СИЛИ, ЩО ДІЮТЬ НА АВТОМОБІЛЬ

ЗМІСТ

Розділ I. ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ РУХУ АВТОМОБІЛЯ

Сили, що діють на автомобіль Гальмування автомобіля Стійкість автомобіля Керованість автомобіля Прохідність автомобіля

Розділ 2. ПСИХОФІЗІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ВОДІННЯ АВТОМОБІЛЯ

Поняття про діяльність водія Зорові відчуття Зорові сприйняття

Відчуття рівноваги, прискорень, вібрації Слухові відчуття і сприйняття Реакції Увага Навички

Роль водія в попередженні дорожньо-транспортних пригод

Розділ 3. ДОРОЖНЬО-ТРАНСПОРТНІ ПРИГОДИ І ЇХНІ ПРИЧИНИ

Класифікація дорожньо-транспортних пригод Основні причини аварійності

Розділ 4. ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ БЕЗПЕКИ РУХУ ПРИ КЕРУВАННІ АВТОМОБІЛЕМ У РІЗНИХ УМОВАХ

Основні прийоми водіння автомобіля Фактори, що визначають умови руху Рух по сніжних і слизьких дорогах Рух на підйомі Рух на спуску Рух на поворотах

Маневрування автомобілем Рух по ґрунтових дорогах Рух у гірських умовах Подолання водних перешкод

Водіння в темний час і в різних погодних умовах Водіння автопоїздів

Розділ 5. ЗАГАЛЬНІ ПИТАННЯ ГІГІЄНИ ПРАЦІ ВОДІЯ АВТОМОБІЛЯ

Робоче місце водія Режим праці і відпочинку водія

Розділ 6. КОРОТКІ ВІДОМОСТІ ПО АНАТОМІЇ Й ФІЗІОЛОГІЇ ЛЮДИНИ

Організм як одне ціле Органи дихання. Серцево-судинна система Основні поняття про органи

травлення

Розділ 7. ПЕРША МЕДИЧНА ДОПОМОГА

Поняття про травму Ранева інфекція

Перша допомога при ударах, вивихах, переломах, черепно-мозкових травмах, термічних опіках

Перша допомога при зупинці дихання і серцевої діяльності Послідовність дій по наданню першої допомоги потерпілим у дорожньо-

транспортній пригоді

Розділ 1.

ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ РУХУ АВТОМОБІЛЯ

СИЛИ, ЩО ДІЮТЬ НА АВТОМОБІЛЬ

Автомобіль переміщується з певною швидкістю в результаті дії на нього рушійних сил і сил, що спричиняють опір руху (мал. 1).

До сил, що перешкоджають руху автомобіля, відносяться: сили опору коченню Р_f, опір, створюваний підйомом дороги Р_a, опір повітря P_w, опір сил інерції P_J. Для подолання цих сил автомобіль оснащений джерелом енергії - двигуном. Виникаючий у результаті роботи двигуна крутний момент передається через силову передачу і півосі на ведучі колеса автомобіля. Їхньому обертанню перешкоджає сила тертя, що з'являється між колесами і поверхнею дороги.

Під час обертання ведучі колеса створюють сили, які діють на дорогу, прагнучи як би відіпхнути її назад. Дорога, у свою чергу, створює рівну протидію (дотичну реакцію) на колеса, що й викликає рух автомобіля.

Силу, що приводить автомобіль у рух, називають силою тяги і позначають Ph. Зв'язок між цими величинами або гранична умова руху автомобіля,приякому забезпечується рівновага між силою тяги і силами опору руху, можна виразити формулою

P_k = P_f±P_a+P_w + P_j.

Це рівняння називається рівнянням тягового балансу і дозволяє встановити, як тягова сила розподіляється по різних видах опорів.

Опір дороги

Опір коченню шини по дорозі є наслідком витрат енергії на гістерезисні (внутрішні) втрати в шині і на утворення колії (зовнішні) втрати. Крім того, частина енергії губиться в результаті поверхневого тертя шин об дорогу, опору в підшипниках маточин ведених коліс і опору повітря. Через складність обліку всіх факторів опір коченню коліс автомобіля оцінюють по сумарних витратах, враховуючи силу опору коченню стосовно автомобіля. При коченні еластичного колеса по твердій дорозі зовнішні втрати незначні. Шари нижньої

частини шини то стискуються, то розтягуються. Між окремими частками шини виникає тертя, виділяється тепло, що розсіюється, і робота, затрачувана на деформацію шини, не вертається повністю при наступному відновленні форми шини. При коченні еластичного колеса деформації в передній частині шини зростають, а в задньої - зменшуються.

Коли тверде колесо котиться по м'якій дорозі (ґрунт, сніг), втрати на деформацію шини практично відсутні і енергія затрачається лише на деформацію дороги. Колесо врізається в ґрунт, видавлює його убік, спресовуючи окремі частки, утворюючи колію.

Коли ж колесо котиться по м'якій дорозі, енергія затрачається на подолання як внутрішніх, так і зовнішніх втрат.

При коченні пружного колеса по м'якій дорозі деформація його менша, ніж при коченні по твердій дорозі, а деформація ґрунту менше, ніж при коченні твердого по тім же ґрунті.

Величина сили опору коченню може бути визначена з формули

P_f = G_f cos a,

де:

P_f —сила опору коченню; G —вага автомобіля;

а - кут, що характеризує крутість підйому або спуску;

f - коефіцієнт опору коченню, що враховує дію сил деформації шин і покриття, а також тертя між ними в різних дорожніх умовах.

Величина коефіцієнта опору коченню коливається від 0,012 (асфальтобетонне покриття) до 0,3 (сухий пісок).

Рис. 1. Сили, діючі на автомобіль, що рухається

Опір підйому. Автомобільні дороги складаються з підйомів, що чергуються між собою, і спусків і вкрай рідко мають горизонтальні ділянки

великої довжини. Крутість підйому характеризують величиною кута ά (у градусах) або величиною ухилу дороги t, що представляє собою відношення перевищення Н до довжини підйому В (див. мал. 1):

i=H/B = tg a.

Вага автомобіля G, що рухається на підйомі, можна розкласти на дві-складові сили: G sina, спрямовану паралельно дорозі, і Gcosa, перпендикулярну до дороги. Силу G sin a називають силою опору підйому і позначають Р_а.

На автомобільних дорогах із твердим покриттям кути підйому невеликі й не перевищують 4 — 5°. Для таких малих кутів можна вважати

i = tg a ~ sinа,тоді Р_а — G sinа= Gi.

При русі на спуску сила Р_а має протилежний напрямок і діє як рушійна сила. Кут а й ухил i уважають позитивними на підйомі й негативними при русі на спуску.

У сучасних автомобільних доріг немає чітко виражених ділянок з постійним ухилом; їхній поздовжній профіль має плавні обриси. На таких дорогах ухил і сила Р безупинно міняються в процесі руху автомобіля.

Опір нерівностей.Жодне дорожнє покриття не є абсолютно рівним.Навіть нові цементобетонні й асфальтобетонні покриття мають нерівності висотою до 1 см. Під дією динамічних навантажень нерівності швидко збільшуються, зменшуючи швидкість автомобіля, скорочуючи строк його служби й збільшуючи витрату палива. Нерівності створюють додатковий опір руху.

При влученні колеса в довгу западину воно вдаряється об її дно і підкидається нагору. Після сильного удару колесо може відділитися від покриття й знову вдаритися (уже з меншої висоти), роблячи загасаючі коливання. Переїзд через короткі западини й виступи поєднується з додатковою деформацією шини під дією сили, що виникає при ударі об виступ нерівності. Таким чином, рух автомобіля по нерівностях дороги супроводжується безперервними ударами коліс і коливаннями осей і кузова. У результаті відбувається додаткове розсіювання енергії в шині і деталях підвіски, що досягає іноді значних величин.

Додатковий опір, викликаний нерівностями дороги, враховують, умовно збільшуючи коефіцієнт опору коченню.

Величини коефіцієнта опору коченню f і ухилу i у сукупності характеризують якість дороги. Тому часто говорять про силу опору дороги Р, рівній сумі сил Р_f і Р_а:

Р = P_f -f Р_а = G (f cos а -f sin а) ~G (f + i).

Вираз в дужках, називають коефіцієнтом опору дороги і позначають буквою Ф. Тоді сила опору дороги

Р = G (f cos a -f sinа) = G ф.

Опір повітря.При русі автомобіля на нього чинить опір і повітрянесередовище. Витрати потужності на подолання опору повітря складаються з наступних величин:

- лобового опору, що з'являється в результаті різниці тисків попереду і позаду автомобіля, що рухається (близько 55 - 60% усього опору повітря);

- опору, створюваного виступаючими частинами: підніжками, крильми, номерним знаком (12 - 18%);

- опору, що виникає при проходженні повітря через радіатор і подкапотний простір ( 10-15%);

- тертя зовнішніх поверхонь об прилеглі шари повітря (8 - 10%);

- опору, викликаного різницею тисків зверху й знизу автомобіля (5 - 8%). При збільшенні швидкості руху збільшується і опір повітря.

Причепи викликають збільшення сили опору повітря внаслідок значного

завихрення повітряних потоків між тягачем і причепом, а також через збільшення зовнішньої поверхні тертя. У середньому можна прийняти, що застосування кожного причепа збільшує цей опір на 25% у порівнянні з одиночним автомобілем.

Сила інерції

Крім сил опору дороги й повітря вплив на рух автомобіля роблять сили інерції Р. Усяка зміна швидкості руху супроводжується подоланням сили інерції, і її величина тим більше, чим більше загальна маса автомобіля:

P=G*j/g

Час рівномірного руху автомобіля звичайно малий в порівнянні із загальним часом його роботи. Так, наприклад, при роботі в містах автомобілі рухаються рівномірно 15 — 25% часу. Від 30% до 45% часу займає прискорений рух автомобіля і 30 — 40% — рух накатом і гальмування. При рушанні з місця і збільшенні швидкості автомобіль рухається із прискоренням

— його швидкість при цьому нерівномірна. Чим швидше автомобіль збільшує швидкість, тим більше прискорення автомобіля. Прискорення показує, як за кожну секунду зростає швидкість автомобіля. Практично прискорення автомобіля досягає 1 — 2 м/с². Це значить, що за кожну секунду швидкість буде зростати на 1 - 2 м/с.

Сила інерції змінюється в процесі руху автомобіля відповідно до зміни прискорення. Для подолання сили інерції витрачається частина тягової сили. Однак у тих випадках, коли автомобіль рухається накатом після попереднього розгону або при гальмуванні, сила інерції діє по напрямку руху автомобіля, виконуючи роль рушійної сили. Приймаючи це до уваги, деякі труднопрохідні ділянки шляху можна проїзджати з попереднім розгоном автомобіля.

Величина сили опору розгону залежить від прискорення руху. Чим швидше розганяється автомобіль, тим більшою стає ця сила. Її величина змінюється навіть при рушанні з місця. Якщо автомобіль рушає плавно, то сила ця майже відсутня, а при різкому рушанні вона може навіть перевищити тягову

силу. Це призведе або до зупинки автомобіля, або до буксування коліс (у випадку недостатньої величини коефіцієнта зчеплення).

У процесі роботи автомобіля безупинно міняються умови руху: тип і стан покриття, величина і напрямок ухилів, сила й напрямок вітру. Це призводить до зміни швидкості автомобіля. Навіть у найбільш сприятливих умовах (рух по вдосконалених автомагістралях поза містами й населеними пунктами) швидкість автомобіля і тягова сила рідко залишаються незмінними на протязі тривалого часу. На середній .швидкості руху позначається крім сил опору вплив досить великої кількості факторів. До них відносяться: ширина проїзної частини, інтенсивність руху, освітленість дороги, метеорологічні умови (туман, дощ), наявність небезпечних зон (залізничні переїзди, скупчення пішоходів), стан автомобіля і т.д.

У складних дорожніх умовах може трапитися так, що сума всіх сил опору перевищить тягову силу, тоді рух автомобіля буде вповільненим і він може зупинитися, якщо водій не прийме необхідних заходів.

Зчеплення колеса автомобіля з дорогою

Для того щоб нерухомому автомобілю надати руху, однієї сили тяги недостатньо. Необхідно ще тертя між колесами і дорогою. Інакше кажучи, автомобіль може рухатися лише за умови зчеплення ведучих коліс із поверхнею дороги. У свою чергу, сила зчеплення залежить від зчіпної ваги автомобіля G_v, тобто вертикального навантаження на ведучі колеса. Чим більше вертикальне навантаження, тим більше сила зчеплення:

P_сц = ФG_k,

де P_сц — сила зчеплення коліс із дорогою, кгс; Ф — коефіцієнт зчеплення; G_K — зчіпна вага, кгс. Умова руху без буксування коліс

Р_k < Р_сц,

таким чином якщо тягова сила менше сили зчеплення, то ведуче колесо котиться без буксування. Якщо ж до ведучих коліс прикладена тягова сила, більша, ніж сила зчеплення, то автомобіль може рухатися тільки із пробуксовкою ведучих коліс.

Коефіцієнт зчеплення залежить від типу і стану покриття. На дорогах із твердим покриттям величина коефіцієнта зчеплення обумовлена головним чином тертям ковзання між шиною і дорогою і взаємодією часток протектора і мікронерівностей покриття. При змочуванні твердого покриття коефіцієнт зчеплення зменшується досить помітно, що пояснюється утворенням плівки із шару часток ґрунту і води. Плівка розділяє тертьові поверхні, послабляючи взаємодію шини й покриття і зменшуючи коефіцієнт зчеплення. При ковзанні шини по дорозі в зоні контакту можливе утворення елементарних гідродинамічних клинів, що викликають підведення елементів шини над

мікровиступами покриття. Безпосередній контакт шини й дороги в цих місцях заміняється рідинним тертям, при якому коефіцієнт зчеплення мінімальний.

На м’ягких дорогах коефіцієнт зчеплення залежить від опору ґрунту і величини внутрішнього тертя в ґрунті. Виступи протектора ведучого колеса, поринаючи в ґрунт, деформують і ущільнюють його, що викликає збільшення опору. Однак після деякої межі починається руйнування ґрунту, і коефіцієнт зчеплення зменшується.

На величину коефіцієнта зчеплення впливає також малюнок протектора шини. Шини легкових автомобілів мають протектор із дрібним малюнком, що забезпечує гарне зчеплення на твердих покриттях. Шини вантажних автомобілів мають великий малюнок протектора із широкими й високими виступами. Під час руху протектори урізаються в ґрунт, поліпшуючи прохідність автомобіля. Стирання виступів у процесі експлуатації погіршує зчеплення шини з дорогою.

При збільшенні внутрішнього тиску в шині коефіцієнт зчеплення спочатку збільшується, а потім зменшується. Максимальне значення коефіцієнта зчеплення відповідає приблизно величині тиску, що рекомендується для даної шини.

При повному ковзанні шини по дорозі (буксування ведучих коліс або юз гальмуючих коліс) величина Ф може бути на 10 - 25% менше максимальної. Коефіцієнт поперечного зчеплення залежить від тих же факторів, і його звичайно приймають рівним 0,7Ф. Середні значення коефіцієнта зчеплення коливаються в широких межах від 0,1 (зледеніле покриття) до 0,8 (сухе асфальтове і цементобетонне покриття).

Зчеплення шин з дорогою має першорядне значення для безпеки руху, тому що воно обмежує можливість інтенсивного гальмування і стійкого руху автомобіля без поперечного ковзання.

Недостатня величина коефіцієнта зчеплення є причиною в середньому 16%, а в несприятливі періоди року - до 70% дорожньо-транспортних випадків від загального їхнього числа. Міжнародною комісією з боротьби зі слизькістю дорожніх покриттів встановлено, що величина коефіцієнта зчеплення за умовами безпеки руху не повинна бути менше 0,4.