3.4 Взаимодействие колеса с препятствием, обобщенные показатели проходимости и сравнительная оценка проходимости

На рисунке 4 приведена схема сил взаимодействия ведущего колеса полноприводного автомобиля с вертикальной стенкой в момент потери колесом контакта с грунтом. Опорная реакция при этом будет полностью перенесена в точку контакта колеса с углом порога.

На схеме рисунок 4 обозначены: R_N - нормальная реакция на колесо со стороны кромки стенки; R_τ - касательная реакция на колесо со стороны кромки препятствия. Спроецируем все силы, действующие на нормальную и касательную оси координат:

Р исунок 4 - Схема сил, действующих на колесо

ΣN = 0; R_N - Р_х sin_α - Р_zcos_α = 0 , (8)

Στ = 0; R_τ+P_xcos_α-P_zsin_α = 0. (9)

Движение колеса возможно, если выполняется неравенство

R_τ/R_N<φ_x. (10)

Формула для определения высоты стенки, преодолеваемой ведущим колесом имеет вид

(11)

Анализируя формулу (11), можно установить, что высота преодолеваемой стенки возрастает при увеличении: радиуса колеса r_с, толкающей силы Р_х, коэффициента сцепления φ_х, радиального (нормального) прогиба шины Δ_ш и снижается при увеличении нормальной нагрузки на колесо Р_z. Наиболее существенное влияние на высоту преодолеваемой стенки оказывает радиус колеса и толкающая сила.

Максимальная высота преодолеваемой стенки для полноприводного автомобиля 4x4 не превышает половины радиуса колеса. Для автомобиля 8x8 Н_с≤r_с. Если колесо ведомое (φ_х = 0), то формула (11) упрощается:

(12)

Высота стенки существенно зависит от радиуса колеса и голкающей силы - для обычных грузовых автомобилей Н_с ≤ 0,15r_с.

Преодоление рва автомобильным колесом аналогично лреодолению порога. Зависимость ширины рва В_р от его глубины h_n выражается длиной хорды , для одиночного колеса В_р≤1,4r_c.

Для сравнительной оценки проходимости автомобилей в шределенных грунтовых условиях можно использовать обобщенный юказатель проходимости П - показатель проходимости, численно равный тангенсу максимального угла подъема на данном грунте или запасу юлной тяговой силы по сцеплению, который может быть использован на гоеодоление различных препятствий, разгон и т. д.

П = tgα_max = к_φφ_xcp-f_г-(1-k_φ)f_ш , (13)

где к_φ - коэффициент сцепной массы; р_хср - обобщенный коэффициент цепления; f_г - потери в грунте; f_щ - потери в шине.

Чем больше показатель П, тем выше проходимость автомобиля.

При оценке проходимости автомобилей по маршрутам, одержащим разнообразные грунты или поверхности, механические показатели которых могут быть заданы только статистическими характеристиками, предлагается использовать вероятностный показатель проходимости, который характеризует вероятность преодоления автомобилем заданного маршрута без застревания.

Методика сравнительной оценки проходимости автомобилей основана на рассмотрении конструктивных параметров и показателей без непосредственного рассмотрения грунтовых условий.

Всего выделено 12 конструктивных параметров и показателей:

1. минимальное давление на грунт р_тin, кПа;

2. дорожный просвет H₁, см;

3. коэффициент насыщенности протектора к_н;

4. высота грунтозацепов Δ_пр, см;

5. коэффициент сцепной массы к_φ;

6. коэффициент блокировки дифференциалов ведущих колес к_δ;

7. максимальный динамический фактор D_max;

8. удельная мощность N_yд, кВт/т;

9. свободный радиус колеса r_с, м;

10. угол переднего свеса γ₁, °;

11. угол заднего свеса γ₂, °;

12. продольный радиус проходимости R_прод, м.

Обобщенный сравнительный показатель проходимости вычисляют по формуле

П_ср = k_в1 р’_тin+k_в2 Н₁'+k_в3 k’_н+k_в4 Δ’_пр+k_в5 k’_φ+k_в6 k’_δ

+k_в7D’_max+k_в8 N’_уд+k_в9r’_c+k_в10γ’₂+k_в11γ’₂+k_в12R’_прод, (14)

где k_вi - коэффициенты весомости параметров; р'_тin , Н₁',R'_прод - относительные величины параметров (определяются по отношению к максимальному или минимальному значению из всех рассматриваемых значений).

В таблице 2 приведены значения параметров и полученные значения сравнительного показателя проходимости для отечественных автомобилей.