2.6. Рух автомобіля на криволінійних у плані ділянках

Рух автомобіля на криволінійних у плані ділянках характеризується певними відмінностями порівняно з прямолінійним рухом, а саме: під час руху автомобіля по кривій на нього діють відцентрова сила С і власна вага G

(рис. 2.12).

Рис. 2.12. Сили, які діють на автомобіль в площині, нормальній до напряму руху по кривій

Відцентрова сила, яка може зсунути автомобіль або перекинути його на зовнішній бік кривої, визначається за формулою

C =

де G – вага автомобіля, Н; v – швидкість його руху, м/с; R – радіус горизонтальної кривої, м.

Відцентрова сила прямо пропорційна квадрату швидкості й обернено пропорційна радіусу кривої, тобто із збільшенням швидкості вона різко зростає, а величина радіуса істотно впливає на стійкість автомобіля на кривій.

Завдяки впливу відцентрової сили відбувається перерозподіл тиску між лівими і правими колесами, внаслідок чого виникає явище бічного уводу шин, що негативно впливає на умови керування автомобілем, а також спричинює

підвищену витрату пального і підвищене зношування шин.

Під час руху на кривих вночі також погіршуються умови руху через те, що зменшується безпечна відстань видимості.

Таким чином, можна зробити висновок, що для безпечного, зручного і економічного руху автомобілів з розрахунковою швидкістю на кривих у плані ділянках радіуси повинні бути якомога більшими.

Розглянемо стійкість рухомого автомобіля на похилій поверхні проїзної частини кривої, розрахункової схеми (рис. 2.12) і враховуючи основні фактори.

виходячи з

Розкладаючи сили, які діють на автомобіль, на складові та проектуючи їх на площину поверхні дороги, дістанемо значення поперечної сили, яка діє на автомобіль у площині покриття:

Знак плюс у Gsinα, якщо похил у бік центра кривої, і мінус, якщо похил у бік від центра кривої. Підставляючи у формулу вирази відцентрової сили і беручи sinα ≈ tgα = i , а cosα = 1, маємо

Y = ±Gi ,

де i – поперечний похил проїзної частини дороги.

Стійкість автомобіля на кривій зручно оцінювати відношенням поперечної сили до ваги автомобіля, яке позначають літерою μ і називають коефіцієнтом поперечної сили:

μ = = ± i .

Звідси через допустимі значення коефіцієнта поперечної сили можна визначити радіус колової кривої за такою формулою:

R =

) ,

2

2

ϕ2 ≤ ϕпозд −ϕ = (

0,6...0 7)

24

г

2.13)

2

2

(2.41)

.

(2.42)

,

1

2

2

позд

ϕ

.

(2.43)

(2.44)

звідки

1 2h

Y mg

(2.45)

Для практичного використання цієї залежності слід нормувати допустимі значення коефіцієнта поперечної сили μ, виходячи з безпечності, зручності та економічності руху. Це зумовлено тим, що поперечна сила, яка діє на

автомобіль під час проїзду кривих з малими радіусами, намагається змістити його з дороги або перекинути, погіршує комфортабельність руху, збільшує витрату пального і зношення шин.

Розглянемо умови забезпечення стійкості автомобіля проти заносу. Під час руху по кривій на автомобіль, крім поперечної сили, завжди діє сила тяги Р, а в разі термінової зупинки – сила гальмування Р . Рівнодійна цих сил (рис.

Y +P = Q ≤ Gϕ ,

оскільки maxP = Gφ1, а mахY = Сφ2, де φ1 і φ2 – складові коефіцієнти поздовжнього зчеплення відповідно в поздовжньому і поперечному напрямах, які пов’язані залежністю

ϕ2 = ϕпозд −ϕ1

Для того щоб забезпечувалася стійкість автомобіля проти заносу, слід додержуватися умови, за якою φ2G > Y, а відповідно і φ2 > Y/G = μ. Звідси випливає, що значення коефіцієнта поперечної сили μ не повинно перевищувати

складової частини загального коефіцієнта зчеплення φ2. Чим більша частина φ1 від загального коефіцієнта зчеплення використовується на подолання поздовжнього похилу, тим менша частина його поперечної складової φ2, залишається

для опору зсуву автомобіля на кривій.

За дослідженням А.В.Макарова, значення φ1 навіть у разі екстреного гальмування не перевищує 0,8φ. Тому

Для стійкості автомобіля проти заносу під час його руху на горизонтальній кривій треба, щоб коефіцієнт поперечної сили був меншим, ніж коефіцієнт поперечного зчеплення, тобто μ<φ2.

Рис. 2.13. Співвідношення між поперечними і поздовжніми зусиллями, які діють на колесо автомобіля

Стійкість автомобіля проти перекидання визначають, порівнюючи моменти сил, які діють на автомобіль відносно осі, що проходить через центри площин

контактів зовнішніх коліс. Отже, можна записати, що

Yh = mg( b / 2 −

μ = = ( b−2Δ ) ,

де Δ – зміщення центра ваги автомобіля через деформацію ресор і еластичність шин.

Установлено, що можна брати бічне зміщення Δ = 0,2b. Для сучасних легкових автомобілів відношення b/h = 1,8...2,5, для вантажних – 2...3, для автобусів – 1,7...2,2.

Висота центра ваги над поверхнею дороги змінюється залежно від типу автомобіля і становить 0,45...0,6 м для легкових автомобілів, 0,65...1,0 м для вантажних і 0,7...1,2 м для автобусів.

Відповідно до найбільш невигідних значень h і b/h установлено, що для стійкості автомобіля проти перекидання треба, щоб коефіцієнт μ не перевищував 0,6. У нормальних умовах руху автомобілів коефіцієнт поперечної сили не

досягає цього значення.

Зручність проїзду кривою забезпечується тоді, коли при цьому пасажир не має неприємних відчуттів. Дослідним шляхом установлено, якщо значення μ < 0,1, то пасажири не помічають, що рух здійснюється по кривій, якщо μ = 0,3,

то пасажир відчуває занепокоєння, а перехід з прямої ділянки на криву – як поштовх. При μ = 0,15 рух на кривій відчувається слабко, а при μ = 0,2 пасажир зазнає незначних незручностей. Тому вважають, що, виходячи з умов

комфортабельності руху, коефіцієнт поперечної сили μ треба брати 0,15, а в складних умовах 0,20.

де Y – бічна сила, Н; К

відх

25

(2.46)

відх

(3.1)

Рис. 2.14. Бічне відхилення колеса:

а – рух без дії бічної сили; б – рух під дією бічноі сили; в – форма площадок контакту шини з покриттям без дії бічної сили і під її дією

Економічність автомобільних перевезень під час руху по кривих пов’язана з виникненням додаткового опору руху, який спричинює таке явище, як бічне відхилення шин. Внаслідок цього поперечна сила призводить до бічної

деформації шин, що є причиною появи деякого кута δ між напрямом руху і поздовжньою віссю площадки контакту шини з покриттям (рис. 2.14).

Для компенсації бічного відхилення водій повинен повертати передні колеса під кутом до напряму у протилежний бік від відхилення шин.

Експериментальним шляхом установлено, що при кутах бічного відхилення δ < 3° для шин легкових автомобілів і 4° для шин вантажних автомобілів значення цього кута пропорційне бічній силі, прикладеній перпендикулярно до

площини кочення колеса:

=Y / Kвідх ,

– коефіцієнт опору відхиленню, який залежить від пружності пневмошини в поперечному

напрямі. Для шин легкових автомобілів К = 15...40 Н/рад, для шин вантажних автомобілів – 30...100 Н/рад.

Із збільшенням кута бічного відхилення різко підвищується зношення шин. Наприклад, якщо кут відхилення перевищує 1°, зношення шин збільшується в 5 разів порівняно з прямолінійними ділянками. Із зростанням опору руху

додаткові затрати потужності двигуна досягають 15 %, що пов’язано з підвищеними витратами пального.

Для того щоб не допустити появи вищезгаданих негативних факторів (підвищення зношення шин і підвищеної витрати пального), треба значення коефіцієнта поперечної сили μ нормувати так:

=Y / G = Kвідх / G ≈0,1 .