2.8. Коэффициент сцепления колеса с дорогой

Преобразуем формулу (2.15). Для этого разделим все члены уравнения (2.15) на R_z и получим

.

Обозначим: - удельная тангенциальная сила на ведущем колесе; - коэффициент продольной силы (реакции) колеса.

Тогда для случая установившегося движения

;

Отношение максимального значения тангенциальной реакции (в данном случае R_{х max} ) к нормальной реакции R_z (нагрузке G на колесо) называют коэффициентом сцепления шины с дорогой, т.е.

. (2.20)

Как видно из рис. 2.5, при определенных значениях коэффициента буксования (0,1 – 0,15), называемых критическими, коэффициент продольной реакции при определенных дорожных условиях достигает максимального значения. Эта величина называется максимальным коэффициентом сцепления (φ_max).

В справочной литературе приводится значения коэффициентов сцепления при полном скольжении (φ_х), так как все экспериментальные методы позволяют оценить φ_х, при скольжении шины, т.е. он представляет собой коэффициент трения скольжения. Этот коэффициент всегда меньше, чем коэффициент трения покоя.

Значения φ_х и φ_max зависят от многих факторов. Основными из них являются тип и состояние дорожного покрытия, материал и состояние протектора шин, скорость движения автомобиля, природно-климатические условия, нагрузка на колесо и другие.

Рис. 2.5. Характерная зависимость к_х от коэффициентов буксования и скольжения колес для сухой с асфальтобетонным покрытием дороги

Характерные экспериментальные значения φ_х приведены в табл 2.2. Наибольшие значения φ и φ_max характерны для дорог с сухим асфальтобетонным или цементобетонным покрытием. При качении колеса по дороге с твердым покрытием резина протектора деформируется гораздо больше, чем материал покрытия. Твердые выступы покрытия вдавливаются в контактирующую с ним поверхность протектора шины.

Таблица 2.2

Средние значения коэффициента сцепления шин с дорогой

№ пп	Тип и состояние дороги	φх max	φх
1	Сухой асфальт и бетон	0,8 – 0,9	0,7 – 0,8
2	Мокрый асфальт	0,5 – 0,7	0,45 – 0,6
3	Мокрый бетон	0,75 – 0,8	0,65 – 0,7
4	Гравий	0,55 – 0,65	0,5 – 0,55
5	Грунтовая дорога сухая укатанная	0,65 – 0,75	0,6 – 0,65
6	Грунтовая дорога мокрая	0,5 -0,55	0,4 – 0,5
7	Уплотненный снег	0,15 – 0,2	0,12 -0,15
8	Лёд	0,1 – 0,12	0,08 – 0,011

Оптимальная высота микронеровностей дороги составляет 2-5 мм. В процессе эксплуатации дороги выступающие части щебня изнашиваются и шлифуются, что снижает коэффициент сцепления. Поэтому регулярно проводят поверхностную обработку дороги.

При наличии влаги и грязи на покрытиях снижается коэффициент трения скольжения, т.к. такие пленки изолируют или уменьшают глубину вдавливания микронеровностей дороги в резину. На мокрых дорогах коэффициент сцепления определяется гидромеханическими свойствами жидкой пленки. С увеличением скорости качения колеса может образоваться гидродинамический клин и появляется возможность аквапланирования колеса. С увеличением скорости изменяются условия взаимодействия колеса с дорогой и коэффициенты φ_х и φ_max существенно снижаются. Например, на сухом асфальтобетонном покрытии при скорости

25 км/ч φ_max ≈ 0,90 – 0,97, φ_х ≈ 0,7 – 0,85, на мокром - φ_max ≈ 0,5 – 0,7, φ_х ≈ 0,45 – 0,6, а при скорости 125 км/ч: на сухой дороге - φ_max ≈ 0,7 – 0,77, φ_х ≈ 0,65 – 0,73; на мокрой - φ_max ≈ 0,4 – 0,5; φ ≈ 0,25 – 0,35. У изношенных протектором шин эти значения φ_max и φ еще меньше, особенно при скорости выше 70 – 90 км/ч.

Для приблизительной оценки влияния скорости автомобиля на коэффициент сцепления или удельной продольной силы могут быть использованы эмпирические формулы следующего вида:

, (2.21)

где - коэффициент при малой скорости; А≈ -0.015 – 0,03 для асфальтобетонной дороги.