2. Опис лабораторного обладнання

Стенд для визначення коефіцієнта врахування обертових мас складається х двох основних частин: стола і моделі автомобіля (візка) (мал. 1)

В свою чергу стіл І, обладнаний кінцевими контактами 2,3 з’єднаними з секундоміром 4, а також з системою блоків 5, через які перееинутий канат 6. До одного кінці каната прикріплений вантаж Q, другий кінець кріпиться до візка.

Візок складається з рам 7 4-х коліс 8, маховика 9 і ланцюгової перелачі 10, передатне число якої може ступінчасто мінятися.

3. Об’єм і методика виконання роботи

1. Зняти ланціг з зірочок.

2. Включити секундомір в крайнє праве положення на столі, встановивши його задніми колесами на стоп-лінію.

УВАГА !

Забороняється під час досліду

Знаходитися в зоні рухувантажу Q

Лабораторна робота №6

дослідження параметрів, що характеризують

взаємодію колеса з дорогою

мета роботи: визначення хакторів і дослідження параметрів, що

характерезують золеса з дорогою.

Завдання роботи полігає в тому, щоб навчитися визначати коефіцієнти:

а) зчеплення колеса з дорогою;

б) опору кочення;

в) сумарного опору дороги, а також знати вплив різних факторів на ці коефіцієнти.

І. теоритичні відомості

і.і. Коефіцієнт зчеплення колеса з дорогою і основні

фактори, що випливають на його величину.

Коефіцієнт зчеплення  називається відношення сили, яка викликає рівномірне ковзання колеса нормальної реакції дороги

( 1 )

де – максимальна дотична реакція в зоні контакту;

– нормальна реакція, або навантаження, що діє на колесо.

В залежності від напрямку ковзання колеса розрізняють коуфіцієнти повздовжнього _х і пореречного _у зчеплення.

Вимірюючи силу , що діє на колесо в площині його одертання, визначають коефіцієнт зчеплення _х в показаній площині, а вимірюючи силу , що діє на колесо в напрямку, перпиндикулярному поступальному рухові колеса, визначають коефіцієнт зчепленняшини з дорогою _у в поперечному напрямку.

Оскільки коефіцієнт поперечного зчеплення _у залежить від тих же факторів, що і _х , то можна зизначити за формулами

Для колеса, на яке діє тягова або гальмівна сила.

_у = (0,8...0,9) _х ; ( 2 )

для колеса, яке котиться вільно,

_у = (1,1...1,2) _х .

При дорожніх випробовуваннях зчеплення шини з твердим покриттям дороги визначають методом буксирування автомобіля або спеціального візка при загальмованих колесах. При цьому реєструють силу тяги на гаку або момент на колесах, на випробовують

На дорогах з твердим покриттям коефіцієнт характеризується, в основному тертям гуми з дорогою, а а грунтовій – поверхневим тертям і роботою на зріз (тертям грунту грунтом).

Коєфіцієнт зчеплення залефить від багатьох плраметрів і, в першу чергу, від виду покриття і стану дороги (табл. 1), конструкції і матеріалу шин, тиску повітря в ній, навантаження на колесо, швидкості руху, температурних умов, ковзання чи буксування колеса. Він характеризує взаємодію колеса з дорогою.

При кочені колеса по дорозі з твердим покриттям гума протектора деформується значно більше, ніх матеріал покриття: тверді виступи дороги при цьому проникають в опорну поверхню шини, чим збільшується коєфіцієнт щеплення колеса з дорогою. Однак, необхідно мати на увазі, що дуже велика шорсткість покриття призводить до зменшення .

На вологих і брудних покриттях плівка вологи чи бруду значно зменшує глибину втиснення нерівності дороги в гуму протектора. Це зменшує коефіцієнт зчеплення, причому останній тим менший, чим грубший шар вологи між шиною і дорогою. Коєфіцієнт зчепрлення зменшується особливо відчутно, якщо дорога покрита плівкою глини.

Суттєво впливає на коефіцієнт зчепленння конструкція і матеріал шини. Зміною конструкційних параметрів шини (кута нахилу, ниток корда, кривизни профілю, малюнка протектора, кривизни бігової доріжки) можна в досить широких межах змінювати співвідношення між дотичними і нормальними шинами, тобто змінювати напруженість, а відповідно і зчеплення елементів протектора з дорогою. Шини, які мають меншу напруженість елементів протектора в в контакті, наділені кращими зчіпними факторами.

Великий вплив на коефіцієнт  спричиняє малюнок протектора. Протектор Протектор шин легкових автомобілів має дрібний малюнок, який забезпечує хороше зчеплення з твердим покриттям. У шин вантажних автомобілів малюнок протектора крупний з широкими і глибокими впадинами. Такі шини, врізаються в грунт, покращують прохідність автомобіля. При стирання впадин протектора під час експлуатації погіршується зчеплення шини з дорогою, тому експлуатація транспортних засобів зі зношеними шинами заборонена. Для забезпечення безпеки руху величина коефіцієнта , не повинна бути нижче 0,4.

Коефіцієнт зчеплення зменшується зі зміною навантаження на колесо 1 тиску повітря в шині. На твердих покриттях доріг збідьшення навантаження на колесо приводить до зменшення коефі­цієнта зчеплення. Зі збільшенням тиску повітря в шині коефіцієнт  спочатку підвищується, а потім починає спадати. Для кожної шини встановлений конкретний тиск повітря, при якому вона має максимальний коефіцієнт зчеплення з дорогою. На м'яких опорних поверхнях коефіцієнт  зростає зі зменшенням тиску повітря в шині завдяки збільшенню площі контакту і покращанню характеру взаємодії колеса з грунтом.

Коефіцієнт зчеплення залежить від швидкості поступального руху калеса. Зі збільшенням останньої він зменшується, причому на мокрих поверхнях більш інтенсивно ніж НА сухих. зМЕНШЕННЯ  зі збільшенням швидкості руху поясвюється пружно вязкими дифор-маціями гуми протектора, які залежать від часу. При великих швидкостях гума проотектора не встигає повністю зачепитися за нерівності покриття.

Коефіцієнт зчеплення залежить від температури. Досліди показують, жо при збільшенні температури зчепленння протектора з бе тонною дорогою дещо зменшусться, а з асфальтобетонним покриттям - збільшується.

В процесі кочення колеса шина поглинає кількість енергії, затрачену на її деформацію. при русі заблокованого колеса гістерисні втрати в шині відносно невеликі. Досліди гюказують, що шини, які мають більші гістерезисні втрати, наділені і більше високим коефіцієнтом зчеплення. тобто коефіцієнт  в колесі. яке обертається вище, ніж у заблокованого.

Таким чином, на величину  впливає значна кількість факторів, які врахувати досить важко. Тому в розрахункових задачах користую­ться середнім значенням коефіціента зчепленя, величини якого приведені в табл. 1.

В даному розділі роботи визвачасться коефіцієнт зчеплення заблокованного колеса з дорогою в залежності від навантаження 1 виду дорожнього покриття для двох напрямків - повздовжнього та поперечного.

1.2. Коэфіцієнти опору коченню, сумарного опору дороги і основні фактори, що випливають на її значення.

Взаємодія дороги і автомобіля супроводжується затратами енергії на подолання опору коченню коліс (шин) по дорозі Р_f і підйом

автомобіля при русі по похилій дорозі Р_f (мал.1).

Опір коче^ю шини по дорозі постає ж нас.яідак затрат енергії:

а) на гістерезисні (внутрішні) затрати в шині;

б) на подолання поверхового тертя ковзання шин в дорогу

в) на утворення колії;

г) на подолання опору в підшипниках маточин коліс;

д) на подолання опору повітря обертанню каліс;

е) на подолання присмоктувайня елементів протектора дороги

Гістерезисні втрати в шини при її деформації викликані виник­ненням сли внутрішнього тертя в матеріалі шини, який не є ідеаль­но пружним. При виході із зони контакту шини з дорогою її деформо­вані волокна повертаються в початкове положення, однак в наслідок внутрішнього тертя в шині енергія, затрачена на їх деформацію. повертається не повністю, тобто супроводжується гістерезисом (втратою енергії),

Колова деформація шини супроводжуеться її проковзуваням від­носно поверхні дороги в напрямку руху у веденого і гальмівного колеса і в протилежному - у зедучого колеса, що потребує пзвної енергії.

При рухові автомобіля оо^ м'якій дорозі значна частина енергії затрачається на утвореная коліі. Чим мякша дорога, тим більша деформація шини. При одному і тому ж навантаженні опір кочення на мякій дорозі більий, ніж на твердії,

При технічно справних і відрегульованих підшипникових вузлах маточин коліс, енергія, що затрачається на подолання опору перших залежить, в основному, тільки від типу підшипника і навантаження, що діє на колесо.

Опір повітря обертанню коліс проявляється тільки при відносно великих швидкостях руху. Більш замітний вплив даного фактора на опір коченню при використанні коліс з великими грунтозачепами.

В звязку з складністю роздільного обіку всіх факторів опір коченню колісавтомобіля оцінюють по сумарних затратах енергії, рахуючиі силу опору коченню зовнішньою по відношенню до автомобіля. Сумарні затрати енергії, зв'язані з кочення коліс, оцінюють за допомогою коефіцієнта опору коченню, рівного відношенню найме-ншої сили, яка спричиняє рівномірне кочення коліс автомобіля з відключеною трансмісією по горизонтальній ділянці, дороги, до величини нормальної реакції дороги:

F = Р_f /Mg

де М –маса автомобіля;

g = 9,81 м/с² – прискорення вільного падінн.

Таблиця 1

Коефіцієнт щеплення колеса з дорогою

Вид дорожнього потриття	Швидкість руху, км/год	Коефіцієнт зчеплення
Цементобетон: Сухий Мокрий	10-100 10-100	0,9…0,7 0,6…0,36
Асфальтобетон: Сухий Мокрий сухий літом при t=400 С	10-100 10-100 10-100	0,7…0,8 0,58…0,29 1,0…1,1
Гравій: Сухий Мокрий	10-100 10-100	0,6…0,7 0,3…0,4
Камінь мощений сухий:	10-100	0,6…0,7
Грунтова дорога: Суха Волога	10-100 10-100	0,5…0,6 0,2…0,4
Пісок (цілона літом): Сухий Вологий	10-100 10-100	0,4…0,5 0,2…0,3
Сніг збитий (вкатаний)	10-100	0,15…0,25
Гладкий лід (00 С), ожеледь	10-100	0,06…0,1

Значення коефіцієнта залежить від зовнішніх умов руху, з яких найбільш суттєвими являються вид і стан поверхні дороги, тип конструкція і матеріал шини, кур нахилу колеса і значення поперечної сили, тиск повітря в шині, швидкість руху і не залежить, практично, від крутного моменту в колесі і вертикального навантаження.

Тип, конструкція матеріали шини суттево впливабть на значення коефіцієнта f. Застосування матеріалів, які характеризуються малим внутрішнім тертям (картон, нейлон), зменшення жорсткості кордної тканини і кількості її шарів, полегшення протектора значно знижуються гістерезисні втрати в шині, а разом з тим і коефіцієнт опору кочення.

Опір коченню збільшується при нахилі колеса до вертикалі і коченню його з боковим відведенням при дії поперечної сили (рух на повороті, поперечний нахил дороги, при боковому вітрі), оскільки при цьому збільшується поперечна диформація шини і зростають втрати на тертя, як в середині в шині, так і в контакті з дорогою.

В міру збільшення швидкості руху від 0 до 70...80 км/год., коофіцієнт f зростає непомітно і в доному діапазоні його можна прийняти сталим. Дальше підвищення швидкості викликає помітне підвищення коофіцієнта кочення. Це пояснюється тим, що при вихді з зони контакту шина не встигає повністю розпрямитися і колесу повертається менша доля менша доля енергії, що була затрачена на диформацію шини.

В залежності від швидкості для визначення коефіцієнта f інколи застособують емпірічну формулу:

.

де f₀ – коефіцієнт опору кочення при русі автомобіля з невеликою швидкістю,

V – швилдкість руху автомобіля, м/с²

В міру змешення тиску повітря в шині при русі по дорозі з твердим покриттям коефіцієнт опору кочення збільшується в результаті збільшення деформації шин. Увипадку мякої поверхні зменшення тиску в шині тягне за собою зменшення глибини колії, тобто залишкової диформації грунту, в результаті чого опір коченню стає меншим. Однак при цому збільшується диформація шини, в результаті чого опір коченню стає більший. Результуюча зміна коєфіцієнта f буде залежити від співвідношення цих двох факторів. Тому для кожного типу дороги існує оптимальний у відношенні до опору кочення внутрішній тиск, при якому коефіцієнт f має мінімальне значення.

Умпірічна формула для розрахунка коефіцієнта опору кочення при русі по мякому грунті з нормальним навантаженням має вийти:

. (3)

де С– опір грунту змивання на глибині 10 мм; для сухого піщаного грунту С-1,5...5,0.

Формула (3) наведена для жорсткого колеса і враховує тільки диформацію дороги.

Коефіцієнт опору кочення еластичного колеса па мякому грунту

F_т =(0,75…0,85)f_д (4)

В загальному випадку сила опору кочення визначається за формулою:

Р_f = f ^. Mg cos,

Де  – кут підцому дороги

Середне значення коєфіцієнтів опору качення коліс при нормальному тискові повітря в шинах в залежності від виду дорожного покриття наведений в (табл. 2)

Таблиця 2

Коефіцієнт опору коченню

Дорожне покриття	Коефіцієнт опору коченню
Цементобетон і асфальтобетон: У відмінному стані В задовільному стані	0,014...0,018 0,018...0,022
Гравійне покриття	0,04...0,07
Мощення з каменю	0,03...0,04
Грунтова дорога: Суха збита Після дощу	0,03...0,05 0,05...0,015
Пісок: Вологий Сухий	0,08...0,10 0,16...0,30
Снігова дорога	0,025...0,03
Лід	0,018...0,10

Полряд з силою опру кочення на підйомах на автомобіль діє сила опору підйому, яка визначається за формулою:

.

Сума сил Р_f і Р_і називається силою сумарного опору дороги:

.

а коефіцієнт в дужках –коефіцієнтом сумарного опору дороги і позначаться:

. (5)

де І –нахил (підйом дороги; відношення висоти H до віддалі S ( мал. 1).

Під час дорожніх вимпробуваннь сумарну силу опору дороги знаходять шлях регістрації тягової сили на гакові тагача, який буксирує дослідницький автомобіль з відємною трансмісією. Тоді згідно рівняння тягового балансу при рівномірному русі на невеликій шаидкості до 3 м/с тягова сила на гаку буде рівною:

.

Експериментальне значення коефіцієнта сумарного опору дороги визначається за формулою:

. (6)

де – вага моделі автомобіля, Н;

G₀ – вага вантажу, Н.

ПРИМІТКА: для визначення коефіцієнта опору коченню аналогічні випробування необхідно проводити на горизонтальному відтинку дороги, розраховуючи при цьому за формулою (6) коефіцієнт F замість .

Максимальні значення коефіцієнта сумарного опору дороги для різних автомобілів приведені в (табл. 3)

Таблиця 3

Максимальний коефіцієнт сумарного опру дороги

Тип автомобіля	мах
Легковий і автобус Вантажний Автомобіль високої прохідності	0,30...0,35 0,35...0,45 0,60...0,80