2. Рух автомобілів на дорозі

2.1. Тягова сила та сили опору

Рух автомобіля на дорозі – це складна система переміщень, а саме: поступальний рух на прямих, обертання навколо вертикальної осі під час руху на кривих, коливання у поздовжньому і поперечному напрямах, які зумовлені

нерівностями покриття та ін. Не всі зазначені переміщення можуть бути враховані під час проектування доріг. Тому, обґрунтовуючи вимоги до елементів дороги у плані й поздовжньому профілі, умовно вважають, що автомобіль

рухається без коливань по рівній, твердій поверхні. Режим руху автомобіля визначають такі фактори: динамічні якості автомобілів, дорожні умови та індивідуальні особливості водіїв. Два останніх фактори призводять до того, що

динамічні можливості автомобілів не завжди використовуються повністю.

Під час руху автомобіля на дорозі потрібно долати різні опори. Здійснюється це за рахунок тягової сили, що її розвиває двигун на ведучих колесах. У загальному випадку прискореного руху на підйом на автомобіль діють такі

сили опору (рис. 2.1): сила опору коченню Pf, опору руху на підйом Pi, опору повітря P , інерційні сили, що ви-

2

Через

повітряного середовища, м/с (якщо вітер попутний, то v = v - v ; якщо зустрічний, то v = v

завихрень тиск повітря

створення

обтікання і

нерівномірне

Для швидкостей в інтервалі v = 60...150 км/год коефіцієнт опору коченню може бути визначений за допомогою емпіричної залежності

Бруківка

де ΣPf – сумарний опір коченню всіх коліс автомобіля, Н; G

0,04…0,05 Грунтова дорога, рівна, суха й ущільнена 0,03…0,06

Рілля, надто зволожений заболочений грунт, сипучий пісок 0,15…0,30

авт

авт в

Pω = c Fv = knFv

коефіцієнт опору повітря.

У тягових розрахунках користуються коефіцієнтом опору повітря kn, який визначають експериментально (табл.

14

(2.1)

(2.2)

Значення f Цементобетонне і асфальтобетонне 0,01…0,02

v ) ,

2

−5

(2.3)

2

,

(2.4)

2

4

2

2.1).

никають при зміні швидкості Pj. Сили опору кочення і повітря завжди діють на рухомий автомобіль; сил опору руху на підйом і сил інерції залежно від дорожніх умов і режиму руху може не бути або вони можуть мати знак мінус.

На рівних цементобетонних та асфальтобетонних покриттях основним фактором, що визначає опір коченню, є обтиснення шин. На ґрунтових дорогах опір коченню залежить від витрати зусиль на деформування шини і на

утворення колій на грунтовій поверхні.

Опір коченню під час руху по дорозі з твердим покриттям є прямо пропорційним тиску на покриття і його

визначають за такою залежністю:

Pf = ∑Gifi ,

де Gi – навантаження на дорогу від кожного колеса, Н; fi – відповідні коефіцієнти опору коченню.

Рис. 2.1. Сили опору руху, які діють на автомобіль

Сили опору коченню Рf, зумовлені витратами енергії на подолання деформації дороги та шини і тертя між шиною й дорогою.

Найчастіше коефіцієнт опору коченню відносять до загальної ваги автомобіля, тобто вважають, що

fcep = ∑ Pf / Gавт,

– вага автомобіля, Н.

Опір коченню залежить від рівності покриття, швидкості руху й еластичності шини. Вплив швидкості на опір коченню стає помітним, якщо швидкість руху перевищує 50 км/год.

Якщо швидкість руху менша ніж 50 км/год, то коефіцієнти опору мають такі значення:

Покриття

Із щебеню чи гравію, оброблених органічними в’яжучими матеріалами, з рівною поверхнею

0,02…0,025

Із щебеню чи гравію, не оброблених органічними в’яжучими з невеликими вибоїнами 0,03…0,04

і більше

fv = fo(1+ 4,5⋅10

де f0 – коефіцієнт опору коченню при швидкостях до 60 км/год.

Аеродинамічний опір повітряного середовища руху автомобіля спричинюється такими факторами, як лобовий опір, тертя повітря об бічну поверхню автомобіля, опір частин автомобіля, що виступають (крила, дзеркала тощо),

опір від завихрення повітряних струменів за автомобілем, біля коліс і під кузовом, опір повітря, що проходить крізь радіатор і підкапотний простір.

на поверхню рухомого автомобіля нерівномірний. Є зони підвищеного тиску і розріджень (рис. 2.2). Сумарну силу опору повітряного середовища руху

автомобіля, Н, назначають за такою залежністю:

де c – коефіцієнт опору середовища (безрозмірна величина, яка залежить від форми тіла, що рухається в повітрі, а також від гладкості його поверхні); ρ = 0,125 Н·с /м – щільність повітря на рівні моря; F – площа проекції автомобіля

на площину, перпендикулярну напряму його руху (“лобова площа”), м ; v – швидкість руху автомобіля відносно

авт в

+ v .); kn –

Таблиця 2.1

2

P +P Pf пост

1,03...1,07, для інших передач він збільшується за залежністю

j пост

об

G dv g dt

δ об =

Виходячи з цього, вираз для визначення сили інерції автомобіля має вигляд

. Для прямої передачі σ

об =1,04 + nik

15

2

Автомобіль	kn, Н · с /м	4	F, м	2
Вантажний Автобус з кузовом вагонного типу Легковий Обтічний спортивний гоночний	0,60...0,70 0,23...0,50 0,15...0,30 0,10...0,15		3,0...7,0 4,5...7,0 1,4...2,6 1,0...1,5

(2.5)

dv dt

(2.6)

2

2

об

j об

.

(2.7)

(2.8)

об

=

,

(2.9)

Для обчислення площі лобової проекції застосовують наближені формули: для легкового автомобіля F = 0,8 ВН, для автобусів і вантажних автомобілів з кузовом типу фургон F = 0,9 ВН (де В, Н – габаритні ширина і висота

автомобілів).

Опір повітря під час руху автомобіля різко зростає із збільшенням його швидкості. Тому, конструюючи автомобілі, значну увагу слід приділяти зменшенню повітряного опору підвищенням їхньої обтічності.

Рис. 2.2. Розподіл тиску повітря на автомобіль:

а – схема обтікання рухомого автомобіля повітрям; б – епюра розподілу тиску

у вертикальній площині; 1 – нижній потік повітря; 2 – зони підвищеного тиску; 3 – ділянка відриву повітряних струменів; 4 – прилипання повітряних

струменів; 5 – зона розрідження при великій швидкості, 6 – верхній потік повітря; знаком “+” позначено зони підвищення тиску, знаком “–“ – зони

розрідження

Опір руху на підйом з похилом і виникає внаслідок додаткових витрат енергії на переміщення автомобіля похилою поверхнею на деяку висоту. Для

переміщення автомобіля на ділянці підйому завдовжки L на висоту H потрібно затратити роботу на подолання сили ваги F = GH. Нехтуючи різницею між

практичною довжиною похилої ділянки дороги і її горизонтальною проекцією, що неістотно для поздовжніх похилів на дорогах, опір руху на підйом на одиницю шляху можна виразити так:

Pi = F / L = GH / L = Gtg = Gi .

Опір інерційних сил автомобіля, що виникає під час зміни його швидкостей, складається із сил інерції поступального руху та інерційних сил елементів рухомих частин автомобіля.

Якщо маса автомобіля т = G/g, кг і швидкість автомобіля v, м/с, то інерційна сила поступального руху

Pj = m = = Gj ,

де dv/dt – прискорення автомобіля, м/с ; j – відносне прискорення; g – прискорення вільного падіння, м/с .

Поряд з інерцією поступального руху під час зміни швидкості руху виникає інерція частин автомобіля, які обертаються: коліс, маховиків тощо. Для її врахування до інерції поступального руху вводять поправочний коефіцієнт

обліку мас, що обертаються, σ . Цей коефіцієнт є відношенням повної сили, потрібної для подолання інерції усіх мас, що обертаються і рухаються поступально, до сили, потрібної для подолання інерції автомобіля тільки під час його

поступального руху:

Pj = обGj .

Чим більше передаточне число коробки передач ik, тим вище значення коефіцієнта σ

де n – коефіцієнт, що дорівнює 0,03...0,05 для легкових автомобілів і 0,05...0,07 для вантажних.