нормирован.
Угол перекоса мостов
Коэффициент совпадения следов передних и задних колес
ηс=bсп/bс3 (где bсп, bс3 — ширина следа соответственно за передним
и задним колесами). Чем ближе ηс к единице, тем меньше
сопротивление движению автомобиля на деформируемом грунте
за исключением случаев движения по болоту. Нормирование этого
показателя не производится.
Ширина рва и высота вертикальной стенки. Эти показатели
являются основными при оценке профильной проходимости
полноприводных автомобилей. Нормированных значений для них
нет.
При экспериментальном определении единичных показателей
профильной проходимости показатели 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9 являются
размерными параметрами автотранспортного средства и их
определяют непосредственным измерением по методике,
приведенной в ГОСТ 22748—77. Автомобиль полной массы
устанавливают на опорную поверхность с ровным и твердым
покрытием в положение, соответствующее прямолинейному
движению, и пользуясь предусмотренным в ГОСТе инструментом,
измеряют перечисленные выше единичные показатели.
Оценка опорной проходимости
К оценочным показателям опорной проходимости относятся:
сцепная масса, коэффициент сцепной массы, удельная мощность,
мощность сопротивления качению, мощность сопротивления
движению, мощность колееобразования, полная сила тяги,
свободная сила тяги, коэффициент свободной силы тяги, сила тяги
на крюке, удельная сила тяги на крюке, тяговая мощность на крюке
и удельная тяговая мощность на крюке.
В научно-технической литературе часто используют еще такой
показатель, как давление колес на дорогу.
Для полноприводных автомобилей основным показателем
опорной проходимости является тягово-скоростная характеристика
на заданном участке грунта, определяющая зависимость удельной
силы тяги на крюке автомобиля от скорости движения на разных
передачах.
Дополнительными
показателями
опорной
проходимости являются:
зависимость мощности сопротивления качению автомобиля от
скорости движения, определяемая одновременно с тяговоскоростной характеристикой;
критерий предельного уровня проходимости — способность
преодоления труднопроходимых участков грунта и наибольшая
глубина снежной целины.
Сцепная масса mвк. Часть массы, создающую нормальные
нагрузки на ведущих колесах, для дорожных автомобилей и
автопоездов, работающих в основном на дорогах с твердым
покрытием, считают одним из основных показателей,
определяющих уровень проходимости.
Коэффициент сцепной массы kφ. Этот показатель определяется
отношением сцепной массы к полной массе. Условием
возможности движения по сцеплению служит неравенство:
Gвкφ≥Gaψ, откуда Gвк/Ga=kφ≥(f+i)/φx
Чем больше Gвк и, соответственно kφ, тем меньше вероятность
потери проходимости в трудных дорожных условиях. Для
грузовых автопоездов общего назначения рекомендуется иметь
верхний предел отношения полной массы к сцепной массе не
более 3,8, что соответствует допустимому k0≥0,263. Для
магистральных автопоездов
рекомендуется
kφ=0,31,
что
соответствует наихудшим возможным дорожным условиям их
эксплуатации (φx=0,2, f=0,012, imax=0,06). для автопоездов с
автомобилем-тягачом 4Х2 предлагается иметь следующие kφ: в
Бельгии — 0,33, Италии и Люксембурге — 0,27, Великобритании
— 0,263.
Среднестатистическое значение коэффициента сцепной массы
для
магистральных
автомобилей-тягачей
зарубежного
производства составляет 0,693, экстремальное 0,773, для
Наиболее распространенным для оценки проходимости
дополнительным показателем является давление колес на дорогу,
различается среднее давление колеса в контакте, равное
отношению нормальной реакции опорной поверхности к
контурной площади контакта рконт=Rz/Fk и среднее давление колеса
по выступам рисунка протектора, равное отношению нормальной
реакции опорной поверхности контакта к площади контакта по
выступам рисунка протектора рпр=Rz /Fпр. Чем меньше давление,
тем меньше почти для всех случаев движения сопротивление
движению и меньше вероятность застревания, в особенности при
движении по деформируемому грунту, снегу.
Для
дорожных
автомобилей
рекомендуются
верхние
ограничения пределов этих давлений на дорогах с твердым
покрытием рконт≤0,6 МПа, рпр≤0,85 МПа. Для полноприводных
автомобилей рекомендуемые значения давлений значительно
ниже.
Остальные показатели опорной проходимости по содержанию
совпадают с показателями и параметрами тягово-скоростных
свойств.
Обобщенные показатели проходимости
Условие проходимости можно получить, используя неравенство
Рт≥∑Рi, определяющее возможность движения автомобиля.
Имея в виду, что в предельном случае движение можно считать
равномерным с небольшой скоростью (Рв≈0) и подставляя
значения сил в неравенство Рт≥∑Рi, после преобразования
получим
kφφx≥(tgα+f)
Однако это выражение не учитывает трех важных
особенностей,
оказывающих
существенное
влияние
на
проходимость.
1. Значение kφφx характеризует максимально возможное
сцепление ведущих колес с грунтом. Возможность использования
этого значения зависит от свойств автомобиля и грунта, оно
справедливо при условии, что у всех ведущих колес
коэффициенты сцепления φx одинаковы. В действительности это
обычно не обеспечивается ни свойствами грунта, ни параметрами
автомобиля. Поэтому вместо φx в неравенство должен быть введен
обобщенный коэффициент сцепления φxср=∑Rxiвк max / ∑Rzi вк.
2. Суммарный коэффициент сопротивления f=fш+fг.
Для ведущих колес сила сцепления колес с грунтом не равна
полной окружной (тяговой) силе, так как часть последней
затрачивается на преодоление внутренних потерь в шине,
характеризующихся коэффициентом качения fш.
Следовательно, из значения f должна быть исключена
составляющая, вызываемая затратами энергии на внутреннее
трение в шинах ведущих колес.
3. При движении по сильно деформируемому грунту возможно
погружение автомобиля на глубину большую, чем дорожный
просвет, что вызовет уменьшение сцепной массы и повышение
сопротивления движению в результате скольжения корпуса
автомобиля по грунту и бульдозерного эффекта.
Следует отметить, что третья особенность не столь характерна
для автомобилей общетранспортного назначения, которые обычно
теряют проходимость еще до задевания мостов за поверхность
грунта. Поэтому с учетом первых двух особенностей неравенство
можно переписать так:
kφφxср≥[tgα+fг+(1-kφ)fш]
и рассматривать его как критерий проходимости автомобиля.
Для сравнительной оценки проходимости автомобилей в
определенных грунтовых условиях можно использовать
обобщенный показатель проходимости,
П=tgαmax=kφφxcр – fг – (1-kφ)fш,
П — показатель проходимости, численно равный тангенсу
максимального угла подъема на данном грунте или запасу полной
тяговой силы по сцеплению, который может быть использован на
преодоление различных препятствий, разгон и т.д. Чем больше
показатель П, тем выше проходимость автомобиля.
При оценке проходимости автомобилей по маршрутам,
содержащим
разнообразные
грунты
или
поверхности,
механические показатели которых могут быть заданы только
статистическими характеристиками, предлагается использовать
вероятностный показатель
Пв=р[kφφxср≥ tgα+fг+(1-kφ)fш],
который характеризует вероятность преодоления автомобилем
заданного маршрута без застревания.
Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на
проходимость
Для анализа влияния конструктивных и эксплуатационных
факторов могут быть использованы выведенные ранее уравнения,
коэффициент kφ оказывает определяющее влияние на
проходимость — чем он больше, тем проходимость выше.
Основным конструктивным фактором, влияющим на kφ является
колесная формула автомобиля.
Наибольшие
значения
kφ=1
присущи
полноприводным
автомобилям (4Х4, 6Х6 8Х8).
Для дорожных автомобилей (4Х2, 6Х2, 6Х4, 8Х4) характерны
значительно меньшие значения коэффициента сцепной массы
kφ=0,46...0,8 - в зависимости от компоновки и состояния по
нагруженности.
У негруженых легковых и грузовых заднеприводных автомобилей
коэффициент сцепной массы меньше, чем у нагруженных —
проходимость у последних лучше, а у переднеприводных легковых
— хуже. При преодолении подъема по сравнению с движением по
горизонтальной дороге проходимость у заднеприводных легковых
автомобилей увеличивается, а у переднеприводных — снижается
(основной недостаток переднеприводной компоновки).
При буксировании прицепа больше нагружены задние ведущие
колеса автомобиля-тягача, коэффициент kφ автомобиля-тягача
увеличивается, однако в целом значение kφ, у автопоезда
значительно меньше чем у автомобиля.
Обобщенный коэффициент сцепления φхоб определяется
коэффициентами сцепления ведущих колес, нагрузками на них и
условиями распределения крутящего момента от двигателя к
ведущим колесам.
Рассмотрим влияние распределения крутящего момента между
колесами одного моста на коэффициент φхоб, которое зависит от
типа межколесного дифференциала.
У простого конического дифференциала момент на коробке
практически делится поровну между правой и левой полуосями,
т.е. Мл=Мп=М. При установившемся движении автомобиля
касательная реакция на колесе Rx= M/rд-fRz.
При одинаковых динамических радиусах, коэффициентах
сопротивления качению и нормальных нагрузках на правом и
левом колесах касательные реакции колес должны быть равны,
следовательно,
φхоб=(Rхл+Rхп)/(2Rz)=(φхл+φхп)/2.
Если коэффициенты сцепления левого и правого колес равны
(φхл=φхп=φх), то φхср=φх. Если у левого колеса коэффициент
сцепления меньше, чем у правого, то Rхл=Rzφхmin, а Rхп=Rхл и
φхср=(Rхл+Rхп)/(2rz)=(φхmin+φхmin)/2=φхmin .
При заблокированном дифференциале φхоб=0,5(φхmin+φхmax). При
самоблокирующемся дифференциале φхоб=0,5φхmin(1+λ) (где λ коэффициент самоблокировки — отношение момента на колесе,
вращающемся с большей угловой скоростью, к моменту на колесе,
вращающемся с меньшей угловой скоростью; для реальных
конструкций λ ≤15).
При прочих равных условиях автомобиль с простым
дифференциалом обладает худшей проходимостью.
На грунтах с внутренним сцеплением (глинистые грунты)
повышение площади контакта шины с грунтом увеличивает
коэффициент сцепления. Учитывая, что площадь контакта зависит
от размеров шины можно считать, что повышение диаметра шины
улучшает сцепные качества.
Увеличение ширины профиля шины В оказывает еще более
эффективное положительное влияние. Это объясняется тем
обстоятельством, что при увеличении ширины профиля
пропорционально
повышается
максимально
допустимая
деформация шины hz max=0,3В, а увеличение наружного диаметра
на допустимую деформацию влияния не оказывает.
На песчаных грунтах с низким значением коэффициента
внутреннего трения изменение размеров шин практически не
влияет на их сцепные качества.
Увеличение размеров шины (Dсв и B) и в особенности ширины
профиля снижает коэффициент сопротивления качению.
Эффективность влияния ширины профиля зависит от
постоянной грунта μ и при его увеличении эффективность
увеличения В снижается.
На грунтах с небольшим переувлажненным слоем на твердом
основании, несмотря на то, что μ=2, увеличение ширины профиля
вредно, так как остающийся между шиной и твердым основанием
слой жидкой массы резко снижает сцепные качества шины.
Применение одинарных колес при равной ширине колеи для
всех мостов обеспечивает движение колес одного борта на
прямолинейном участке пути по одному следу.
В этом случае на большинстве грунтов суммарное
сопротивление качению всех колес наименьшее, а сцепление
наибольшее за счет уплотнения грунта идущими впереди
колесами. Однако на заболоченных грунтах с дерновым покровом
целесообразно движение каждого колеса по своему следу, для чего
на практике иногда применяют перестановку колес, изменяющую
ширину колеи.
Снижение давления в шине увеличивает площадь контакта
шины с грунтом, улучшает сцепные качества, особенно на грунтах
с повышенным внутренним сцеплением, глубина колеи
уменьшается вместе с уменьшением давления воздуха в шине.
Одновременно уменьшается сопротивление грунта качению,
причем тем в большей степени, чем меньше значение
коэффициента μ.
Минимально допустимое значение рв ограничивается
максимально допустимой деформацией шины hz max.
При достаточно высоких сцепных качествах оптимальное
внутреннее давление соответствует минимальным сопротивлению
движению и расходу топлива.
Снижение давления воздуха в шинах является одним из
наиболее эффективных способов повышения проходимости,
поэтому почти все автомобили высокой проходимости имеют
систему регулирования давления.
Снижение давления воздуха в шине наряду с уменьшением
потерь на колееобразование вызывает увеличение потерь в самой
шине.
При повышении удельной мощности проходимость улучшается
по трем причинам:
увеличение удельной мощности обеспечивает возможность
движения по труднопроходимому участку с более высокой
скоростью, при которой время действия нагрузки на грунт меньше
и, как следствие, меньше деформация грунта и сопротивление
движению;
при более высокой удельной мощности сокращается число
переключении передач, реже происходит разрыв силового потока и
возникают пиковые нагрузки на грунт;
более высокие тягово-скоростные свойства повышают
эффективность использования кинетической энергии для
преодоления особо тяжелых участков.
Применение независимой подвески обеспечивает лучшую
приспособляемость колес к неровностям дороги, т.е. более полное
использование массы автомобиля для увеличения сцепления.
Наиболее эффективными приспособлениями, повышающими
сцепление колес с грунтом, являются: арочные шины с высокими
грунтозацепами, плицевые траковые цепи, мелкозвенные цепи,
браслеты.
Эффективность применения арочных шин определяется не
только
большой
контактной
площадью
и
развитыми
грунтозацепами.
Благодаря широкому профилю, малому внутреннему давлению
в шине, высокой эластичности каркаса давление в центре контакта
шины меньше, чем по краям. Это приводит к тому, что мягкий
грунт не вытесняется шиной, как это происходит при
взаимодействии обычных шин с грунтом, а уплотняется в
контакте, образуя куполообразную форму. Этот арочный эффект и
обусловливает высокий коэффициент сцепления шины с грунтом.
Для самовытаскивания автомобилей используют лебедки и
барабанные самовытаскиватели.
Контрольные вопросы
1. Какие основные понятия и определения
используют при изучении раздела
Проходимость?
2. Что такое проходимость автомобиля?
3. Виды проходимости?
4. Оценочные показатели опорной и
профильной проходимости?
5. Обобщенные показатели проходимости?
6. Влияние конструктивных и
эксплуатационных факторов на
проходимость?
Тема 10
Проходимость