1.3. Сцепление колеса с опорной поверхностью

Силой тяги автомобиля назевается сумма сил тяги, приложенных ко всем его ведущим колесам.

Сила тяги по сцеплению и коэффициентам сцепления.

Касательные реакции грунта, образующие силу тяги, по своей природе представляют собой силы трения и силы зацепления. Последние (силы зацепления) могут возникать только на деформируемом грунте. Сила тяги на колесе, которую можно реализовать на данном грунте, имеет предел (φG_к), который зависит от сцепных свойств шины. Это положение распространяется и на автомобиль в целом.

Предельное значение силы тяги, которую можно реализовать по сцепным свойствам дороги, называется силой тяги по сцеплению Рφ.

Основными факторами, влияющими на силу тяги по сцеплению, являются:

• нагрузка на ведущие колеса (сцепная нагрузка) и ее распределе­ние между колесами;

• качество и состояние грунта;

• удельное давление;

• тип силовой передачи (трансмиссии);

• конструкция шин.

Сцепная нагрузка. Увеличение нагрузки на колесо пропорционально увеличивает предел сил трения и в известной степени сил зацепления; последнюю зависимость также принимают за прямую. Тогда получаем, что сила тяги но сцеплению прямо пропорциональна сцепной нагрузке, т.е. суммарной нормальной нагрузке на ведущие колеса.

Поэтому это допущение позволяет выразить силу тяги по сцеплению для отдельного колеса через коэффициент сцепления φ и сцепную нагрузку

Рφ = φG_к.

Качество и состояние грунта являются решающим фактором, влияю­щим как на коэффициент трения μ, так и на сопротивление упрочнению и срезу, от которых зависят силы зацепления.

Расчетные (табличные) значения коэффициента сцепления даются для различных грунтов иногда с указанием их влажности (увлажненный, сильно увлажненный).

Удельное давление (давление воздуха в шинах). Уменьшение удельного давления связано с увеличением длины опорной площадки: на большей площадке в работу вступает большее число грунтозацепов, а нагрузка на каждый из них уменьшается.

Кроме того, снижение удельного давления и уменьшение сопротивления качению улучшают в целом условия взаимодействия колеса с грун­том, что способствует лучшему сцеплению.

Повышение удельного давления может благоприятно сказаться на сцеплении лишь на сильно увлажненных грунтах, где при большем погружении происходит выдавливание влаги и уплотнение грунта.

Опыты со специальными шинами особо низкого давления (пневмокатками) показали, что на песке уменьшение давления воздуха в шинах заметно сказывается на коэффициенте сцепления. Так, при сниже­нии Р_о с 0,8 до 0,3 кг/см² коэффициент сцепления увеличился с 0,47 до 0,65. На пахоте (φ_max = 0,86…0,88) и влажном лугу с прочным дерновым покровом (φ_max = 0,98) влияние давления воздуха было незначительным.

В практических расчетах влиянием удельного давления на сцепле­ние обычно пренебрегают.

Тип силовой передачи (трансмиссии). Опыты показали, что применение непрерыв­ных передач, в частности гидротрансформаторов, обеспечивает повы­шение силы тяги по сцеплению. По-видимому, главную роль в этом иг­рает возможность весьма плавного изменения как скорости движения автомобиля, так и величины моментов на ведущих колесах.

При ступенчатой коробке передач потеря сцепления колее с грун­том чаще всего бывает связана с "рывками", т.е. резким изменением скорости. Положительно влияет также и гашение крутильных колебаний валов силовой передачи, обеспечиваемое непрерывным трансформатором. При этом уменьшаются максимальные (пиковые) значения моментов на ведущих колесах и соответствующие им нагрузки на грунт.

В связи с этим, учитывая благоприятное воздействие непрерывных передач на коэффициент сцепления, следует для автомобилей, где они применяются, брать верхние пределы табличных значений коэффициентов сцепления или даже увеличивать их на 5..10%.

Конструкция шин. Основную роль здесь играет форма, расположение и размеры (особенно высота) грунтозацепов протектора. Выбор рабочей поверхности шины представляет собой сложную задачу, так как сцепление нельзя рассматривать в отрыве от сопротивления качению. Кроме того, некоторые требования противоречивы и с точки зрения сцепления: так, например, сближение грунтозацепов увеличивает число зацепов, одновременно находящихся в работе, но уменьшает толщину грунтовых "кирпичей" между ними.

Фактически для каждого грунта можно подобрать оптимальную по форме и размерам выступов рабочую поверхность. Но так как автомобиль работает на различных грунтах, то при конструировании шин выбираются некоторые средние параметры.

При выборе коэффициента сцепления для тяговых расчетов различием в конструкции шин обычно пренебрегают.

Таким образом, в качестве основного фактора, определяющего си­лу тяги по сцеплению при разных нагрузках, принимается грунт.

Значения коэффициентов сцепления для различных грунтов приведены в табл. 1. Из таблицы видно, что максимальная величина коэффициента сцепления не превышает 0,8 (для специальных шин - 1,0). В благоприятных условиях коэффициент сцепления равен 0,6...0,8. Таким обра­зом, полноприводный автомобиль с блокированной силовой передачей на горизонтальном участке в состоянии развить силу тяги до 80% своей массы.

На грунтах с низкими сцепными свойствами коэффициент сцепления снижается до 0,2...0,3 и становится соизмеримым с коэффициентом сопротивления качению. Практически это значит, что движение может оказаться невозможным (из-за отсутствия запаса силы тяги) даже для полноприводных автомобилей.

В главе рассмотрены ключевые вопросы теории колесного движителя: радиусы автомобильного колеса; физические характеристики шин; силы и моменты, действующие на автомобильное колесо; физические процессы, происходящие при взаимодействии колеса с дорогой; режимы качения колес; динамика качения колес и их энергетические характеристики, а также дано приложение теории силового потока к качению автомобильных колес.

Таблица 1 - Значения коэффициентов сцепления для колесных машин с пневматическими шинами

Тип и состояние дорожного покрытия	Пределы коэффициентов сцепления в зависимости от состояния покрытия
	сухого	влажного
Бетон, асфальтобетон и асфальт гладкий	0,7…0,8	0,5…0,7
Булыжник	0,6...0,7	0,4…0,5
Укатанная грунтовая дорога	0,5…0,6	0,2...0,4
Разбитая грунтовая дорога	0,5…0,5	0,15…0,3
Песок	0,2...0,3	0,4…0,58
Суглинок	0,4...0,5	0,2…0,4
Задерненный дуг	-	0,2.,,0,4
Нетопкое болото	-	0,1…0,3
Обледенелая дорога Укатанный снег Рыхлый снег	0,05…0,15 0,3…0,5 0,2…0,4

Рассмотренные вопросы имеют большое значение для изучения в дальнейшем таких важнейших эксплуатационных свойств военной автомобильной техники, как тягово-скоростные и тормозные свойства, проходимость, управляемость, устойчивость, плавность хода и экономичность.

Таким образом, настоящая глава является базовой для последующего изучения эксплуатационных свойств и конструкции автомобилей.