книги из ГПНТБ / Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник

Сравнительную оценку проходимости автомобилей можно произвести при помощи показателя проходимости автомобиля

•Ьр) который представляет собой определяемое опытным путем отношение максимальной производительности автомобиля при дви­ жении по плохой дороге к его производительности при движении по дороге с хорошим (асфальтовым) покрытием:

Цпр — Grn^n Grx^'x ’

где Grn, va — действительная нагрузка и средняя скорость авто­ мобиля в плохих дорожных условиях (по данной местности);

Grx, — номинальная нагрузка и средняя скорость авто­ мобиля в хороших дорожных условиях.

§ 3. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОХОДИМОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ

Динамический фактор автомобилей должен быть достаточным для преодоления повышенного сопротивления движению. Для увели­ чения силы тяги необходимо, чтобы все или большее число колес автомобиля былп ведущими, а воспринимаемая ими вертикальная нагрузка распределялась приблизительно поровну. Устранить пли ограничить в необходимых пределах буксование колес, при котором обеспечивается наилучшее сцепление их с грунтом, можно путем установки в трансмиссии элементов особой конструкции и подбора рисунка протектора шин.

Давление колес на дорогу должно обеспечивать проходимость автомобиля по грунтам с малой несущей способностью. Во время движения автомобиля следует регулировать это давление в опре­ деленных пределах. Величины дорожных просветов и других гео­ метрических показателей проходимости пе должны ограничивать движение автомобиля на неровных дорогах и преодоление сосредо­ точенных препятствий.

Для движения автомобиля ио узким проездам и дорогам управ­ ляемые колеса автомобиля должны поворачиваться на возможно большие углы. Конструкция подвески должна допускать значи­ тельные перекосы осей при движении автомобиля по неровным дорогам, чтобы обеспечить хорошую приспособляемость колес к неровностям. Двигатель, агрегаты трансмиссии и узлы ходовой части и органов управления требуется надежно защищать от про­ никновения в них воды, грязи и пыли.

На автомобиле должны быть установлены приспособления, повышающие его проходимость: лебедка, цепи противоскольжения.

Для уменьшения утомляемости водителя, особенно при движе­ нии по тяжелым дорогам, управление автомобилем необходимо максимально облегчить.

230

§ 4. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОХОДИМОСТИ

Просвет — это расстояние h между одной из низших точек авто­ мобиля и плоскостью дороги (см. рис. :Ю1), которое характери­ зует возможность движения автомобиля без задевания сосредото­ ченных препятствий (камней, пней и т. п.). Значения просвета h для автомобилей различных типов приведены в приложении III.

Передний ап и задний |3П углы проходимости характеризуют проходимость автомобиля по неровным дорогам при въезде на препятствие или съезде с него, например, в случаях наезда на бугор, переезда через канавы и т. и. Для определения углов ап и |5Ппро­ водят прямые линии, касательные к внешним окружностям шин передних и задних колес и к наиболее удаленным точкам передпей

Рис. 102. Параметры маневренности:

а — одипочпого автомобиля; б — тягача с прицепом; » — тягача с полупри­ цепом

и задней частей автомобиля. Значенпя углов цп и |3Пдля отечест­ венных автомобилей приведены в приложении III.

■Радиусы продольной рпр и поперечной рпоп проходимости

(см. рис. 101) определяют очертания препятствия, которое, не задевая, может, преодолеть автомобиль. Радиусы проходимости определяют на вычерченном в масштабе эскизе автомобиля по ра­ диусам соответствующих окружностей, проведенных касательно к внешним окружностям шин и наиболее низкой точке автомобиля, в пределах базы ( рпр) пли колеи ( рпоп)• Чем меньше радиусы продольной и поперечной проходимости, тем лучше проходимость автомобиля. Уменьшая, например, базу автомобиля, можно умень­ шить радиус рпр. Ниже приведены значения радиуса рпр продоль­ ной проходимости (в м) для некоторых автомобилей.

Маневренностью называют свойство автомобиля поворачиваться на минимальной площади. Минималъный радиус■поворота наруж­ ного переднего колеса Rn (рис. 102, а), ширина полосы движения А,

231

которую зашшает автомобиль при.повороте, и максимальный выход отдельных частей автомобиля за пределы траекторий движения наружного переднего и внутреннего заднего колес (расстояния а и Ь)

являются показателями маневренности автомобиля. Максимальную ширину полосы дпижепня А, (в м) определяют

по формуле

А = Rn— RB-\-a-\-b,

где R B— минимальный радиус поворота внутреннего заднего колеса в м.

Наиболее маневренными являются одиночные автомобили со всеми управляемыми колесами. При буксировке прицепов манев­ ренность автомобиля несколько ухудшается. Это объясняется тем, что при поворотах автопоезда прицеп смещается к центру пово­ рота (рис. 102, б и в), в результате чего ширина полосы движения автопоезда оказывается больше, чем у автомобиля без прицепа. Ширина полосы движения автопоезда растет с увеличением коли­ чества буксирзгемых прицепов, базы прицепа и длины дышла.

§ 5. ОПОРНО-ТЯГОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОХОДИМОСТИ

Плохие дороги и бездорожье характеризуются прежде всего повы­ шенным сопротивлением движению автомобиля. Чтобы преодолеть его, автомобили, работающие в этих условиях, должны иметь луч­ шие динамические свойства, т. е. большую силу тяги или больший динамический фактор, чем автомобили, эксплуатируемые па хоро­ ших дорогах. Поэтому величина динамического фактора является одним из основных показателей для оценки проходимости автомо­ биля.

Чтобы динамический фактор имел величину, необходимую для преодоления максимального сопротивления движению, в трансмиссию автомобиля высокой проходимости вводят до­ полнительную коробку передач (демультипликатор). Увеличить значение динамического фактора можно также снижением веса автомобиля, однако это связано с понижением веса перевозимого груза.

Динамический фактор по сцеплению колес автомобиля с дорогой определяют по формуле

Dc = Jk £ si-Cosa,

Ста

где а — угол подъема дороги;

GB„ — сцепной вес, т. е. часть веса автомобиля, воспринима­ емая ведущими колесами, в Н;

Ga — вес автомобиля с полной нагрузкой в И.

Сцепной вес автомобиля можно повысить увеличением числа ведущих колес или смещением центра тяжести в сторону ведущей оси.

232

Для легковых и грузовых автомобилей с передними или зад-

Максимальное значение динамического фактора £ Шах для ука­ занных автомобилей находится в пределах 0,25—0,35. Для грузо­

вых автомобилей со всеми ведущими колесами отношение

равно единице, а величина D max находится в пределах 0,6—0,8. Основным измерителем проходимости автомобиля по дорогам с мягким покрытием (по неплотному грунту, снегу, песку и др.)

является удельное давление колес на дорогу. Удельное давление колеса автомобиля иа дорогу (в Н/м3) определяют по формуле

где GK— вес автомобиля, воспринимаемый колесом, в Н;

FK— площадь контакта колеса с дорогой в м2.

Площадь контакта FKопределяют на горизонтальной площадке с твердым покрытием по площади отпечатка, который оставляет окрашенный участок протектора шины на листе бумаги после опускания на него вывешенного колеса! При определении величины FKнагрузка на автомобиль должна быть полной, а давление воз­ духа во всех шинах — номинальное. Для неплотных грунтов площадь Fк определяют таким же способом по горизонтальной проекции отпечатка протектора шины:

Погружение колеса в мягкий грунт происходит до тех пор, пока удельное давление колеса на дорогу не станет равным несу­ щей способности грунта. Чем больше погружается колесо в грунт, тем больше сопротивление качению. Сила сопротивления качению молсет возрасти настолько, что автомобиль не сможет преодолеть ее по условиям сцепления. Удельное давление колес на дорогу можно уменьшить снижением давления воздуха в шинах или увели­ чением профиля и диаметра шин, а также числа осей и колес. В связи с этим на автомобилях высокой проходимости устанавли­ вают специальные шины увеличенных диаметра и профиля, давле­ ние воздуха в которых во время движения можно изменять в широ­ ких пределах (от 0,05 МН/м2 при движении по мягким грунтам до 0,3 МЫ/ма при двизкении по дорогам с твердым покрытием). Снизить удельное давление иа грунт можно также, используя шнрокопрофильные и арочные шины или пневмокаткп.

На рис. 103, а приведен график изменения площади контакта FK шины 12,00—18 в зависимости от давления воздуха рш в ней при движении по снежной целине. По мере уменьшения давления воздуха площадь контакта увеличивается, а давление снижается до 0,07 -0,08 МН/ма,

233

Ha рис. 103, б показаны графики изменения силы сопротивле­ ния движению Ря автомобиля типа 6 х 6 с шинами 12,00 — 18 при различных значениях давления воздуха р шв них. Характерно, что силы сопротивления движению на песке и заболоченной лугови­ не достигают наименьших значений при давлении воздуха в шинах 0,075 МН/м2, а на снегу — при давлении 0,15 МН/м2.

Давление передних и задних колес автомобиля на дорогу неоди­ наково. Так как передние колеса катятся по менее плотному грун­ ту, чем задпие, т. е. прокладывают колею (уплотняют грунт) перед задними колесами, то удельное давление передних колес на дорогу должно быть на 20—30% меньше, чем задних. Если же удельные давления их одинаковы, то при движении по мягкому грунту передние колеса зарываются в грунт. Чтобы улучшить

Рис. 103. Влияние давления воздуха в нише:

а — на площадь контакта ее о дорогой; б — на сопротивление движению авто­ мобиля; 1 — песок; 2 — заболоченная луговина; з — сырая снежная целина

в этом случае проходимость, уменьшают удельное давление перед­ них колес снижением давления воздуха в их нишах или соответ­ ствующим перераспределен nest веса между осями автомобиля.

При движении автомобиля по мягкому влажному грунту воз­ можно буксование ведугаих колес вследствие их скольжения или срезания грунта грунтозацепами шин. Уменьшение удельного давления в этом случае может ухудшить проходимость, так как при меньшем удельном давлении ведущее колесо хуже выдавливает влагу в контакте шины с опорной поверхностью и раньше начи­ нает буксовать. Поэтому для повышения проходимости по мягким влажным грунтам необходимо увеличить удельное давление веду­ щих колес. Вместе с тем, для устранения их буксовауия из-за срезания грунта желательно уменьшить это давление. Максималь­ ную силу тяги (в Н) в этом случае определяют по формуле

где а — напряжение среза в грунте в Н/м2,

234

Когда напряжения среза больше тон величины, которую может выдержать грунт, происходит срезание грунта, вследствие чего колесо пробуксовывает, образуя глубокую колею.

Противоречивые требования к величине удельного давления при движении автомобиля по мягким влажным грунтам могут быть частично удовлетворены, если использовать шины, имеющие про­ тектор с большими выступами (груитозацепами). До погружения колеса (грунтозацепов) в груит из-за малой площади контакта шины с опорной поверхностью удельное давление колеса большое,

врезультате чёго влага хорошо выдавливается из области контакта. По мере погружения колеса

вгрунт увеличивается общая

подвергаемая срезу площадь, что снижает напряжение среза. -

Для повышения проходи­ мости автомобиля по пахоте, сильно размокшей дороге, песку и снегу необходимо применять шины с особо ши­ роким профилем и низким давлением воздуха. Такие шины называют арочными, так как их поперечное сече­ ние напоминает арку. На рис. 104, а изображена ароч­ ная шина 1000 х 650, заме­ няющая сдвоенные шины

арочных шинах обеспечивает по сравнению с обычными шинами значительно большую площадь

контакта их с дорогой. Сравнивая площади контакта арочной шины и обычных шин на твердом покрытии, можно убедиться в .том, что площадь контакта арочной шины в 2,5—4 раза больше, чем у обыч­ ных сдвоенных шин, которые заменяют одной арочной шиной. Так, например, площадь контакта арочной шины 1000 X 650 (рис. 104, б) составляет 1980 см2, а суммарная площадь контактов двух шин 7.50— 20, вместо которых ее устанавливают, — всего лишь 500 см2.

В результате испытаний было установлено, что автомобиль с арочными шинами свободно движется по дорогам, по которым автомобиль с обычными шинами двигаться не может. Недостатками арочных шин являются меньший срок службы по сравнению с обыч­ ными шинами и некоторое снижение грузоподъемности автомо­ биля при их установке вместо обычных.

235

Проходимость автомобиля по снегу, рыхлому песку и пахоте резко повышают пневмокатки. Прп большой ширине профиля у них сравнительно небольшой наружный и олень малый посадочный (внутренний) дпаметры. Ппевмокатки рассчитаны на значительную деформацию, которая при номинальных нагрузках доходпт до ]/3 высоты профиля. Низкое давление воздуха в нневмокатке и большая шнрипа профиля обеспечивают значительную площадь контакта и хорошее сцепление его с дорогой, что позволяет созда­ вать большие тяговые силы. Давлепне такой шины на дорогу нахо­ дится в пределах 0,02—0,07 МН/м2. Значительный объем воздуха в пневмокатках и большая их эластичность дают возможность кон­ структору в некоторых случаях отказаться от упругих элементов подвески автомобиля.

Шпрокопрофильные шипы делят на шины универсальные,

повышенной экономичности и высокой проходимости.

Универсальные шины предназначены для замены двух обычных пщи сдвоенных колес задней ведущей осп автомобилей ограничен­ ной проходимости прп их работе в смешанных дорожных условиях; на передние колеса в этпх случаях устанавливают обычные шины.

Шины повышенной экономичности предназначены для автомо­ билей, которые в основном работают па дорогах с твердым покры­ тием. Используя их, можно получить до 20—25% экономии мате­ риалов для шин. Толщина протектора шнрокопрофильиых шин по­ вышенной экономичности меньше, чем у соответствующих универ­ сальных шин, а давление воздуха в ипх выше и деформация меньше.

Шины высокой проходимости для автомобилей с централизован­ ной системой регулирования давлепия воздуха в шинах допускают кратковременное снижение давления до 0,05 МН/м2 прп преодоле­ нии труднопроходимых участков пути. В основном эти шины отли­ чаются от обычных шпп с регулируемым давлением формой профиля.

Ниже для сравнения приведены значеппя отношения высоты Нт профиля шины к его ширине Вш для шин различных типов:

Сила сцепления шин с дорогой приблизительно пропорцио­ нальна длине контакта пх с дорогой. У обычной автомобильной шины в контакте с дорогой находится около 8% длины ее окруж-

236

пости, а у шины с регулируемым давлением — до 16%*. Одпако шины с регулируемым давлением при минимальном давлении имеют ограниченный срок службы и значительные потери на сопротив­ ление качению.

Повысить проходимость автомобиля можно, увеличивая диа­ метр колес. Так, иа автомобилях высокой проходимости устанав­ ливают колеса диаметром 1,5—2 м, а на некоторых специальных автомобилях — диаметром 3 м. Следует, однако, отметить, что установка на канадский вездеход «Мамонт» колес диаметром 17 м не дала заметных преимуществ -в проходимости. Колеса столь больших диаметров создают конструктивные и эксплуатационные трудности (сужение рамы для возможности поворота колес, спе­ циальные подъемные приспособления для смены шин).

Коэффициент ср* сцепления шин с дорогой определяет проходи­ мость автомобиля при движении по влажным грунтам и по скольз­ кой (обледенелой) дороге. Повысить проходимость автомобиля при движении по скользким дорогам можно не только рассмотрен­ ными выше способами, но и увеличением коэффициента сцепления в результате установки на ведущие колеса цепей и колодок проти­ воскольжения различных типов. Кроме того, иа коэффициент сце­ пления большое влияние оказывает рисунок протектора шины. На автомобилях высокой проходимости применяют шины типа «везде­ ход» с рисунком протектора «косая расчлененная елка» (см. рис. 49, ж), и с направленным рисунком протектора (см. рис. 49, д и е).

Для работы в условиях бездорожья иа автомобиль устанавли­ вают шины с крупным рисунком протектора и широко расставлен­ ными грунтозацепамп. Такой протектор меньше забивается грязью.

При эксплуатации автомобиля на песчаном грунте целесооб­ разно использовать шины с невысокими груптозацепами, а на скользкой дороге — шипы с сильно расчлененным рисунком про­ тектора (см. рис. 49, д, ж). В случае работы автомобиля на грун­ товых дорогах лучше применять шины с шашечным рисунком про­ тектора (см. рис. 49, в, г).

Коэффициент сцепления срЛ. зависит также от давления воздуха в шине. Так, например, на мягком грунте при снижении давления воздуха с 0,3 до 0,05 МН/м2 коэффициент сцепления увеличи­ вается от 0,17 до 0,48. Это в основном объясняется увеличением площади срезаемого грунта, т. е. площади, заключенной между выступами протектора.

§ 6. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЯ НА ЕГО ПРОХОДИМОСТЬ

Влияние конструкции ведомых и ведущих колес

Ведомые колеса значительно хуже преодолевают вертикальные препятствия, чем ведущие. Это объясняется тем, что ведомое колесо упирается в препятствие, а ведущее стремится его преодолеть.

237

На рис. 105, а показана схема сил, действующих на ведомое перед­ нее колесо автомобиля при преодолении им вертикального пре­ пятствия высотой h.

Силы, действующие на колесо, обозначены следующим образом:

Т— толкающая сила, воспринимаемая передним коле­ сом от рамы автомобиля, в Н;

R — реакция препятствия в II;

Z и X — соответственно вертикальная и горизонтальная со­ ставляющие реакции препятствия в Н.

Рпс. 105. Схемы сил, действующих на передние колеса при преодо­ лении ими вертикального препятствия:

а — ведомое колесо- б — ведущее колесо

Из условий равновесия колеса имеем

Z = G K; X *=Т.

Силы, действующие на колесо, связаны между собой равенствами

Из полученной формулы следует, что при h — г сила Т стано­ вится бесконечно большой, т. е. при наезде неведущих передних колес на препятствие высотой h = г автомобиль не сможет его преодолеть даже при максимальном значении силы тяги на веду­ щих колесах.

На ведущее переднее колесо, кроме сил Т и G„, действует также момент М к, вследствие чего появляется сила Р к (рис. 105, б).

238

Разложим силу Рк на -горизонтальную Р'к и вертикальную PJсоставляющие. В результате действия сил Т и GKвозникают реак­ ции X я Z. Спроектировав все силы на вертикальную и горизон­ тальную оси, получим

Т = Х - Р ’К-, GK= Z + PZ-

Возникновение дополнительной силы Р'^ позволяет ведущему колесу преодолевать препятствие с высотой, равной радиусу ко­ леса, а сила Р ц’ уменьшает составляющую силы сопротивления движению X.

Рпс. 106. Различные взаимные положения колон передних п задних колес:

При образовании колеи во время движения автомобиля по мягким грунтам возникает значительное сопротивление качению колес. Поэтому в случае несовпадения колеи задних колес сопро­ тивление движению больше, чем в случае их совпадения. Не­ совпадение колен может быть как у автомобилей со всеми

(рис. 106, в).

Опытным путем установлено, что разница между размерами передней и задней колеи односкатных колес не должна превышать- 25—32% ширины профиля шины. При большем значении этой разницы тяговые свойства и проходимость автомобиля снижаются на 10—15%.

Влияние конструкции подвески

Движение автомобилей типов 6 X 4 и 6 X 6 по пересеченной местности без отрыва колес от грунта может быть ограничено макси­ мально допустимыми перекосами их осей, которые зависят от типов подвесок. При независимой и балансирной подвесках эти перекосы больше, что способствует повышению проходимости, так как колеса лучше приспосабливаются к неровностям дороги.

239