грузовых автомобилей обычной проходимости равны 240–300 мм и повышенной проходимости – 265 – 350 мм, а у специальных автомобилей высокой проходимости доходят до 400 мм и выше.
У промышленных тракторов и тракторов повышенной проходимости величина дорожного просвета в большинстве случаев превышает 400 мм. Для увеличения дорожного просвета применяют колеса большого диаметра и разнесенную главную передачу с бортовыми редукторами.
Рис. 1.19. Показатели маневренности автомобиля
Максимальная ширина полосы движения 
(рис. 1.19) – наименьшая ширина пространства, необходимая для движения автомобиля или автопоезда. На повороте ширина полосы движения ограничивается траекториями двух точек 
и 
, описываемых наиболее выступающими частями машины. Показателями маневренности автомобиля являются минимальный радиус поворота наружного переднего колеса 
, минимальный радиус поворота внутреннего заднего колеса 
и наибольший выход отдельных частей за траекторию наружного 
и внутреннего 
радиусов (расстояния 
и 
).
Наибольшая ширина полосы движения 
.
У большинства автомобилей предельный угол управляемых колес приблизительно равен 30°. Следовательно, наименьший радиус поворота внешнего направляющего колеса (рис. 1.19) составит 
. Уменьшение базы автомобиля увеличивает его маневренность, сокращает размеры площади, необходимой для маневрирования в стесненных условиях строительных площадок, карьеров и т. д.
Влияние конструктивных показателей машины на проходимость
Конструктивные особенности выпускаемых отечественной промышленностью колесных машин в большой степени влияют на проходимость. Изменение в конструкции машины величины дорожного просвета, изменение углов свеса, увеличение количества ведущих мостов, применение блокировки дифференциала, широкопрофильных и арочных шин и пневмокатков в значительной мере увеличивают проходимость.
Движение по пересеченной местности колесных машин типов 
и 
без отрыва колес от грунта ограничивается максимально допустимыми перекосами осей, которые зависят от типа применяемых подвесок. При независимой и балансирной подвесках эти перекосы больше, что способствует повышению проходимости, так как колеса лучше приспосабливаются к неровностям дороги.
Движение машины с колесной формулой
ставит в неодинаковые положения ведомые и ведущие колеса. Ведомые колеса значительно хуже
37
преодолевают вертикальные препятствия, чем ведущие, что объясняется тем, что ведущие колеса стремятся преодолеть препятствия, как бы вкатываясь на него, а ведомые колеса упираются в препятствие. На рис. 1.20 показаны схемы сил, действующих на ведомое и ведущее передние колеса машины при преодолении вертикального препятствия высотой 
. На ведомое колесо (рис. 1.20, а) действуют: 
– толкающая сила; 
– реакция препятствия, которая раскладывается на силы 
и 
– вертикальную и горизонтальную составляющие реакции.
Рис. 1.20. Силы, действующие на ведомое (а) и ведущее (б) колеса при преодолении вертикального препятствия
Условие равновесия колеса выражается зависимостями 
; 
.
Силы, действующие на колесо, связаны между собой равенствами: 
; 
, откуда 
.
Из треугольника 
определим 
, отсюда
следовательно,
Таким образом,
Из формулы видно, что при 
сила 
становится бесконечно большой и при наезде на препятствие ведомое колесо не сможет его преодолеть.
На переднее ведущее колесо кроме сил 
и 
действует момент 
, вследствие чего появляется касательная сила тяги 
(рис. 1.20,б). Разложим силу 
на составляющие: 
– горизонтальную и 
– вертикальную. Под действием сил 
и 
возникают такие же реакции, как и при движении ведомого колеса реакции 
и 
. Спроецировав все силы на вертикальную и горизонтальную оси,
получим
Возникновение дополнительной силы 
позволяет ведущему колесу преодолевать препятствие с высотой 
, а сила 
уменьшает составляющую силы сопротивления движению 
.
Образование колеи при движении по мягким грунтам сопровождается значительным сопротивлением ведомых и ведущих колес. Несовпадание колеи передних и задних колес также увеличивает сопротивление движению машин, особенно, если задние ведущие колеса оборудованы двумя скатами. Экспериментально установлено, что разница в ширине передней и задней колеи односкатных колес не должна превышать 25–32% ширины шины.
Опорно-тяговые показатели проходимости
38
При движении автомобиля (колесного трактора) по плохим дорогам и бездорожью увеличивается сила сопротивления качению 
, для преодоления которой требуется сила тяги 
, близкая по своему значению сцепной силе 
. Движение колесной машины при установившемся движении по горизонтальной дороге может быть выражено следующим условием: 
, т. е. необходимо что бы сила тяги на ведущих колесах была бы больше силы сопротивления качения и одновременно была бы меньше или равна силе сцепления шины с грунтом.
Максимальная сила тяги, получаемая на колесах современных машин, ограничивается практически только сцепными возможностями колес. Следовательно, условие проходимости будет определяться сцепным весом машины с колесной формулой 
, приходящимся на ведущие колеса. Считая, что скорость движения в условиях, близких к буксованию, невелика, можно принять 
или 
, где 
– сцепной вес, приходящийся на ведущие колеса.
Отношение 
называется коэффициентом сцепного веса. Наибольшего значения этот коэффициент достигает у полноприводных машин с колесными формулами 
, 
, 
, в состав трансмиссии которых устанавливается дополнительная раздаточная коробка с понижающими передачами 
. Условие проходимости полноприводных колесных машин для движения по горизонтальной дороге может быть выражено неравенством 
, откуда 
, а при движении на уклонах 
или 
.
Следовательно, автомобили или колесные тракторы со всеми ведущими колесами, имеющие большой коэффициент сцепного веса, обладают лучшей проходимостью.
Применение прицепов, которые увеличивают общий вес автомобильного или тракторного поезда, но не изменяют сцепного веса машины, существенно снижает их проходимость. На проходимость колесных машин существенно влияет установка межколесных или межосевых дифференциалов, позволяющих колесам или ведущим мостам вращаться с различными угловыми скоростями.
Принципиальным недостатком дифференциального привода является его отрицательное влияние на тяговые качества машины, когда ведущие колеса одного моста попадают в неодинаковые условия сцепления с дорогой. При этом одно из колес или один из ведущих мостов оказывается в состоянии плохого сцепления с грунтом, что ограничивает касательную силу тяги остальных колес. В этом случае величина силы тяги может оказаться недостаточной для преодоления дорожного сопротивления.
Рассмотрим действие межколесного дифференциала, устанавливаемого на ведущих мостах автомобилей и колесных тракторов. Дифференциал позволяет распределять крутящий момент между ведущими колесами следующим образом: 
и 
, где 
– крутящий момент на колесе, имеющем меньшую частоту вращения, Нм; 
– крутящий момент на колесе, имеющем большую частоту вращения, Нм; 
– крутящий момент на ведомой шестерне главной передачи, Нм; 
– момент трения в дифференциале, возникающий вследствие относительного движения его элементов, Нм.
Трение в дифференциалах является в известной мере полезным, так как дает возможность передать большую величину крутящего момента на небуксующее
39
колесо, но в простых дифференциалах величина тяговой силы на небуксующем колесе будет больше, чем на буксующем, всего лишь на 4–6%. Вследствие этого касательная сила тяги по сцеплению ведущего моста будет ограничена минимальной сцепной силой одного из колес 
.
На некоторых автомобилях и почти на всех тракторах в настоящее время применяется принудительная блокировка дифференциала. Кратковременное выключение дифференциала из работы позволяет улучшить проходимость колесной машины, так как обе полуоси ведущих колес соединяются в единый вал и оба колеса вращаются с одинаковой угловой скоростью.
Блокировка дифференциала позволяет более полно использовать сцепные возможности обоих колес и таким образом повысить проходимость машины. В этом случае касательная силы тяги возрастет до максимального значения сцепной силы одного из колес:
где 
– минимальная сила тяги по сцеплению 1-го колеса; 
– максимальная сила тяги по сцеплению 2-го колеса, находящегося в лучших дорожных условиях; 
– сила тяги по сцеплению при блокированном дифференциале.
Эффективность блокировки выразится отношением
Суммарная сила тяги колес при блокированном дифференциале в реальных дорожных условиях увеличивается примерно на 20– 25 %.
Сила тяги ведущих колес 
, ограничиваемая сцепной силой 
, влияет на динамический фактор 
, величина которого не может быть больше динамического фактора по сцеплению колес с дорогой 
:
Динамический фактор по сцеплению
где 
– угол подъема дороги, град; 
– сила тяжести, приходящаяся на ведущие колеса, Н; 
– сила тяжести автомобиля с полной нагрузкой, Н.
Силу тяжести на ведущих колесах автомобиля можно повысить, сместив центр тяжести в сторону ведущей оси.
Для полноприводных автомобилей и колесных тракторов
где 
– коэффициент сцепления колеса с дорогой.
Устойчивость и управляемость Поперечная устойчивость машины
Под устойчивостью колесной или гусеничной машины понимается ее способность двигаться в разнообразных условиях без опрокидывания и без бокового скольжения колес всех осей автомобиля или одной из них. В зависимости от направления опрокидывания и скольжения различают продольную и поперечную устойчивость. Более вероятна и более опасна потеря поперечной устойчивости, которая выражается в заносе или боковом опрокидывании машины.
Поперечная устойчивость машины – способность сохранять заданное движение без опрокидывания, сползания, заноса при движении на повороте, а
40
также при боковом перемещении и сползании на уклоне.
В первом случае автомобиль движется равномерно по кривой с постоянным углом поворота со скоростью 
. При этом дорожное полотно поперечного уклона не имеет.
Автомобиль, совершающий поворот вокруг оси 
(рис. 1.21), подвергается воздействию центробежной силы 
, которая может вызвать опрокидывание или занос. Центробежная сила
где 
– масса автомобиля; 
– радиус поворота.
Рис. 1.21. Схема сил, действующих на автомобиль при повороте
В связи с тем, что в плоскости дороги действует сила 
сцепления колеса с дорогой, опрокидывание автомобиля произойдет относительно точки 
, если 
. Начало опрокидывания возникает тогда, когда опрокидывающий момент 
будет равен моменту, удерживающему 
, т. е. 
, где 
– высота центра тяжести машины; 
– величина колеи машины, откуда
Подставив в данное уравнение значение 
из зависимости, получим
Следовательно, максимальная (критическая) скорость движения автомобиля на повороте, при которой начнется опрокидывание:
Начало бокового скольжения может возникнуть тогда, когда сцепная сила 
станет меньше или равна силе центробежной 
, т. е.
Из уравнений можно определить максимальную (критическую) скорость 
движения автомобиля, при которой начнется боковое скольжение:
и 
Поперечная устойчивость колесных и гусеничных машин характеризуется
также величинами предельных углов косогоров 
, при которых машины могут передвигаться, не опрокидываясь. Движение гусеничной машины по дороге с поперечным уклоном 
рассматривается на рис. 1.22. Из условия равновесия машины относительно нижней боковой кромки левой гусеницы (точка 
) получим
41