Коэффициенты сопротивления качению и сцепления как показатели взаимодействия автотранспортных средств с опорной поверхностью

Автомобильное колесо с пневматической шиной является наиболее распространенным движителем АТС. Под движителем вообще понимается рабочий механизм, взаимодействующий с поверхностью дороги или грунтом и обеспечивающий передвижение машины. Движители могут быть колесными, гусеничными, шнековыми, шагающими и т.д.

Коэффициент сопротивления качению. Колесо преобразует вращательное движение в поступательное и при этом происходят потери мощности. Количественной мерой потерь является коэффициент сопротивления качению f. Его физический смысл заключается в том, что он численно равен мощности в ваттах, теряемой при качении колеса, нагруженного силой P_z = 1 Н при скорости V_x = 1 м/c.

Значительное влияние на величину коэффициента сопротивления качению, оказывают:

- конструктивные параметры шин (материал, конструкция и состояние);

- давление воздуха в шине;

- нагрузка на колесо;

- тип и состояние покрытия дороги;

- режим движения колеса.

Коэффициент сопротивления качению существенно снижается с увеличением температуры шины. Например, изменение температуры на 100º С (от -7 до +93º С) у шин обычной конструкции уменьшает сопротивление качению почти в три раза.

Сцепление колеса с опорной поверхностью. При передаче момента через колесо некоторые элементы шины скользят относительно опорной поверхности. Чем больше момент, тем больше элементов шины скользят. Однако продольная реакция R_x продолжает расти. При некоторой степени скольжения она достигает максимального значения, а затем уменьшается. Скольжение колеса в тормозном режиме удобно характеризовать коэффициентом скольжения S. В ведущем режиме этот коэффициент - коэффициент буксования.

Эти коэффициенты изменяются от нуля до единицы (либо чистое буксование, либо чистое скольжение).

Наибольшего значения коэффициент сцепления достигает на сухих чистых дорогах с асфальтобетонным покрытием.

Наименьшее значение коэффициент сцепления имеет на обледенелых и заснеженных дорогах при температурах близких к нулю, причем при снижении температуры коэффициент сцепления на таких дорогах увеличивается.

Коэффициент сцепления j зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов:

- величины скольжения (буксования);

- типа и состояния покрытия дороги;

- скорости движения АТС;

- размеров колеса и конструктивных особенностей шины;

- нормальной нагрузки на шину и т.д.

Большое влияние на коэффициент сцепления оказывает шероховатость покрытия дороги, определяемая высотой и формой выступающих над общей поверхностью покрытия неровностей.

Увеличение скорости особенно сильно снижает коэффициент сцепления на мокрых и загрязненных дорогах с недостаточной шероховатостью.

Из конструктивных особенностей шины наибольшее влияние оказывают рисунок протектора, размеры колеса и давление воздуха в шинах.

На сухих дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления несколько возрастает с увеличением коэффициента насыщенности рисунка протектора, т. е. с увеличением отношения площади контакта по выступам рисунка протектора к общей площади контакта. На мокрых дорогах коэффициент сцепления тем выше, чем лучше рисунок протектора обеспечивает отвод влаги и грязи из зоны контакта.

Давление воздуха в шинах по-разному влияет на величину коэффициента сцепления. На сухих чистых дорогах с твердым покрытием увеличение давления воздуха до некоторых пределов увеличивает коэффициент сцепления в связи с тем, что в результате повышения удельных давлений улучшаются условия выдавливания из контакта влаги или грязи. На деформируемых дорогах (рыхлый снег, песок, размокшая грунтовая дорога) к повышению коэффициента сцепления приводит уменьшение давления воздуха. Исключение составляют деформируемые покрытия с твердым подслоем. На таких дорогах при увеличении давления воздуха колесо продавливает мягкий подслой, в результате чего сцепление улучшается.