Определение коэффициентов сцепления, сопротивления качению и максимального преодолеваемого подъема

Цель работы: Ознакомление с методикой расчета коэффициентов сцепления, сопротивления качению, максимального преодолеваемого подъема и разработки на этой основе мероприятий по исключению буксования транспортных средств на подъеме

Исходные данные:

а) Состояние покрытия: сухое (эталонное); мокрое, загрязненное; гололедица;

б) Тип покрытия: цементобетонное и асфальтобетонное; цементобетонное и асфальтобетонное с поверхностной обработкой; щебеночное или гравийное, обработанное органическим вяжущим («черное шоссе»); щебеночное или гравийное; мостовая; грунтовая дорога;

в) Тип транспортных средств: легковой автомобиль; грузовой автомобиль; автопоезд;

г) Нормативное значение продольного уклона на дороге: 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60;

д) Ровность дорожного покрытия: хорошая; удовлетворительная; неудовлетворительная.

Требуется:

а) Рассчитать значения коэффициентов сцепления, сопротивления качению для каждого типа транспортного средства при заданных параметрах состояния и типа покрытия;

б) Определить значение максимального преодолеваемого подъема для каждого типа транспортного средств;

в) Сравнить расчетное и нормативное значения подъемов;

г) Наметить мероприятия по исключению буксования транспортных средств на подъеме.

Теоретические основы выполнения работы

Силы сопротивления качению оцениваются затратами энергии на деформирование дорожной конструкции и сжатие шины. С увеличением силы сопротивления качению повышается расход топлива, смазочных материалов, следовательно, возрастает себестоимость перевозок.

В качестве показателя сопротивления качению применяют коэффициент сопротивления качению f, представляющий собой отношение суммарной силы сопротивления F качению к вертикальной нагрузке, приходящейся на колесо Q:

(5.1)

Сила F  зависит от колесной нагрузки Q, давления воздуха в шинах, размеров колес, эластичности шин, скорости движения, прочности дорожной одежды, ровности покрытия. На ровных покрытиях сопротивление качению снижается с возрастанием давления воздуха в шинах и прочности дорожной одежды. Для скоростей движения до 20 км/ч значение коэффициента f может быть принято постоянным. При дальнейшем росте скорости f повышается и его значение необходимо рассчитывать по формуле

(5.2)

где – коэффициент сопротивления качению при скорости 20 км/ч (таблица 5.1);

– коэффициент повышения сопротивления качению со скоростью (для легковых автомобилей = 0,00025, для грузовых автомобилей и автобусов = 0,0002);

– скорость движения, км/ч.

Значение рассчитывается для всех типов транспортных средств на каждом из трех участков (с учетом типа и состояния покрытия) для скорости 60 км/ч.

 

Таблица 5.1 - Коэффициент сопротивления качению при различных типах и состояниях покрытия дорожной одежды

Тип покрытия	при состоянии покрытия
	Сухое (эталонное)	Мокрое, загрязненное	С плотным слоем снега	С рыхлым снегом	Гололедица
Цементобетонное и асфальтобетонное	0,01-0,02	0,03-0,035	0,04-0,10	0,08-0,12	0,015-0,03
То же, с поверхностной обработкой	0,02	0,03-0,035	0,04-0,10	0,08-0,12	0,02-0,04
Щебеночное или гравийное, обработанное органическим вяжущим («черное шоссе»)	0,02-0,025	0,03-0,045	0,04-0,10	0,08-0,12	0,02-0,04
Щебеночное или гравийное	0,035	0,04-0,06	0,04-0,10	0,08-0,12	0,03-0,04
Мостовая	0,025-0,035	0,030-0,04	0,04-0,10	0,08-0,12	0,02-0,04
Грунтовая дорога	0,03	0,05-0,15	0,06-0,10	0,08-0,12	0,03-0,05

 

Коэффициент сцепления представляет собой частный случай коэффициента трения, определяемый для условий движения эластичной шины по поверхности, имеющей шероховатости. Определяется как отношение максимальной тяговой или тормозной силы, реализуемой в зоне контакта колеса с покрытием при начале пробуксовки (начале проскальзывания), к вертикальной нагрузке, приходящейся на колесо. Для скоростей движения до 20 км/ч значение коэффициента сцепления может быть принято постоянным. При дальнейшем росте скорости понижается и его значение определяется по формуле

(5.3)

где – коэффициент сцепления при скорости 20 км/ч;

– коэффициент изменения сцепных качеств от скорости;

– скорость движения, км/ч.

В нормативных документах обычно приводятся значения для скорости 60 км/ч, измеренные гладкой шиной (без протектора) (таблица 5.2). Для реальных условий движения необходимо скорректировать значение коэффициента сцепления для шины с протектором

(5.4)

 

Коэффициент сцепления зависит от ровности покрытия. С возрастанием скорости автомобиля по неровной поверхности деформация шины происходит не полностью, площадь отпечатка колеса на покрытие уменьшается, что приводит к уменьшению сцепления с покрытием. Для покрытий с хорошей ровностью значение коэффициента сцепления по сравнению с эталонным участком следует уменьшить на 10%, при удовлетворительной ровности – на 25%, при неудовлетворительной – на 40%. В результате:

(5.5).

Таблица 5.2 - Коэффициент сцепления при скорости 60 км/ч различных типов и состояний покрытия дорожной одежды (измеренный колесом с гладкой шиной)

Тип покрытия	при состояния покрытия
	Сухое (эталонное)	Мокрое, чистое	Мокрое, загрязненное	Гололедица
Цементобетонное	0,45-0,55	0,35-0,40	0,20-0,30	0,07-0,10
Асфальтобетонное с поверхностной обработкой	0,40-0,50	0,30-0,40	0,20-0,30	0,07-0,10
Асфальтобетонное	0,30-0,50	0,20-0,30	0,15-0,20	0,05-0,10
Щебеночное или гравийное, обработанное органическим вяжущим	0,25-0,35	0,20-0,30	0,10-0,20	0,05-0,10
Щебеночное или гравийное	0,30-0,35	0,15-0,25	0,10-0,20	0,05-0,10
Мостовая	0,25-0,35	0,15-0,20	0,10-0,15	0,05-0,10

 

После получения значений и значение максимального продольного уклона, преодолеваемого транспортным средством по условиям сцепления, определяется по формуле

, (5.6)

где - максимальный преодолеваемый продольный уклон по условиям сцепления при скорости 60 км/ч, в долях единицы;

m – коэффициент сцепной массы, равный отношению массы транспортного средства, приходящейся на ведущие колеса, к полной массе (для легковых автомобилей m= 0,5 – 0,6, грузовых – 0,7, автопоездов – 0,35 – 0,45, для полноприводных автомобилей m=1);

– коэффициент сцепления с учетом типа, состояния и ровности покрытия для скорости 60 км/ч и шины с протектором;

– коэффициент сопротивления качению при скорости 60 км/ч.

Значение определяется для каждого типа транспортного средства и сравнивается с нормативным значением для соответствующей категории дороги.

Контрольные вопросы

1) Поясните смысл коэффициента сопротивления качению?

2) От каких факторов зависит коэффициент сопротивления качению?

3) Как зависит коэффициент сопротивления качению от скорости движения автомобиля?

4) Поясните смысл коэффициента сцепления колес с дорогой?

5) Какие факторы определяют коэффициент сцепления колес с дорогой?

6) Что такое коэффициент сцепной массы?

7) Как рассчитывается максимально преодолеваемый автомобилем уклон?

8) В каком случае автомобиль сможет преодолеть реальные подъемы на дороге?

9) Какие мероприятия можно использовать для исключения буксования транспортных средств на подъеме?

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №6