1. Теоретические положения

1.1. Силы, действующие на подвижной состав при движении

При движении на горизонтальном участке дороги на колёса автомобиля действует целый ряд сил, которые называются внешними. К этим силам относятся (рис. 1) силы тяжести G и Gгр, вертикальные и горизонтальные силы реакции дороги Rz₁, Rz₂, Rx₁, Rх₂ и силы взаимодействия подвижного состава с воздухом (реакции воздушной среды) Рв, а также сила тяги (движения) колеса. На подъёме дороги действует сила сопротивления подъёму.

Одни из указанных сил действуют в направлении движения и являются движущими силами, а другие — против движения и от­носятся к силам сопротивления движению.

Так, сила P_д на тяго­вом режиме, когда подводятся мощность и момент к ведущим колесам, направлена в сторону движения, а силы Rх₁,Rx₂ и Рв направ­лены против движения.

Движущей силой подвижного состава является каса­тельная реакция дороги Рд на ведущих колесах. Она возникает в результате подвода мощности и момента от двигателя через транс­миссию к ведущим колесам.

Рис. 2. Внешние силы, действующие на подвижной состав:G, Gгр–масса снаряжённого автомобиля и масса груза; Rz₁, Rz₂–реакция дороги на передние и задние колёса; Rx₁, Rx₂–касательная реакция дороги на передних неведущих и задних ведущих колёсах.

Вертикальные реакция дороги на передние и задние колёса может быть определена из условия:

Rz₁ + Rz₂ = G_гр + G

Rz₁·L – (G_гр + G)·l₂ = 0

Сила сопротивления, движению на передних колёсах (горизонтальная реакция дороги) может быть определена из уравнения моментов сопротивления скольжения в подшипнике и момента сопротивления качению колеса (Рис.1б)

M= M₂+M₁ или

Rx₁·Dк/2 = f·Rz₁ + f₁Rz₁·d/2 откуда

Если пренебречь сопротивлением в подшипнике заднего колеса (f₁=0), то сила сопротивления, движению на задних (приводных) колёсах может быть определена (Рис 1а,б) аналогичным способом:

Коэффициент трения скольжения f₁ может быть принят:

Коэффициент трения качения колеса, учитывающий деформацию шины может быть принят f = 0,1÷0,01

Сила сопротивления движению на задних приводных колёсах при равномерном движении на прямолинейном участке дороги может быть определена из уравнения движения ведущих колёс (Рис.1а).

Рд = (Rx₁ +Rx₂ + Рв)

Сила сопротивления воздуха

При движении действие силы сопротивления воздуха обуслов­лено перемещением частиц воздуха и их трением о поверхность автомобиля. Если автомобиль движется при отсутствии ветра, то сила сопротивления воздуха, Н:

где: kв — коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент об­текаемости),

Н с²/м⁴; Fa — лобовая площадь автомобиля, м²; υ — скорость автомобиля, м/с.

Коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от формы и качества поверхности автомобиля, определяется эксперимен­тально при продувке в аэродинамической трубе.

Коэффициент сопротивления воздуха, Н·с²/м⁴, составляет: 0,2÷0,35 — для легковых автомобилей; 0,35÷0,4 — для автобусов и 0,6÷0,7 — для грузовых автомобилей.

Лобовая площадь автомобиля зависит от его типа (рис. 3, а, б). Ее приближенное значение, м², можно вычислить по следующим формулам (см. табл.1):

Fa = В·На — для грузовых автомобилей и автобусов;

Fa = 0,78·Ва·На — для легковых автомобилей,

где В — колея колес автомобиля, м; На — наибольшая высота автомобиля, м; Ва — наибольшая ширина автомобиля, м.

Рис. 12.18. Площади лобового сопротивления легкового (а) и грузового (б) автомобилей