Движение автомобиля по горизонтальному пути
Внешними силами, вызывающими движение автомобиля по горизонтальному пути, являются силы сцепления, приложенные к ведущим колесам в точках соприкосновения их с поверхностью дороги. Эти силы направлены в сторону движения автомобиля.
К ведущему колесу со стороны двигателя приложен вращающий момент Мвр, стремящийся вращать колесо вокруг его оси. Такому вращению препятствует действующая со стороны дороги сила сцепления 
. Эта сила заставляет колесо катиться, а автомобиль двигаться в ту сторону, куда направлена эта сила. Вращающий момент, действующий на колесо со стороны двигателя, относится к внутренним силам и не может вызвать движение центра тяжести автомобиля. Этот момент только вызывает появление внешних сил — сил сцепления.
К ведомому колесу, не связанному с двигателем, приложена сила давления на ось 
, параллельная дороге (рис. 103, б). В точке касания с поверхностью к колесу приложена сила сцепления , препятствующая скольжению колеса под действием силы . При торможении модуль силы сцепления 
, направленной противоположно движению, возрастает и под действием этой силы автомобиль получает замедление. Силы взаимодействия между тормозными колодками и колесами являются внутренними и не могут произвести торможение автомобиля, но эти силы вызывают увеличение модуля внешней силы . Если колеса начинают скользить, то сила сцепления превращается в силу трения скольжения. При равномерном движении автомобиля все действующие на него внешние силы уравновешиваются.
Откат орудия при выстреле. Внутренние силы взрыва, действующие в стволе орудия, при выстреле не могут привести в движение центр масс системы орудие — снаряд. Если снаряд вылетает в горизонтальном направлении, то свободно стоящее орудие откатывается в противоположную сторону, так как при отсутствии горизонтальных внешних сил центр масс системы орудие — снаряд не может перемещаться по горизонтали. В действительности имеется горизонтальная внешняя сила, реакция шероховатой поверхности, на которой находится орудие, но величина ее недостаточна, чтобы устранить это явление.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник статьи: http://studopedia.su/10_100020_dvizhenie-avtomobilya-po-gorizontalnomu-puti.html
6.3 Занос автомобиля
Как правило, при заносе автомобиля боковое скольжение ведущей оси всегда больше, чем ведомой. Это объясняется тем, что приложение крутящего момента к колесам существенно снижает сцепление их с дорогой в поперечном направлении.
Занос возникает при недостаточном поперечном сцеплении шин с дорогой в следующих случаях:
· при движении по дороге, имеющей поперечный уклон, или по косогору;
· при движении на повороте дороги;
· при торможениях, особенно резких, на мокрых и скользких дорогах, а также при резком торможении на сухой дороге при высоких скоростях;
· при ускорении движения на мокрых и скользких дорогах, особенно при резком нажатии на педаль подачи топлива;
· при резком повороте рулевого колеса при высокой скорости движения;
· при подскакивании колес на неровностях дороги;
· при резком изменении сцепления колес правой и левой сторон автомобиля, происходящего из-за неодинакового состояния дороги и различного состояния шин.
Занос может возникнуть при одновременном воздействии нескольких указанных выше факторов. Во всех случаях при заносе па автомобиль действует поперечная (боковая) сила, причины возникновения которой самые разнообразные. На рисунке 6.8 показано ведущее колесо автомобиля, на которое действует вертикальная нагрузка GK, поперечная сила Ру и крутящий момент Мк. В площади контакта колеса с дорогой возникают реакции Хк, Ук и Zк. Реакции Хк и Ук действуют в плоскости дороги. Равнодействующая этих реакций составляет:
.
Рисунок 6.8 Силы, действующие на ведущее колесо автомобиля.
Чтобы не было скольжения, сила сцепления колес с дорогой должна быть больше равнодействующей, т.е.
,
.
Следовательно, устойчивость автомобиля будет тем выше, чем больше сила сцепления Zкφ’ и чем меньше тангенциальная реакция в продольном направлении Хк. Так как реакция Хк находится в прямой зависимости от тяговой или тормозной силы, резкое ускорение или торможение автомобиля, увеличивающее величину Хк, может явиться причиной заноса (равнодействующая реакций, действующих в плоскости дороги, может оказаться больше силы сцепления). На мокрых и скользких дорогах силы сцепления невелики, и поэтому торможение на них часто вызывает занос ведущей оси автомобиля.
Устойчивость передней не ведущей оси автомобиля против скольжения значительно выше задней, так как через колеса передней оси не передается сила тяги. При заносе передней оси автомобиля (рисунок 6.9, а) изменяется направление ее движения (на рисунке 6.9 — в направлении действия вектора VA). Оно не совпадает с направлением движения задней оси. При повороте автомобиля мгновенный центр поворота О располагается на продолжении задней оси. Из рисунка 6.9, а видно, что поперечная составляющая Р’у центробежной силы РЦ окажется направленной в сторону, противоположную боковой силе Ру, при этом автоматически будет устраняться занос.
Рисунок 6.9 Схема заноса осей автомобиля:
а — передней не ведущей; б — задней ведущей.
Если колеса задней оси начнут скользить в направлении действия вектора Vg (рисунок 6.9, б), то поперечная составляющая Р’у центробежной силы Рц будет направлена в ту же сторону, что и поперечная сила Ру вызвавшая занос. В этом случае занос будет возрастать.
В процессе заноса изменяется положение мгновенного центра поворота автомобиля и радиус поворота беспрерывно уменьшается. В результате центробежная сила возрастает, увеличивая интенсивность заноса.
При движении автомобиля на повороте дороги условием, вызывающим занос, является главным образом превышение центробежной силы над силой сцепления в поперечном направлении, т.е.
Для снижения вероятности возникновения заноса на закруглениях дорог с малыми радиусами устраивают так называемый вираж — проезжая часть и обочина делаются с уклоном к центру поворота дороги. Причем переход от прямых участков дороги к ее закруглениям осуществляется постепенным наклоном проезжей части на сравнительно коротком участке, называемом отгоном виража.
При анализе происшествий, случившихся на кривой дороги, необходимо располагать данными о длине кривой, отгона и переходных кривых, вираже. Эти данные имеют дорожно-эксплуатационные организации. Они также могут быть получены инструментальной съемкой. При движении автомобиля с равномерной скоростью на повороте с постоянным радиусом, но имеющем поперечный уклон β, скорость, при которой начнется занос, рассчитывается по формуле
км/ч. (6.23)
Порядок применения знаков « + » и « — » в этом выражении тот же, что и в формуле (6.17).
При переходе с прямого участка на кривую (рисунок 6.4) в момент поворота руля водителем на автомобиль начинает действовать центробежная сила. Слишком быстрое ее нарастание неприятно для пассажиров и может вызвать занос автомобиля. Поэтому на переходной кривой, в пределах которой происходит плавное изменение кривизны от О на прямом участке до значения 1/R в месте примыкания к круговой кривой, водителю не надо делать резких поворотов руля, особенно опасных при высокой скорости. Поворачивающий автомобиль проходит при постоянном угле поворота передних колес только участок круговой кривой. На переходных кривых угол поворота колес постепенно изменяется. Угловая скорость их поворота зависит также и от скорости движения автомобиля. Чем выше скорость автомобиля, тем с большей угловой скоростью должны поворачиваться его ведущие колеса. Увеличенная угловая скорость поворота передних колес наблюдается и тогда, когда водитель поздно обнаруживает поворот и, стараясь «вписаться» в него, резко поворачивает рулевое колесо.
При резком изменении направления движения — от прямолинейного на криволинейное — на автомобиль начинает действовать поперечная сила инерции, зависящая также и от угловой скорости поворота передних управляемых колес ω. Величина поперечной составляющей этой силы равна:
, (6.24)
где b — расстояние по горизонтали от центра масс автомобиля до задней оси, м;
ω — угловая скорость поворота управляемых колес, рад/с;
Va — скорость автомобиля, м/с.
Следовательно, если автомобиль равномерно движется по криволинейной траектории, при прохождении которой угол поворота передних колес изменяется, то центробежную силу РЦ следует суммировать с поперечной дополнительной силой Р’у. Величина центробежной силы по формуле (6.8) составит:
Н.
Суммарная поперечная сила инерции будет равна Ру=PЦ+Рy’ кН, т.е.
кН. (6.25)
Величина дополнительной поперечной силы инерции Ру в некоторых случаях может быть весьма значительной и иногда даже превосходить величину центробежной силы. Вследствие этого при анализе происшествия следует выяснить, как водитель действовал рулем при входе в поворот дороги. Если влияние дополнительной силы инерции Ру не учитывать, то результат расчета может показать, что сама по себе она не могла вызвать заноса, т.е. при данной скорости можно было двигаться по повороту дороги. Если же при допустимой скорости, определенной по формуле (6.9) или (6.23), занос все же произошел, то необходимо получить сведения о действиях водителя при входе в поворот и следования по нему. Следует уточнить, в каком месте дороги, водитель начал поворачивать рулевое колесо и на сколько, примерно, градусов, какое время для этого потребовалось. Зная передаточное число рулевого механизма, можно определить угловую скорость поворота передних колес и по формуле (6.24) рассчитать величину дополнительной поперечной силы инерции.
Сила Ру действует только во время поворота передних колес и, как следует из формулы (6.24), возрастает с увеличением угловой скорости их поворота и скорости автомобиля. Из рисунка 6.8 следует, что наиболее опасным участком является вход автомобиля в поворот дороги, где угловая скорость ω положительная и сила Ру, складываясь с силой Ру, увеличивает опасность заноса или опрокидывания. При выходе из поворота дороги угловая скорость ω отрицательная, благодаря чему действие Ру уменьшается, и автомобиль может двигаться с большей скоростью без потери устойчивости.
Рисунок 6.8 Взаимодействие поперечных сил, приложенных к центру масс автомобиля, при прохождении поворота дороги.
На дорогах встречаются участки, где горизонтальная кривая выполнена с переменным радиусом, и водитель, двигаясь по такому участку, вынужден все время поворачивать рулевое колесо, чтобы «вписаться» в кривую. При этом при повороте передних колес все время будет действовать и дополнительная сила инерции.
При неравномерном движении автомобиля по повороту, например при движении с ускорением, возникает еще одна дополнительная поперечная сила инерции:
кН, (6.26)
и полная суммарная поперечная сила в этих случаях составляет:
кН. (6.27)
Таким образом, наибольшая вероятность потери поперечной устойчивости возникает при входе автомобиля в поворот дороги, когда одновременно с поворотом рулевого колеса происходит разгон автомобиля.
Занос может наступить и тогда, когда автомобиль движется прямолинейно, но при этом водитель резко, рывком, с большой угловой скоростью поворачивает рулевое колесо. В этих случаях в начальный момент поворота рулевого колеса центробежная сила, отсутствует, а в процессе поворота действует сила Ру. Если она превысит силу сцепления, то может произойти занос:
.
Предельная скорость, при которой он может наступить, составляет
, м/с (6.28)
а угловая скорость поворота передних колес при движении автомобиля с определенной скоростью
рад/с. (6.29)
Величина угловой скорости поворота передних колес зависит от типа автомобиля, конструкции рулевого управления и переднего моста, скорости движения, физических возможностей и психофизиологического состояния водителя. Величина максимального поворота передних колес также не выбирается водителем произвольно. Она зависит от следующих факторов:
психофизиологических особенностей организма водителя и уровня его физического развития. Выполняя маневр в критических ситуациях, водитель инстинктивно соизмеряет скорость поворота рулевого колеса со скоростью движения автомобиля: чем выше скорость автомобиля, тем меньше угловая скорость ω;
состояния проезжей части: чем меньше коэффициент сцепления, тем больше опасность заноса. На скользких дорогах следует медленнее поворачивать рулевое колесо;
конструкции переднего моста и рулевого управления, Наибольший угол поворота переднего колеса (внутреннего по отношению к центру поворота) у большинства автомобилей не превышает 33—36°.
ВНИИСЭ предлагает следующие формулы для определения угловой скорости поворота передних колес в зависимости от скорости движения и психофизиологических особенностей водителя:
для сухого асфальтобетона:
;
для мокрого асфальтобетона:
; (6.30)
,
где Vа — скорость, м/с.
Усилители рулевого управления, которые устанавливаются на многих моделях автомобилей, облегчают работу водителей и позволяют достичь больших значений угловой скорости (приближающихся к максимальным).
На поворотах дорог, на автомобиль иногда может действовать боковой ветер. Поперечная сила от давления ветра, зависящая от его скорости, иногда достигает величины, которая оказывает влияние на возможность заноса. Если известна сила давления бокового ветра, то приближенно предельная скорость автомобиля, при которой может начаться занос, определяется по формуле:
м/с, (6.31)
где P — удельное давление ветра, кгс/м2;
F — площадь боковой поверхности автомобиля, м2;
γ — угол между направлением движения автомобиля и направлением ветра, град.
Формула (6.31) не учитывает влияния бокового увода автомобиля вследствие деформации шин и поэтому дает повышенное значение Vзан. В приведенных выше формулах сделано допущение, что при начале заноса передняя и задняя оси автомобиля находятся в одинаковых условиях, т.е. что боковое скольжение начинается одновременно у обеих осей. В действительности же задняя ведущая ось более подвержена заносу, так как через ее колеса передается крутящий момент, что снижает силу сцепления в поперечном направлении. Практически занос автомобиля обычно начинается со скольжения его задней оси.
Во время поворота автомобиля его внутренние и внешние колеса при действии на них поперечной силы находятся в различных условиях. Первым начинает проскальзывать (пробуксовывать) внутреннее колесо (или сдвоенные колеса) задней оси, так как на него действует меньшая вертикальная сила, чем на наружное. Ведущие колеса автомобиля нагружены также силой тяги, К началу буксования внутреннего ведущего заднего колеса большая поперечная сила воспринимается одним или сдвоенным наружным задним колесом. Если сила сцепления в поперечном направлении оказывается меньшей, чем результирующая сила тяги и поперечной силы, то начинается занос ведущей оси. При этом состояние дорожной поверхности, характеризуемое коэффициентом сопротивления качению, оказывает влияние на величину критической скорости. Чем выше коэффициент сопротивления качению, тем раньше может наступить буксование и, следовательно, занос задней оси и всего автомобиля. Таким образом, при определении критической скорости движения следует учитывать также то, что началу заноса может предшествовать предварительная пробуксовка заднего внутреннего ведущего колеса.
Критическая скорость автомобиля, движущегося, с постоянной скоростью по повороту дороги постоянного радиуса без поперечного уклона, при которой может возникнуть занос задней ведущей оси с предварительным пробуксовыванием колес ее внутренней стороны, определяется по формуле:
м/с, (6.32)
где G — вес автомобиля с грузом, кг;
В — колея автомобиля, м;
a —расстояние по горизонтали от центра масс до оси передних колес;
R — радиус поворота дороги;
φ’ — коэффициент сцепления в поперечном направлении;
f — коэффициент сопротивления качению;
g— ускорение свободного падения, м/с2.
Так как на автомобиль всегда действуют переменные по величине поперечные силы, при пробуксовке, приводящей обычно к потере сцепления в поперечном направлении, в большинстве случаев возможно возникновение заноса задней ведущей оси автомобиля. Поскольку условием возникновения заноса является неравенство Рк ≥ Рφ, где Рк — продольная сила тяги на ведущих колесах, кгс, а Рφ — сила тяги по сцеплению на ведущих колесах, кгс, при вертикальной реакции на ведущих колесах ZK и коэффициенте сцепления φ сила тяги по сцеплению Рφ = φZK. Сила тяги на ведущих колесах автомобиля в общем случае составляет:
кН, (6.33)
где G – вес автомобиля, кг;
Va – скорость автомобиля, м/с;
Vb — скорость ветра, м/с (знаки « + » при встречном, «—» — при попутном ветре);
δ — коэффициент вращающихся масс автомобиля;
jа — ускорение автомобиля, м/с2;
К — коэффициент обтекаемости;
F — площадь лобового сечения автомобиля, м2;
α — угол продольного уклона дороги, град;
f — коэффициент сопротивления качению.
При заданных дорожных условиях и полном весе автомобиля в этой формуле остается неизвестным ускорение, с которым осуществлялось движение автомобиля. При равномерном движении, когда jа = 0, при расчете может получиться, что Рk
Источник статьи: http://sci-lib.biz/logistika/zanos-avtomobilya-37314.html