Вопрос. Силы и моменты, действующие на автомобиль при движении.

Ответ. При движении на автомобиль действует целый ряд сил, кото­рые называются внешними. К ним относятся (рис. 3.1) сила тяже­сти G, силы взаимодействия между колесами автомобиля и доро­гой (реакции дороги) R_x1, R_x2, R_z1, R_z2и сила взаимодействия ав­томобиля с воздухом (реакция воздушной среды) Р_в.

Рис. 3.1. Силы, действующие на автомобиль с прицепом при движении: а — на горизонтальной дороге; б — на подъеме; в — на спуске

Одни из указанных сил действуют в направлении движения и являются движущими, другие — против движения и относятся к силам сопротивления движению. Так, сила

Основной движущей силой автомобиля является касательная реакция дороги R_x2на ведущих колесах. Она возникает в результа­те подвода мощности и крутящего момента от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам.

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

Вопрос. Уравнение тягового баланса автомобиля.

Ответ.

Движение автомобиля по дороге возможно только в том случае, если сила тяги, развиваемая на ведущих колесах автомобиля, больше или равна сумме сил дорожных сопротивлений. Если величина силы тяги PТ превышает сумму сил дорожных сопротивлений, то этот запас используется либо на ускорение автомобиля, либо на буксировку автомобилем дополнительного груза. Математически это положение описывается с помощью уравнения тягового баланса автомобиля. Уравнение тягового баланса автомобиля имеет следующий вид

РТ = РΨ + РW + Рj,

где РΨ — cила сопротивления дороги, Н;

РW — сила сопротивления воздуха, Н;

Рj — сила инерции автомобиля при его неравномерном движении (при ускорении или замедлении), Н.

Уравнение тягового баланса автомобиля проще и наглядней решать графическим способом, при котором строим графики зависимости каждого из слагаемых уравнения от скорости движения автомобиля, и производим сравнение положения точек кривой с положением точек суммарной кривой РΨ и РW.

Для построения графика зависимости силы тяги РТ на ведущих колесах автомобиля от скорости его движения используется выражение 13

, Н (13)

где Ме- вращающий момент на выходном конце коленвала двигателя при соответствующей его частоте вращения, Нм;

Скорость движения автомобиля при различных частотах вращения коленвала двигателя определяется по формуле-14

, км/ч (14)

Значения сил тяги РТ и скоростей автомобиля V следует определять для частот вращения коленвала двигателя nе, которые являются границами интервалов при разбиении всего диапазона частот вращения коленвала.

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

Рис.5. Распределение нагрузки на колеса двухосного автомобиля.

Очевидно, G₁+ G₂ = G. Практически величины G₁ и G₂ определяются путем взвешивания отдельно передней и задней частей автомобиля. По экспериментально определенным значениям G

При движении автомобиля возникают дополнительные силы и моменты, которые перераспределяют нагрузки на колеса. Например, сила сопротивления воздуха и подъему, бокового ветра, сила инерции при ускоренном или замедленном движении автомобиля и др.
Коэффициент сцепления ведущего колеса с дорогой
Коэффициент сцепления колеса с дорогой φ представляет собой отношение той силы, которая может вызвать относительное перемещение опорной поверхности шины колеса по дороге, к реакции дороги на колесо, направленное нормально к поверхности дороги. Это определение аналогично установленному в механике определению коэффициента трения первого рода между двумя твердыми телами. Поэтому часто считают, что коэффициент сцепления и коэффициент трения -–понятия равнозначащие. Это положение весьма близко к действительности для дорог с твердым покрытием. Здесь передача тангенциальных усилий от колеса к дороге обуславливается почти исключительно трением между опорной поверхностью шины и дорогой.

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

Торможение двигателем

Торможение двигателем

Этот способ подходит для транспортных средств с механической коробкой передач. Данный способ для уменьшения числа оборотов двигателя и понижения скоростного режима предполагает включение пониженной передачи. Эффективен при спокойной езде.

Если этого не достаточно для эффективного замедления движения авто, придется включить более низкие передачи. Только поэтапно: с пятой на четвертую и дальше. Смысл этих действий в том, что чем более низкая передача применяется, тем сильнее торможение.

Технически весь процесс выглядит так. При бросании газа сцепление автомобиля остается по-прежнему на включенной передаче. Отпуская тормозную педаль, выжимается сцепление, включается более низкая передача. После этого постепенно отпускается педаль сцепления.

Советы: Система автопилота в легковых автомобилях

Чаще всего торможение двигателем применимо на крутых спусках, в сложных погодных условиях (гололед, дождь, листопад), когда сцепление колес с поверхностью проезжей части не достаточно.

Что касается крутых склонов, тут есть одна хитрость. Дело в том, что при постоянной работе тормозов их колодки и диски перегреваются, значительно снижая эффективность торможения. Чтобы избежать тепловой эффект, следует выбирать соответствующую крутизне склона передачу: чем круче склон, тем должна быть ниже передача. Тормозить лучше двигателем, работая педалью газа. Как обеспечить равномерное движение? Жмем газ для ускорения и отпускаем эту педаль для снижения скорости.

Импульсное торможение

Импульсное торможение

Для снижения скорости движения при помощи тормозной системы используется импульсное (прерывистое) торможение.

Здесь педаль тормоза нужно выжать до упора, кратковременно отпуская тормоз.

Важно знать, что момент начала торможения не должен быть слишком интенсивным во избежание блокировки ведущих колес, а должно осуществляться на грани блокировки.

Потом кратковременно усилие на тормоз ослабляется и вновь идет торможение на грани. Весь процесс повторяется до полного прекращения движения автомобиля (или до достижения необходимой скорости).

Советы: Правильное переключение передач

Как показывает практика, этот способ лучше использовать совместно с торможением двигателем.

Для автомобилей, оборудованных системой антиблокировки, этот способ не актуален. На ABS-автомобилях импульсное торможение в случае необходимости происходит на автомате. Нажал водитель на тормоз до упора – и ему достаточно просто удерживать его в этом положении. Пусть водителя не пугает вибрация педали: это происходит при срабатывании антиблокировки.

Ступенчатое торможение

Это ежедневное штатное торможение. Его использует практически каждый водитель. Различают торможение с повышенным и пониженным усилием.

Повышение усилия торможения применяется во время плохих погодных условиях. Суть приема в увеличении степени нажатия на педаль тормоза и его продолжительности. Способ позволяет водителю прочувствовать качество дорожного полотна и способность автомобиля совершить необходимый маневр.

Понижение усилия используется при хорошем сцеплении автошин с поверхностью проезжей части, когда возможно движение на высокой скорости. Чтобы затормозить, педаль тормоза нужно выжать до упора, удержав в таком положении некоторое время. Дальнейшие нажатия должны происходить быстро и, в то же время, непродолжительно, позволяя водителю контролировать степень снижения скорости. Способ подходит для быстрого замедления движения, но применим только при благоприятных дорожных условиях.

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

Избыточная поворачиваемость

Пример избыточной поворачиваемости

Если боковой увод колес задней оси больше, чем увод колес передней оси, и угол поворота машины относительно центра масс увеличивается, то это называется избыточной поворачиваемостью. (англ. oversteering). В этом случае у автомобиля сносит заднюю ось, вплоть до разворота.

В случае возникновения заноса задних колёс:

• на заднеприводном автомобиле повернуть руль в сторону противоположную направлению поворота (в сторону заноса) и либо отпустить газ (но не доводя автомобиль до торможения двигателем и не очень резко), либо нажать на газ, переведя автомобиль в режим управляемого заноса;
• на полноприводном автомобиле: повернуть руль в сторону противоположную направлению поворота, а реакция на работу с тягой индивидуальна в зависимости от схемы полного привода, развесовки машины и прочих факторов. Именно из-за неоднозначных реакций управление полноприводными машинами с традиционными межосевыми дифференциалами считается намного более сложным.
• на переднеприводном автомобиле повернуть руль в сторону противоположную направлению поворота, и увеличить тягу. Педаль тормоза не трогать в случае отсутствия системы АБС.

Совет о нежелательности торможения при заносе на данный момент устарел, современные системы АБС и стабилизации эффективно гасят занос, помогая управляющим действиям водителя, а в случае ошибки руления, тяжесть последствий снижается из-за снижения скорости движения машины.

Если избыточную поворачиваемость не удаётся скорректировать, следует приготовиться к тому, что автомобиль перейдет в неконтролируемое вращение..

Заднеприводной автомобиль склонен к избыточной поворачиваемости при максимальной тяге на ведущих колесах, на нём избыточная поворачиваемость корректируется сложнее, чем на переднеприводном, ввиду возможности срыва колес в скольжении как при переизбытке тяги, так и при излишнем торможении двигателем. Современные заднеприводные автомобили при включенных системах контроля устойчивости вполне безопасны, но на скользкой дороге избыточная поворачиваемость всё равно чувствуется. Будьте внимательнее.

Стоит заметить, что автомобили для ралли могут иметь любую поворачиваемость (не обязательно избыточную). Для прохождения поворотов в управляемом заносе избыточную поворачиваемость создают искусственно такими приёмами, как контрсмещение, использование ручного тормоза, избыток газа (не для переднеприводгого автомобиля), динамическое перераспределение веса на переднюю ось (загрузка передней оси торможением или сбросом газа), и т. д. Автомобили, подготовленные для ралли по скользким дорогам (лед, грязь, гравий) могут иметь недостаточную поворачиваемость из-за особенностей трансмиссии: жесткие межосевые и межколесные дифференциалы могут препятствовать тому, что внутренние колеса в повороте крутятся медленнее. Это мешает автомобилю двигаться по дуге с колесами, повернутыми на угол, соответствующий крутизне поворота. Поэтому пилоты таких автомобилей создают поворачиваемость искусственно вышеуказанными приемами, а у зрителей создается впечатление, что автомобиль проходит повороты «боком» или «веером».

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

ПОД ГРАДУСОМ

Какие «подводные камни» со стороны «развальщиков» могут ожидать владельца машины при выполнении операции «развал»? Какие работы должен выполнить специалист и как оценить его работу?
В соответствии с технологией технического обслуживания и ремонта работа должна начинаться с проверки технического состояния автомобиля, а именно: свободного хода рулевого колеса, радиального и осевого биения дисков колес, деталей и узлов подвески, люфта в подшипниках ступиц, давления воздуха в шинах. Говоря проще, развальщик должен поднять машину на подъемнике и осмотреть ее снизу, подергать за тяги, за колеса, взять манометр и проверить, а при необходимости довести до нормы давление воздуха в шинах. Это естественно, так как регулировать углы на автомобиле с изношенной подвеской и спущенными шинами — «мартышкин труд». Поэтому логично будет сперва отремонтировать машину, а затем регулировать углы.
Обязательная подготовительная операция при «развале» — «компенсации биения обода колеса», чтобы исключить влияние геометрической формы колесного диска на конечный результат. Внешне это выглядит так: вывешивается передний мост автомобиля, навешиваются приборы на колеса, и каждый прибор индивидуально регулируется под то колесо, на котором он находится. Если эта операция пропущена, то как минимум становится ясно, с кем вы имеете дело. На стендах последнего поколения мосты не вывешиваются, а компенсация выполняется при прокатывании машины взад-вперед на несколько сантиметров.
Также «развальщик» должен выставить рулевую рейку в среднее положение. «Вычисляется» поворотом рулевого колеса вправо-влево до упора. Иными словами, после «развала» при движении автомобиля по прямой спица рулевого колеса должна занять горизонтальное положение, а само рулевое колесо должно поворачиваться в разные стороны на одинаковое число оборотов. Если «развальщик» по какой-либо причине забыл это сделать, то автомобиль будет поворачивать в одну из сторон с меньшим радиусом, в другую — с большим. Особенно это заметно при спуске-подъеме по винтовой дороге: вверх автомобиль поднимается, имея значительный запас места до стены, а вниз катится, едва её не задевая, или вообще не «вписывается» в поворот. Это следствие неправильного положения рейки.

Непосредственно установка углов проводится всегда в строгой последовательности: продольный наклон – развал – схождение. У рычажных подвесок наклон и развал устанавливаются с помощью подбора толщины пакета специальных регулировочных шайб между поперечиной подвески и нижним либо верхним рычагом. У подвесок «МакФерсон» развал, как правило, регулируется «изломом» стойки с помощью эксцентрикового болта или ползунковым механизмом, а продольный наклон – толщиной шайб на растяжке или стабилизаторе подвески. (У некоторых машин, например Audi, развал регулируется перемещением шаровой опоры вдоль рычага, либо – например, Mitsubishi – вращением эксцентрика в основании рычага). Ряд автомобилей (BMW, некоторые Daewoo, Mercedes) конструктивно вообще не имеют регулировки развала и продольного наклона. Схождение же делают на всех автомобилях, регулируют при этом одинаково – изменением длины рулевых тяг.
Самая трудоемкая операция «развала» — регулировка кастера, который, например, на ВАЗ-2110 регулируется путем удаления-добавления регулировочных шайб на наконечниках растяжки, для чего необходимо изрядно поработать гаечными ключами. Поэтому «развальщику» всегда удобнее посчитать, что параметры этого угла находятся в пределах допуска, и отрегулировать только углы развала и схождения колес. Все равно клиент не разберется в показаниях прибора. В лучшем случае (если кастер при ударе «уплыл» катастрофически) прибегают к помощи зубила и просто срубают «лишние» шайбы, по возможности выравнивая величину углов справа и слева, чтобы автомобиль «не уводило» в сторону.
Еще одна сложность для «развальщика» при проведении регулировочных работ — это прикипевшие резьбовые соединения: эксцентриковый болт передней телескопической стойки и регулировочная тяга в рулевом управлении. Особенно эксцентриковый болт, ответственный за угол развала. Пытаясь повернуть его на необходимый угол, можно сорвать головку. По этой причине недобросовестный слесарь, почувствовав значительное сопротивление, оставляет болт в покое, уже не заботясь о том, чтобы выставить «правильные» углы развала. Опытный (не путать с порядочным) «развальщик» может сделать так, что машина поедет прямо, без уводов в сторону, но при этом углы колес будут не в норме. Рядовой автолюбитель заметит это только тогда, когда протектор шин будет значительно неравномерно изношен и потребуется замена покрышек. Именно поэтому к выбору станции технического обслуживания, где будет проводиться «развал», надо подойти как можно серьезнее.

По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»

Профильная проходимость

Профильная проходимость зависит от компоновки автомобиля и оценива­ется геометрическими параметрами проходимости, которые определяют по компоновочным чертежам или путем измерения натурных образцов. Все из­мерения проводятся при полной на­грузке автомобиля на горизонтальной площадке с твердым и ровным покры­тием.

Дорожный просвет — расстояние от опорной поверхности до наиболее низкой точки автомобиля, расположенной между колесами. Обычно это точки под картерами глав­ных передач ведущих мостов и в ме­стах расположения рессор. В техниче­ских характеристиках автомобилей мо­гут приводиться несколько значений дорожного просвета. Например, до­рожный просвет под передним и задним мостами. У современных легковых автомобилей дорожный про­свет составляет 150…220 мм, автобу­сов — 220…300 мм, а у грузовых автомобилей ограниченной и повышенной проходимости — 240…300 мм. В нор­мативах СЭВ рекомендуется для гру­зовых автомобилей обеспечивать до­рожный просвет не менее 270 мм. У автомобилей высокой проходимости за счет применения колесных передач и крупноразмерных шин дорожный просвет достигает 400…500 мм.

Передним и задним углами свеса ограничива­ется проходимость автомобиля при проезде через канавы, пороги, крутые переломы. Углы свеса — это углы ме­жду плоскостью опорной поверхности и плоскостью, касающейся колес и наиболее выступающей точки автомо­биля. Большие углы свеса обеспечива­ют возможность преодоления, автомо­билем крутых препятствий, не задевая их. Наибольшие углы свеса имеют ав­томобили высокой проходимости: передний 60…70° и задний 50…60°.

Продольный радиус про­ходимости — радиус услов­ной цилиндрической неровности, через которую автомобиль может проехать, не задевая ее наинизшей точкой, рас­положенной в его средней части.

В некоторых случаях для оценки проходимости автомобилей через пре­пятствия соизмеримые с колеей авто­мобиля, используют понятие попе­речный радиус проходимо­сти.

Способность автомобиля приспо­сабливаться к неровностям местности без потери контакта колес с дорогой зависит от возможных углов перекоса мостов. Угол перекоса находится как сумма углов перекоса переднего и заднего мостов относительно горизон­тальной плоскости. У авто­мобилей, имеющих ведущие мосты, ко­торые сгруппированы в балансирную тележку, определяют также возмож­ные углы перекоса мостов тележки.

Способность автопоезда двигаться по пересеченной местности оценивает­ся углами гибкости в вертикальной плоскости. По существующим нормативам угол гибкости g у автопо­езда с двухосным прицепом должен быть не менее ±62°, а у седельного автопоезда — ±8°.

Способность автомобиля или авто­поезда маневрировать в ограниченном пространстве характеризуется мини­мальным радиусом поворота и шири­ной габаритного коридора поворота. Для автопоездов дополнительно определя­ют углы гибкости в горизонтальной плоскости. Они должны быть не ме­нее 55° у автопоездов с двухосными прицепами и 90° — у седельных авто­поездов.

Профильная проходимость автомо­билей в значительной мере определя­ется их способностью преодолевать от­дельные препятствия.

Максимальный подъем, который автомобиль может преодолеть, зависит от окружной силы, развиваемой веду­щими колесами, и от угла его продоль­ной устойчивости — угла между пло­скостью, нормальной к опорной по­верхности и проходящей через центр масс, и плоскостью, проходящей через центр масс и точки контакта задних колес с дорогой. Этот угол определяет возможность опрокидывания автомо­биля относительно задней оси. У авто­мобилей обычной компоновки он все­гда больше угла максимального подъ­ема, преодолеваемого ими, и поэтому опрокидывание относительно задней оси оказывается практически невоз­можным. Только для автомобилей спе­циальной компоновки с очень высоким расположением центра масс следует анализировать устойчивость при пре­одолении максимальных подъемов. Максимальная окружная сила, разви­ваемая ведущими колесами автомоби­ля, как правило, ограничена сцеплени­ем ведущих колес с опорной по­верхностью.

Иногда у дорожных автомобильных поездов она ограничи­вается вследствие недостаточного кру­тящего момента, передаваемого через трансмиссию к ведущим колесам. Найдем максимальный угол подъема, преодо­леваемого автопоездом с тягачом 4X2, при условии, что его значение ограничено сцеплением ведущих колес с опорной поверхностью. Примем, что сцепление под обоими колесами моста одинаково.

Автомобили и автопоезда способны преодолевать подъемы по твердым склонам следующей кру­тизны: автопоезда с неполноприводными тягачами — 11…13°; одиночные неполноприводные автомобили — 20…25; автопоезда с полноприводными тяга­чами — 15…20; полноприводные оди­ночные автомобили — 27…35°.

Нормативными документами опре­делено, что автомобильные поезда должны преодолевать подъемы с твер­дой опорной поверхностью крутизной не менее 18 % (10,2°), а одиночные автомобили — 25 % (14°).

Спуск опасен тем, что на нем воз­можно опрокидывание автомобиля от­носительно передних колес. У автомо­билей обычной компоновки при равно­мерной скорости движения потеря устойчивости вследствие опрокидыва­ния может произойти лишь на спусках крутизной более 45°. Если же автомо­биль на спуске встречает препятствие, возникает инерционная сила, направ­ление которой совпадает с направле­нием движения автомобиля. В силу увеличения опрокидывающего момента вероятность опрокидывания возраста­ет. Аналогичные явления происходят при резком торможении на спуске. Опрокидывание автомобиля может произойти также и в конце спуска, ко­гда сопротивление движению в момент перехода с наклонного участка на го­ризонтальный резко возрастает.

При опрокидывании автомобиля в рассмат­риваемых условиях затрачивается энергия на подъем центра масс за счет кинетической энергии автомобиля. По­этому для уменьшения вероятности опрокидывания скорость спуска не должна быть большой. Расчеты пока­зывают, что для автомобилей обычной компоновки при предельных углах спуска до 30° скорость движения во из­бежание опрокидывания не должна превышать 10 км/ч.

Возможность преодоления рва определяется числом и расположением мостов, размером колес и положением центра масс автомобиля по базе. Для двухосных и трехосных автомобилей (если центр масс расположен не над средним мостом), ширина преодолеваемого рва зависит от размеров колес. Испытания показывают, что такие ав­томобили способны преодолеть ров с прочными кромками шириной до 1… 1,3 радиуса колеса (большие значения относятся к автомобилям со всеми ве­дущими колесами).

Для трехосных автомобилей с рав­номерным расположением мостов и че­тырехосных ширина преодолеваемого рва может быть значительной и опре­деляется базой автомобиля, расстанов­кой колес и положением центра масс по длине.

Высота преодолеваемого ав­томобилем порогового препятствия зависит главным образом от размера колеса и жесткости кромки порога. Максимальная высота преодо­леваемого неполноприводными автомо­билями порога составляет 0,3…0,5 ра­диуса колеса, а полноприводными — 0,5…0,8.

Максимальная глубина преодоле­ваемого брода зависит от конструкции автомобиля. Лимитирующими эле­ментами при твердом основании брода являются уровни расположения лопа­стей вентилятора, всасывающего па­трубка, аккумулятора, генератора, си­стемы зажигания, воздухосоединительных отверстий картеров механизмов трансмиссии. Для увеличения глубины преодолеваемого брода у автомобилей повышенной и высокой проходимости выходы всасывающих и выхлопных па­трубков стремятся расположить высо­ко, вентилятор изготовляют с отклю­чающимся приводом, а генератор, систему зажигания, картеры мостов и колесные тормоза — герметичными. При таком конструктивном выполне­нии автомобили могут преодолевать брод глубиной до 1,6…1,8 м.

Опорно-сцепная проходимость

Опорно-сцепная проходимость авто­мобиля зависит от эффективности ис­пользования несущих свойств грунта и определяется главным образом конст­рукцией движителя и трансмиссии автомобиля. Опорно-сцепная проходи­мость зависит также от формы корпу­са, типа подвески, удельной мощности автомобиля и др.

Грунты и снег относятся к диспер­сным средам, основным отличием ко­торых от сплошных является то, что находящиеся в них твердые частицы не образуют сплошной массы, а зани­мают лишь часть объема. При этом прочность связи между отдельными ча­стицами значительно меньше прочно­сти материала этих частиц. При дей­ствии внешней нагрузки происходят перемещения, сдвиги отдельных твер­дых частиц относительно друг друга.

По составу различают минераль­ные грунты и грунты органического происхождения. Минеральные грунты подразделяются на ряд категорий. В основу такого деления положены размеры и соотношение частиц двух фракций: глинистой и песчаной. Клас­сификация по этим признакам назы­вается гранулометрической. В зависи­мости от относительного содержания глинистых и песчаных фракций минеральные грунты делятся на глины (со­держание глинистых частиц по массе более 30%), суглинистые грунты — (10…30%), супесчаные (3…10 %) и песчаные (менее 3 %).

Грунты, состоящие из отложений частиц органического вещества, зани­мают особое место. К ним относятся различные виды торфяно-болотных и илистых грунтов, которые различают­ся по влажности, составу и происхож­дению.

Механические свойства грунтов в большой степени зависят от их влаж­ности. При незначительном увлажне­нии связных грунтов вода находится в них в виде тонких пленок или запол­няет тончайшие волосяные промежут­ки между частицами. В таком состоя­нии она малоподвижна, слабо испа­ряется и способствует повышению связности грунта.

С повышением содержания воды заполняются более крупные поры грунта и увеличивается толщина водя­ных пленок на его частицах. Превыше­ние определенных пределов влажно­сти, характерных для каждого грунта.

Опорно-сцепная проходимость

Основными параметрами шин, опре­деляющими характер их взаимодей­ствия с опорной поверхностью, явля­ются наружный диаметр и форма по­перечного сечения шины. Шины в за­висимости от отношения ширины про­филя к его высоте делят на четыре типа: тороидные, широ­копрофильные, арочные, пневмокатки.

Тороидные шины с нерегулируемым давлением устанавливают обычно на дорожных автомобилях. Радиальная деформация их под номинальной на­грузкой не превышает 12… 15 % высоты профиля. Поэтому опорная площадь небольшая и соответственно давление относительно высокое. Рисунок протек­тора, как правило, дорожный, мелкий. Такие шины на деформируемых грун­тах не обеспечивают высокой проходи­мости автомобиля.

В настоящее время изготовляют то­роидные шины, способные работать при переменном давлении (шины с ре­гулируемым давлением). Эти шины, установленные на автомобилях повы­шенной проходимости, обеспечивают их движение по грунтам со слабой несу­щей способностью.

Широкопрофильные шины первона­чально создавались как специальные шины для автомобилей повышенной и высокой проходимости. При нормаль­ном давлении воздуха опорная пло­щадь у широкопрофильных шин на 30…35 % больше, чем у тороидных та­кой же грузоподъемности. При пони­жении давления опорная площадь увеличивается более чем в два раза. Ри­сунок протектора характерен для шин высокой проходимости. В последнее время широкопрофильные шины при­меняются также и для дорожных лег­ковых и грузовых автомобилей. Такие шины работают при постоянном давле­нии воздуха в них. Рисунок протекто­ра — дорожный.

Арочные шины имеют профиль в виде арки и сильно разви­тые грунтозацепы. Работают при по­стоянном давлении воздуха 0,05…0,15 МПа. Это позволяет обеспечить отно­сительно низкое давление на грунт и хорошее сцепление колес. Скорость движения автомобилей по твердым до­рогам ограничена. Такие шины применяют в основном как средство для по­вышения проходимости автомобилей в определенные сезоны года, устанав­ливая их вместо сдвоенных колес.

Пневмокатки — спе­циальные шины, имеющие тонкую резинокордную оболочку и работающие при малом внутреннем давлении воз­духа (0,02…0,1 МПа). Применяются только на специальных машинах, пред­назначенных для движения в особо трудных условиях.

Наиболее труднопроходимые для автомобиля грунтовые и заснеженные поверхности в первом приближении мо­гут быть сведены к четырем видам, различным по физико-механическим свойствам и характеру взаимодействия с движителем: переувлажненный грунт, болото, сухой песок, снег.

Движение по переувлажненному грунту сопровождается образованием колеи, глубина которой оказывает не­посредственное влияние на сопротивле­ние качению. Из формулы следу­ет, что глубина колеи зависит от диа­метра колеса, ширины профиля и нагрузки на колесо. Этими парамет­рами определяется среднее давление колеса на грунт. Если бы шина была абсолютно эластичной, давление коле­са на грунт определялось бы давлением воздуха в шине. Поскольку часть нагрузки передается через каркас шины, давление на грунт зависит от соотно­шения жесткости шины и грунта.

Если жесткость шины больше, чем жесткость грунта, она будет погружать­ся в грунт не деформируясь, т. е. пнев­матическая шина будет работать как жесткое колесо. Если же жесткость шины меньше жесткости грунта, шина деформируется. Это приведет к увели­чению поверхности контакта шины с грунтом, уменьшению на него давления и сопротивления качению. На дефор­мируемых грунтах площадь опорной поверхности может быть увеличена за счет увеличения ширины шины и ее диаметра и уменьшения давления воз­духа в ней. Наиболее предпочтитель­ным является увеличение диаметра ко­леса и снижение внутреннего давления в шине, так как с увеличением ее ши­рины растет объем деформируемого грунта и тем самым увеличивается сопротивление качению. Поскольку при уменьшении давления воздуха в шине площадь контакта растет в большей степени по длине, для повышения про­ходимости автомобиля целесообразно применять шины, давление воздуха в которых можно уменьшать при движе­нии по деформируемым поверхностям.

Как следует из формулы, ко­эффициент сопротивления качению по деформируемым грунтам определяется гистерезисными потерями энергии в шине и затратами ее на перемещение и деформацию грунта. Минимальное сопро­тивление качению соответствует опре­деленному давлению воздуха в шине. При увеличении давления воздуха в шине свыше этого значения сопротив­ление качению возрастает из-за увеличения глубины следа (колеи), а при уменьшении — из-за большой деформа­ции шины.

Очевидно, что для каждого типа и состояния грунта может быть найдено оптимальное давление воздуха в шине, при котором сопротивление качению будет минимальным. Оптимальное дав­ление обеспечивается при установке на автомобилях повышенной и высокой проходимости систем регулирования давления воздуха в шинах.

Возможность движения по дефор­мируемым грунтам определяется так­же реализуемой окружной силой, мак­симальное значение которой по анало­гии со случаем качения колеса по недеформируемой поверхности будем характеризовать коэффициентом сцеп­ления.

При движении по связным грунтам ко­эффициент сцепления в значительной степени зависит от давления воздуха в шине, размеров и формы грунтозацепов. С уменьшением давления в шине увеличивается площадь контакта и большее число грунтозацепов вступает в работу. Форма грунтозацепов оказы­вает влияние на сцепление, самоочищаемость и эластичность шины.

При грунтозацепах с наклон­ной упорной поверхностью повышается уплотнение грунта между ними, вслед­ствие чего возрастает сопротивление грунта срезу. Сужение грунтозацепа к вершине, а также расположение грун­тозацепов под углом 45° к продольной оси шины способствует самоочищаемости протектора и обеспечивает хорошее сцепление ее с грунтом во всех направ­лениях.