Силы, вызывающие движение транспортного средства

Крутящий момент двигателя, подве­денный через механизмы трансмиссии к ведущим колесам автомобиля, вызывает их вращение. В месте соприкосновения колеса с дорогой от крутящего момента возникает окружная сила, а со стороны дороги - продольная реакция), равная по величине окружной силе, но направленная в противоположную сторону. Суммарная продольная реакция ведущих колес передается на ведущие мосты и вызывает движение автомобиля, поэтому называется тяговой силой.

Рисунок 34.1 - Схема сил и моментов, действующих на ведущее

колесо автомобиля

Величина тяговой силы тем больше, чем больше крутящий момент двигателя и передаточные числа коробки передач и главной передачи. Но величина тяговой силы не может превысить силу сцепления ведущих колес с дорогой. Если тяговая сила превы­сит силу сцепления колес с дорогой, то ведущие колеса будут пробуксовывать.

Сила сцепления равна произведению коэффициента сцепления на сцепной вес. Для тягового автомобиля сцепной вес равен нормальной нагрузке, приходящейся на затормаживаемые колеса.

Коэффициент сцепления зависит от типа и состояния покрытия доро­ги, от конструкции и состояния шин (давление воздуха, рисунок протек­тора), от нагрузки и скорости движения автобуса. Величина коэффициента сцепления снижается при мокрой и скользкой поверхности дороги, осо­бенно при увеличении скорости движения и изношенном протекторе шин.

Сила тяжести автобуса приложена в центре тяжести. Высота распо­ложения центра тяжести у автобусов около 1 м.

При движении автобуса происходит продольное перераспределение нормальной нагрузки между осями автобуса: при передаче ведущими ко­лесами тяговой силы больше нагружаются задние колеса, а при торможении автобуса - передние колеса. Кроме того, перераспределение нормаль­ной нагрузки между передними и задними колесами имеет место при движении автомобиля на спуск или на подъем.

Перераспределение нагрузки, изменяя величину сцепного веса, влияет па величину сцепления колес с дорогой, тормозные свойства и устойчивость автомобиля.

Силы сопротивления движению. Тяговая сила на ведущих колесах обеспечивает преодоление внешних сил, возникающих при движении автобуса. При равномерном движении автобуса по горизонтальной дороге такими силами являются: сила сопротивления качению и сила сопротивления воздуха. При движении автобуса на подъем возникает сила сопротивления подъему (рисунок 34.2.), а при разгоне автомобиля - сила сопротивления разгону (сила инерции).

Сила сопротивления качению возникает вследствие деформации шин и поверхности дороги. Она равна произ­ведению нормальной нагрузки автомобиля на коэффициент сопротивления качению. Коэффициент сопротивления качению зависит от типа и состояния покрытия дороги, конструкции шин, их износа и давления воздуха в них, скорости движения автобуса.

Рисунок 34.2 - Схема сил, действующих на автомобиль при равномерном движении на подъем

Сила сопротивления воздуха зависит от коэффициента сопротивления воздуха, лобовой площади и скорости движения автомобиля. Коэффици­ент сопротивления воздуха определяется типом автомобиля и формой его кузова, а лобовая площадь - колеей колес (расстоянием между центрами шин) и высотой автомобиля. Сила сопротивления воздуха возрастает про­порционально квадрату скорости движения автомобиля.

Сила сопротивления подъему тем больше, чем больше масса автобуса и крутизна подъема дороги, которая оценивается углом подъема в градусах или величиной уклона, выраженной в процентах. При движении автобуса под уклон сила сопротивления подъему, наоборот, ускоряет движение автобуса.

На автомобильных дорогах с асфальтобетонным покрытием продольный уклон обычно не превышает 6%. Если коэффициент сопротивления качению принять равным 0,02, то общее сопротивление дороги составит 8% от нормальной нагрузки автомобиля.

Сила сопротивления разгону (сила инерции) зависит от массы автобуса, его ускорения (приросту скорости в единицу времени) и массы вращающихся частей (маховик, колеса), на ускорение которых также затрачивается тяговая сила.

При разгоне автобуса сила сопротивления разгону направлена в сторону, обратную движению. При торможении автобуса и замедлении его движения сила инерции направлена в сторону движения автомобиля.

Устойчивость

Под устойчивостью автомобиля подразумевается его спо­собность выдерживать заданное направление движения в лю­бых дорожных условиях без опрокидывания и бокового скольжения колес. Эта способность автомобиля особенно важ­на при движении по скользкой дороге, где обычно и происхо­дят опрокидывания и заносы.

Устойчивость зависит от ряда конструкционных параметров автомобиля, а также от умения водителя правильно управлять им в движении. Она может быть продольной, поперечной и боковой.

Способность автомобиля двигаться в различных дорожных условиях без опрокидывания относительно передней или зад­ней оси называется продольной устойчивостью, без опроки­дывания относительно правых или левых колес и при отсутст­вии бокового скольжения - поперечной, без заноса задней (пе­редней) части вправо или влево от оси движения - боковой.

При движении по прямой продольная и поперечная устой­чивости будут сохранены, если линия действия силы тяжести не выходит за пределы периметра точек опоры автомобиля (рисунок 34.3.). И, соответственно, он может потерять продольную (опрокидывание относительно задних колес) или поперечную (опрокидывание через колеса левой стороны) устойчивость, если линия действия силы тяжести пересекается с поверхно­стью дороги за пределами площади, ограниченной точками опоры колес (рисунок 34.4)

Рисунок 34.3 - Обеспечение устойчивости: а - продольной; б – поперечной

Рисунок 34.4 - Потеря устойчивости: а - продольной, б – поперечной

Потеря боковой устойчивости наиболее вероятна при разго­нах и резких торможениях на скользких дорогах.

Устойчивость движущегося автомобиля зависит от сле­дующих факторов: массы автомобиля, высоты центра масс, его

базы и ширины колеи; размера, типа и состояния шин; конст­рукции и регулировки тормозов; радиуса кривизны дороги и состояния ее поверхности; скорости и направления движения; умения водителя управлять автомобилем, особенно при торможении.

В ходе испытаний установлено: чем выше расположен центр масс автомобиля и чем уже колея, тем скорее произой­дет боковое опрокидывание. Когда центр масс находится низ­ко, а колея широкая (но не более нулевого габарита), устойчи­вость автомобиля повышается.

У современных легковых автомобилей, имеющих сравни­тельно низкое расположение центра масс и широкую колею, опрокидывания без предварительного бокового скольжения (заноса) при нормальных дорожных условиях бывают очень редко. Они могут быть лишь у автомобилей с крупногабарит­ными грузами, закрепленными высоко над крышей автомобиля или поверхностью прицепа, причем на плохой и имеющей большой поперечный уклон дороге.

Наличие крупногабаритного и тяжелого груза на багажнике автомобиля или прицепе увеличивает высоту центра масс. С такими грузами нельзя ехать быстро, надо обязательно сбра­сывать скорость на крутых поворотах и стараться не тормозить резко.

Впрочем, опрокидывание может произойти и на небольших скоростях, если при движении по дороге с существенным бо­ковым уклоном груз размещен с одной стороны автомобиля, со стороны уклона.

На повороте существенное значение для сохранения устой­чивости автомобиля имеют не только скорость движения, но и радиус поворота, и скорость поворота управляемых колес. В определенных условиях резкий поворот колес может стать основной причиной нарушения устойчивости.

Чаще всего заносы и опрокидывания происходят, как уже отмечалось, из-за неосторожности водителя в процессе движения по скользкой, мокрой или обледенелой дороге, прежде всего при резком торможении на большой скорости.

Во всех случаях при заносе на автомобиль действует боковая (поперечная) сила, которая возникает по причине неравно­мерного сцепления шин с дорогой или ее неровностей.

Боковая сила начинает действовать и при других отклоне­ниях автомобиля от прямолинейного направления движения. В тех случаях, когда автомобиль движется по кривой, боковую силу называют центробежной. В результате действия центро­бежной силы при резком повороте на большой скорости авто­мобиль может опрокинуться. По мере уменьшения радиуса по­ворота в процессе заноса значение центробежной силы возрас­тает и, соответственно, увеличивается интенсивность заноса. Словом, если занос начался, то он будет быстро усиливаться, и, чтобы не произошло опрокидывание автомобиля, необхо­димо принять срочные меры.

Наиболее легкий и эффективный способ вывода автомобиля из заноса заключается в следующем: при появлении заноса задних колес водитель немедленно отпускает тормозную пе­даль и по возможности резко поворачивает руль в сторону за­носа, а затем, как только движение автомобиля выравнивается, быстро возвращает руль в прежнее положение. Если эти опе­рации не будут выполнены, занос продолжится, и автомобиль будет вращаться до тех пор, пока не остановится под влиянием силы трения колес о дорогу или в результате удара о препятст­вие. При сильном ударе скользящих колес или при их попада­нии на участок с более высоким сопротивлением скольжению автомобиль опрокинется по причине воздействия на него пары сил: силы сопротивления скольжению и центробежной силы. Сила сопротивления скольжению левых колес направлена в сторону, противоположную скольжению, а центробежная сила приложена в центре масс автомобиля, вследствие чего и про­исходит его опрокидывание на левую сторону (рисунок 34.5.)

Рисунок 34.5 - Действие пары сил при опрокидывании автомобиля после потери боковой устойчивости

Для безопасного движения на высоких скоростях водитель должен стремиться к повышению устойчивости своего автомобиля, этому способствуют увеличение массы автомобиля, понижение центра масс, соблюдение скорости, соответствую­щей состоянию дороги, и правильная регулировка тормозов.

Управляемость

Управляемость определяется работой, требующейся от во­дителя для управления автомобилем в заданных условиях экс­плуатации.

Затраты усилий водителя могут быть намного снижены с помощью различных конструктивных решений, к примеру, применения усилителей рулевого управления, выключения сцепления, привода тормозной системы и ряда других меха­низмов, которые уменьшают мускульное воздействие водителя на органы управления автомобилем.

Рабочее место водителя должно быть оборудовано так, что­бы обеспечивались хорошая обзорность пространства впереди и позади автомобиля, удобное пользование органами управле­ния и наблюдение за показателями контрольно-измерительных приборов, имелись вентиляция и отопление.

Управляемость автомобиля в значительной степени зависит от его технического состояния, она может резко ухудшаться при снижении давления в шинах, нарушении системы стабилизации управляемых колес, возникновении зазоров в рулевом управлении и при других неисправностях.

Падение давления воздуха в одной из шин увеличивает сопротивление качению и уменьшает поперечную устойчивость автомобиля, поэтому он будет постоянно отклоняться в сторону этой шины. Если автомобиль неожиданно начинает "тянуть" в одну сторону, скорее всего причина в снижении давления в одной из шин передних колес. При аналогичном явлении в одной из шин задних колес автомобиль, движущийся на небольшой скорости, "водит" по дороге то в одну, то в другую сторону.

Изнашивание деталей рулевой трапеции приводит к образо­ванию в ней зазоров, нарушающих установленные кинемати­ческие связи и облегчающих возникновение произвольных ко­лебаний колес. При больших зазорах виляние и подпрыгива­ние передних колес может привести к нарушению их сцепле­ния с поверхностью дороги. Большие зазоры в подшипниках ступиц передних колес, а также неправильная регулировка ру­левого управления существенно затрудняют стабилизацию управляемых колес. Управлять таким автомобилем сложно, так как ход автомобиля становится неустойчивым, он все вре­мя уходит в сторону, и водитель вынужден непрерывными по­воротами рулевого колеса поддерживать требуемое направле­ние движения, что утомляет его, а кроме того, увеличивает из­нос рулевого управления и шин.

Для того чтобы управление автомобилем было легким и ре­зультативным, необходимо следить за его техническим со­стоянием, регулярно проверяя работу его основных узлов, ме­ханизмов и приборов.