книги из ГПНТБ / Боровский Б.Е. Безопасность движения пособие для водителей

потребовалось усилие в 300 кг, то коэффициент трения

30° п

составит удод- « U,о.

Следовательно, коэффициент трения указывает, ка­ кая часть веса тела потребовалась для того, чтобы оно начало передвигаться по поверхности другого тела.

Очевидно, что если при одном и том же весе тела по­ верхности обоих тел будут более гладкими или скольз­ кими, то для передвижения одного тела по другому потребуется меньшее усилие; увеличение же шерохова­ тости потребует большего усилия. Это значит, что при изменении качества и состояния поверхности тела ко­ эффициент трения будет изменяться.

Д и н а м о м е т р

Рис. 197. Определение силы и коэффициента сцепления.

Для определения величины коэффициента сцепления используют метод, с помощью которого определяют ко­ эффициент трения: передвигают автомобиль с затормо­ женными колесами по дорожному покрытию.

Это делают так. Автомобиль-буксировщик А (рис. 197) и буксируемый автомобиль Б соединяют меж­ ду собой с помощью динамометра (прибора, замеряю­ щего усилие). 'Колеса буксируемого автомобиля Б затормаживают. По динамометру замеряют усилие, за­ трачиваемое для продвижения автомобиля с заторможен­ ными невращающимися колесами по дороге’(замер про­ изводят, когда установилось равномерное движение). Разделив показания динамометра на вес (силу тяжести") буксируемого автомобиля, определяют величину коэффи­ циента сцепления.

Так, если при буксировке по сухому асфальтобетон­ ному покрытию автомобиля ГАЗ-21 «Волга» весом Ga = 1450 кг потребовалось усилие Р¥=945 кг, то коэф­ фициент сцепления составит:

945

Следовательно, коэффициентом сцепления в автомо­ бильной технике называют отношение усилия Р ѵ, кото­ рое нужно приложить к заблокированному (невращаю­ щемуся) колесу автомобиля, чтобы оно начало сколь­ зить, к весу (т. е. силе тяжести) GK, который прижи­ мает колесо к дороге. Значит, коэффициент сцепления будет равен:

Таким образом, коэффициент сцепления ф показы­ вает, во сколько раз сила, требуемая для буксирования автомобиля с невращающимися колесами, меньше, чем его вес.

Улучшение качества дорог — это в первую очередь обеспечение хорошего сцепления колес с дорогой.

Наиболее высокие сцепные качества имеют цементо­ бетонные и асфальтобетонные покрытия.

Цементобетонные покрытия выполняют из отдельных

покрытия имеют высокую износоустойчивость, выдержи­ вают большие нагрузки и обеспечивают хорошее сцеп­ ление.

Асфальтобетонные покрытия — наиболее распростра­ ненные— могут изготовляться различными способами. Но во всех случаях для них используется раздроблен­ ный прочный каменный материал (щебень), частицы ко­ торого выступают из покрытия, чем и достигается шеро­ ховатость поверхности. Острые выступы щебня обеспе­ чивают хорошее сцепление колеса с покрытием. Они вдавливаются в протектор шины, и тем больше, чем мягче протектор.

В жаркую погоду асфальтобетонные покрытия раз­ мягчаются, что ухудшает сцепление.

С течением времени поверхность дороги становится более гладкой: ее полируют шины автомобилей. Быстрее всего полируются каменные покрытия—диабаз, брус­ чатка, булыжник. Сцепление от этого ухудшается.

На сухом, но загрязненном покрытии сцепление не­ сколько снижается: пыль и грязь уменьшают его шеро­

223

, В жаркую погоду на гудронированных («черных») щебенчатых п гравийных шоссе на поверхность высту­ пает битум, делая дорогу маслянистой и более скольз­ кой. Это очень опасно, так как в большинстве случаев выступивший битум образует на поверхности дороги своего рода «лужи». Попадая на подобный участок до­ роги с малым коэффициентом сцепления, автомобиль мо­ жет внезапно для водителя попасть в занос.

При выступлении битума на. поверхность на дорогу необходимо подсыпать каменную мелочь размером 5— 10 мм, но не песок!

При загрязнении поверхности дороги нефтепродук­ тами сцепление заметно ухудшается, и, кроме того, неф­ тепродукты разрушающе действуют на резину.

На одном и том же покрытии коэффициент сцепления не остается одинаковым. Он изменяется под влиянием температуры воздуха и атмосферных осадков — дождя, снега, изморози, образования ледяной корки. В зим­ нее время дороги, покрытые снегом, имеют низкий ко­ эффициент сцепления. Наихудшее сцепление бывает на ледяной поверхности и при гололедице.

Следовательно, на одной п той же дороге сцепление

тельно ухудшается. Слой пыли и грязи, всегда имею­ щийся на покрытии, при смачивании водой образует скользкую пленку, по которой, как по смазке, скользит колесо. Это снижает коэффициент сцепления почти вдвое и более. При продолжительном или интенсивном дожде грязь с дороги смывается, и сцепление несколько по­ вышается.

Средние значения коэффициента сцепления приве­ дены в табл. 11.

Влияние состояния дорожного покрытия на величи­ ну силы сцепления можно видеть из следующего при­ мера.

Сила сцепления автомобиля ГАЗ-24 «Волга» на су­ хом асфальтобетонном покрытии составляет Рю=1800 (0,7-и0,8) = 1260—1440 кг (вес автомобиля 1800 кг, ко­ эффициент сцепления — 0,7—0,8).

При движении этого же автомобиля, на мокром асфальтобетонном покрытии сила сцепления составит уже Р ¥ = 1800(0,3-г-0,4) =540—720 кг, а на обледенелой

224

зимней дороге — всего Рт=1800 (0,12-ь0,15) ~220— 270 кг.

Т а б л и ц а It

Величина коэффициента сцепления автомобильной шины, имеющей

Из этого примера видно, что при изменении состоя­ ния покрытия устойчивость автомобиля ухудшится.

Автомобиль снабжен мощными тормозами. Поэтому если на сухом покрытии при интенсивном торможении сила сцепления остается большей, чем тормозная, и это не снижает устойчивости автомобиля, то при таком же торможении на мокром, а тем более на обледенелом по­ крытии сила сцепления уменьшится настолько, что тор­ мозная сила ее превысит, при этом колеса автомобиля заблокируются и возникнет занос-.

Для хорошего сцепления существенное значение имеют тип и характер рисунка протектора шины. Шины' с развитым рисунком протектора и меньшим внутрен­ ним давлением обеспечивают повышение коэффициента сцепления, так как фактическая площадь контакта с до­ рогой у них большая. Форма рисунка протектора также имеет значение. По впадинам протектора, имеющим вы­ ход к сторонам шины, жидкая грязь и вода выдавлива­ ются из-под шины, а с дорогой непосредственно сопри­ касаются резиновые участки. Это улучшает сцепление. В сырую погоду у шин с изношенным протектором

отвод грязи и воды происходит плохо, и сцепление резко ухудшается.

Поэтому «Правила дорожного движения» и «Прави­ ла эксплуатации автомобильных шин» запрещают экс­ плуатацию шин с рисунком протектора, изношенным

Сцепление зависит не только от состояния дороги и шин, но и от скорости движения. С увеличением скоро­ сти сцепление ухудшается, так как участки шин не успе­ вают как следует «зацепиться» за шероховатости до­ роги, и проскальзывание шины по дороге увеличивается.

Таким образом, величина коэффициента сцепления зависит от многого и может изменяться в довольно ши­ роких пределах. Так как значительное количество про­ исшествий происходит из-за плохого сцепления, води­ тели должны уметь приблизительно, «па глаз» оцени­ вать величину коэффициента сцепления и в соответ­ ствии с этим выбирать скорость движения и применять приемы управления.

Как уже отмечалось, сила сцепления действует по всей площади контакта во все стороны. Но эффект ее действия проявляется в зависимости от того, в какую сторону действуют силы, определяющие направление движения автомобиля. Если автомобиль с заторможен­ ными до «юза» колесами буксировать в прямолинейном направлении, то практически почти вся сила сцепления действует только в прямолинейном направлении.

Когда автомобиль движется прямолинейно, то тяго­ вые силы, действующие в площади контакта шин с до­ рогой, направлены параллельно линии движения авто­ мобиля. Силы сцепления, как бы удерживающие на до­ роге колеса автомобиля, действуют по одной линии с тя­ говыми силами, но направлены в обратную сторону.

При увеличении скорости движения происходит воз-- растание тяговых сил, величина же силы сцепления па­ дает при этом незначительно. Поэтому разность между силой сцепления и тяговой силой постепенно уменьшает­ ся. В результате этого при увеличении скорости «запас» силы сцепления, от которого зависит устойчивость авто­ мобиля, снижается и для удержания автомобиля от

226

сдвига в поперечном направлении остается сравнительно незначительная часть силы сцепления (рис. 198).

Если стоящий на месте автомобиль сдвигать в сто­ рону, то сила сцепления будет действовать в поперечном направлении. (Здесь уместно заметить, что при сколь­ жении шин автомобиля в поперечном направлении сила сцепления несколько меньше, чем тогда, когда автомо­ биль движется прямолинейно. Это происходит оттого, что коэффициент сцепления в поперечном направлении несколько меньше и составляет 0,7—0,8 от величины ко­ эффициента сцепления в продольном направлении.)

Рис. 198. Снижение устойчивости автомоби­ ля при увеличении скорости его движения и величины тяговых сил:

Следовательно, чем выше скорость автомобиля, тем меньший «запас» силы сцепления остается для того, чтобы противодействовать его сдвигу в сторону.

Рассмотрим причины, вызывающие возможность по­ тери устойчивости автомобилем при высокой скорости движения.

При движении автомобиль практически всегда под­ вергается действию поперечных (боковых) сил. Причин возникновения поперечных сил несколько Поверхность дороги не строго горизонтальна, а имеет боковой уклон. При наклонном же положении автомобиля возникает поперечная составляющая силы тяжести (рис. 199).

При всяком отклонении автомобиля от строго пря­ молинейного направления проявляется поперечная сила

227

инерции, стремящаяся возвратить его к прямолинейному направлению. Поперечные силы могут быть вызваны' и внешней причиной, например порывом ветра. • . '

Следовательно, под колесами автомобиля кроме про­ дольных тяговых сил будут действовать и поперечные силы (рис. 200). Практически величина поперечных сил не остается одинаковой, а все время изменяется.

Сложение продольной и поперечной сил дает резуль­ тирующую силу Т, по направлению действия которой бу­ дет стремиться двигаться автомобиль. Но этому препят-

ствует сила сцепления, удерживающая автомобиль в ■направлении, которое ему придано ведущими колесами.

При движении автомобиля изменяется величина про­ дольных и особенно поперечных сил. Вследствие этого изменяется величина угла между поперечной и про­ дольной силами. Поэтому величина результирующей си­ лы также не остается постоянной, а все время изменяет­ ся. До тех. пор, пока результирующая сила Т будет меньше силы сцепления, автомобиль движется устой­ чиво. Ноі когда результирующая сила Т или продольная сила X сравняется по величине с силой сцепления, авто­ мобиль может потерять устойчивость и начнется занос.

Таким образом, - при высокой скорости движения даже на сухой дороге может неожиданно для водителя

228

возникнуть занос. Достаточно, к примеру, порыва боко­ вого ветра или небольшого бокового уклона дороги, чтобы результирующая сила превысила силы сцепления. К заносу может привести и резкое ускорение или тор­ можение, когда водитель быстро нажмет на педаль акселератора или тормоза. Продольные силы в этот мо­ мент возрастут и могут сравняться с силой сцепления или даже превысить ее.

Известны также многочисленные случаи, когда авто­ мобиль попадал в занос и даже опрокидывался после того, как водитель резко и быстро поворачивал рулевое колесо, двигаясь на высокой скорости. При таком по­ вороте руля сразу же возникает поперечная сила инер­ ции: величина результирующей силы Т мгновенно воз­ растает и может оказаться большей, чем сила сцепления, и автомобиль потеряет устойчивость. Поэтому такие приемы управления недопустимы и особенно опасны на мокрой или скользкой дороге. "

Снижение силы сцепления на мокрых и скользких по­ крытиях, а также использование неправильных приемов управления являются главной причиной заноса и потери устойчивости автомобиля.

ТОРМОЖЕНИЕ

При управлении автомобилем наиболее часто возни­ кает необходимость в его торможении.

Торможение различают по способу его выполнения. В подавляющем большинстве случаев водитель спокой­ но, без спешки останавливает автомобиль в заранее на­ меченном месте или, притормаживая, снижает скорость. Но иногда при неожиданном и внезапном появлении на пути препятствия водитель осуществляет очень интен­ сивное торможение. Из-за нервного возбуждения, вы­ званного неожиданным появлением опасности, действия водителя в этом случае отличаются от тех, которые он производит при обычном торможении: на педаль тормо­ за он нажимает с быстротой и силой, определяемыми его физическим состоянием, и в большинстве случаев ко­ леса автомобиля при этом блокируются. Когда же за­ торможенный таким способом автомобиль «юзом» дви­ жется к препятствию, водителю хочется еще сильнее нажать на педаль тормоза, хотя она уже выжата до от­ каза. Такой прием — это своего рода психологическая

229

защита водителя, его подсознательное стремление ого* родить себя от опасности, затормозив автомобиль интен­ сивнее.

Рассмотрим, что же такое торможение автомобиля? В результате сгорания топлива в двигателе автомо­ биль приобретает значительный запас кинетической энер­ гии (живую силу), сообщаемый ему при разгоне. Из ме­ ханики известно, что кинетическая энергия движуще­ гося тела равна половине произведения массы тела на

квадрат его скорости, т. е.:

В свою очередь масса тела равна его весу (силе тя­ жести), деленному на ускорение силы тяжести, которое равно 9,81 м/секг.

Если, например, автомобиль ГАЗ-21 «Волга» весом 1450 кг движется со скоростью 30 км/час, то его кине­ тическая энергия составит:

3600

Чтобы скорость, выраженную в км/час, перевести в м/сек, до­ статочно число скорости в км/час разделить на 3,6. Например, ско­

230

Чтобы остановить автомобиль, нужно погасить имею­ щийся у него запас кинетической энергии. Это можно сделать несколькими способами. Кинетическую энергию автомобиля можно расходовать на преодоление сил со­ противления дороги в том случае, когда автомобиль дви­ жется по инерции накатом.

Если же поглощение энергии будет происходить только за счет сил, которые сопротивляются, препят­ ствуют движению автомобиля, т. е. за счет сопротивле­ ния качению и сопротивления воздуха (а они сравни­ тельно невелики), то и расход энергии будет невелик, и путь автомобиля до остановки будет недопустимо длинным.

Так, у технически исправного автомобиля путь, про­ ходимый накатом до полной остановки, составляет при

ния, то к сопротивлению дорог-и прибавится сопротивле­ ние движущихся частей двигателя (он в таких случаях должен-работать на малых оборотах холостого хода)., поэтому часть энергии будет расходоваться на сжатие воздуха в цилиндрах (двигатель начинает работать как компрессор) и на преодоление трения между движущи­ мися частями двигателя. Такой способ часто называют «торможение двигателем». (Заметим, кстати, что по­ глощение энергии таким образом возможно только тогда, когда сцепление включено, т. е. двигатель не разъединен с трансмиссией.)

Но все же быстрота расхода энергии при торможе­ нии двигателем невысока, и такой способ замедления автомобиля малоэффективен. Поэтому для осуществле­ ния эффективного торможения автомобиля необходимо использовать какое-нибудь другое дополнительное со­ противление движению, большее по величине. Такое со­ противление создают тормоза, которые в состоянии быстро погашать значительное количество кинетической энергии автомобиля.

В тормозных механизмах поглощение энергии проис­ ходит благодаря трению накладок о тормозные бара­ баны, при этом кинетическая энергия переходит в теп­ ловую, а барабаны и тормозные колодки усиленно на­ греваются. Помимо этого под действием тормозной силы, которая возникает при замедлении вращения

231