Meloci.ru

На каком покрытии сцепление шин с дорогой будет хуже

Факторы, влияющие на степень сцепления колеса с дорогой

факторы, влияющие на степень сцепления колеса с дороГОЙ

, научный руководитель, старший преподаватель

Вологодский государственный технический университет

В 2012 году на территории Вологодской области недостатки состояния дорог (неровности, низкие сцепные качества) стали сопутствующими причинами 22,4 % всех ДТП. По данным ГИБДД 63 человека погибли, 573 травмированы.

Цель исследования: установить факторы, влияющие на сцепные качества покрытий автомобильных дорог.

Для обеспечения безопасного движения транспорта важное значение имеет степень сцепления колеса автомобиля с покрытием. Этот показатель характеризуется коэффициентом сцепления φ, который определяется отношением силы тяги (сцепления) к весу машины.

(1)

где Fсц – сила сцепления между шинами транспортного средства и поверхностью дороги; N- вес автомобиля. Коэф­фициент сцепления φ носит переменный характер. Причины: разное давление в шине, разная гладкость покрытия, разная температура и т. д. Предельно допустимое значение коэффициента продольного сцепления ус­тановлено в ГОСТ Р 50[1] и со­ставляет 0,3 при измерении шиной без рисунка протектора и 0,4 при измерении шиной, имеющей рисунок протектора.

Коэффициент сцепления изме­няется в зависимости от погоды, от самого покрытия, от его состояния. Так, на том же пыльном асфальтобетоне, смо­ченном первыми каплями дождя, он резко (в два-три раза) падает. Когда же дождь основательно отмоет дорогу, то он возрастает до 0,45-0,55, что по­зволяет сравнительно уверенно вести машину. Грунтовым (плотным, сухим) дорогам соответствует коэффициент сцепления до 0,5-0,6, смоченным дождем – 0,15- 0,3, то есть они становятся почти та­кими же скользкими, как лед. Песчаные дороги интересны тем, что в большин­стве случаев создают лучшее сцепление, будучи смочены, – до 0,4-0,5 (у сухих 0,2-0,4). Снежная целина может обе­спечить коэффициент сцепления 0,2- 0,4, а укатанная дорога – уже 0,2-0,25.

На коэффициент сцепления также оказывает влияние скорость движения транспортного средства (рис.1). С увеличением скорости движения φ снижается.

При увеличении давления воздуха в шинах φ первоначально повышается, затем начинает убывать. С увеличением температуры шины сцепление на бетонных поверхностях несколько ухудшается, а на асфальтобетонных – улучшается. Коэффициент сцепления также зависит от вида материала (шины из высокогистерезисных резин обеспечивают больший φ).

Существуют мифы: чем шире шина, тем больше площадь пятна контакта шины с дорогой и тем лучше сцепление; если машина тормозит не прямо, а боком, то тормозной путь будет короче, потому что шире пятно контакта. Это не так. Тормозной путь находится по формуле:

(2)

Как видно, тормозной путь не зависит от ширины профиля шины и площади пятна контакта шины с дорогой. В этой формуле есть единственный «представитель» от шины – это коэффициент трения, который зависит от природы соприкасающихся тел. Сила трения сцепления в отсутствии адгезии определяется формулой:

(3)

Из формулы видно, что площадь пятна контакта в силу трения покоя вклада не вносит, как и в длину тормозного пути. Формулу (3) можно переписать иначе, с учетом площади пятна контакта и отразить влияние пятна на давление. Давление тела на опору равно весу тела, деленному на площадь контакта:

(4)

где P – давление машины на дорогу, N = mg – вес машины.

Тогда отсюда можно выразить вес через давление:

(5)

Теперь, если подставить «N» в (3), получим:

(6)

Подставляем в формулу (6) выражение (4), получим:

(7)

Тогда площадь мы успешно сокращаем и приходим к формуле (3) и силе сцепления, не зависящей от площади пятна контакта.

Таким образом, выявлены факторы, существенно влияющие на сцепные качества покрытий автомобильных дорог: скорость движения транспортных средств, состав резиновой смеси протектора, давление в шинах. Сцепление шины с дорогой не зависит от ширины шины, площади пятна контакта. Сцепление шины с дорогой — основа безопасного вождения, чем оно выше, тем безопаснее вести машину.

1. ГОСТ Р 50597 – 93. Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения. – Введ. .- М.: изд-во Госстандарта России. -№ 000

Определение коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием

Устойчивость и управляемость автомобиля, его тяговые свойства и тормозные характеристики в значительной степени определяются сцеплением шины с дорогой.

Коэффициент сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием – это показатель, характеризующий сцепные свойства дорожного покрытия, определяющийся как отношение максимального касательного усилия, действующего вдоль дорожного покрытия на площади контакта испытательной установки с дорожным покрытием к нормальной реакции в площади контакта испытательной установки с дорожным покрытием.

Испытания коэффициента сцепления проводятся по ГОСТ 33078-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Методы измерения сцепления колеса автомобиля с покрытием».

Существует два основных метода определения коэффициента сцепления дорожного покрытия.

  1. С помощью испытательной автомобильной установки, включающей в себя прибор контроля коэффициента сцепления дорожных покрытий типа ПКРС.
  2. С использованием портативного прибора ППК-МАДИ-ВНИИБД или его аналогов. (В основном на участках автомобильных дорог, где невозможно обеспечить скорость движения испытательной установки равную (60±2) км/ч)

Рассмотрим каждый из них.

  1. Определение коэффициента сцепления с использованием автомобильной испытательной установки типа ПКРС.

Сцепление колеса автомобиля с покрытием характеризуется значением показателя коэффициента сцепления, определяемого при полной блокировке испытательного колеса (ИКС) на предварительно смоченной поверхности покрытия автомобильной дороги при стандартных условиях, с последующим вычислением отношения полученного значения касательного усилия к значению нормальной реакции дорожного покрытия.

Измерения проводят при температуре окружающего воздуха в диапазоне от 5°С до 40°С. Поверхность автомобильной дороги перед измерением должна быть сухой. При наличии на дорожном покрытии каких-либо загрязнений (песок, мелкий гравий, грунт и т.д.) необходимо сделать соответствующую отметку в протоколе измерений.

Читать еще:  Какое давление должно быть в шинах тойота ярис

Проведение измерений во время дождя или тумана не допускается.

При проведении измерений на каждом измерительном участке выполняются следующие операции:

а) определяется температура окружающего воздуха и дорожного покрытия;

б) испытательная установка разгоняется до скорости равной (60±2) км/ч и скорость поддерживается на протяжении всего интервала измерения;

в) включается подача воды на дорожное покрытие перед испытательным колесом;

г) производится блокировка колеса с шагом не менее 0,2 с в интервале времени не менее чем 3,0 с, имитируя торможение автомобиля;

д) после проведения измерений блокировка колеса прекращается и отключается подача воды.

На автомобильных дорогах, находящихся в эксплуатации, измерения проводят при движении испытательного колеса по полосе наката левых колес транспортных средств, использующих данную полосу движения, а на дорогах с вновь устроенным покрытием – в пределах всей ширины полосы движения.

Минимальная длина участка автомобильной дороги, на котором возможно применение прибора типа ПКРС из условий безопасности с учетом разгона и полной остановки должна составлять 300 м.

Силу сцепления на измерительном участке рассчитывают, как среднеарифметическое сил сцепления, полученных по результатам измерения на данном участке.

  1. Определение коэффициента сцепления с использованием портативного прибора ППК-МАДИ-ВНИИБД.

Места проведения измерений и схема организации движения на время проведения измерений согласовываются с органами, ответственными за организацию безопасности дорожного движения.

Перед началом проведения измерений проводится подготовка испытательной установки в соответствии с рекомендациями компании-изготовителя.

При выполнении измерений выполняют следующие операции:

а) измеряют температуру окружающего воздуха;

б) устанавливают прибор в точке измерения коэффициента сцепления;

в) фиксируют груз прибора в верхнем положении;

г) увлажняют дорожное покрытие водой по траектории движения имитаторов, из расчета от 0,15 до 0,25 л под каждый имитатор;

д) сбрасывают груз на тяги прибора;

е) по измерительному кольцу на шкале прибора фиксируют значение коэффициента сцепления;

ж) выполняют действия по перечислениям в)-е) не менее четырех раз.

При наличии на автомобильной дороге двух или более полос в одном направлении движения, измерения поводят по каждой из них.

Результат первого измерения в точке исключается из расчетов, а нагружения считается пробным. Коэффициент сцепления в точке измерения вычисляют как среднее арифметическое значение результатов не менее чем трех измерений.

Результаты измерений оформляют в виде протокола, который содержит:

– наименование организации, проводившей измерения;

– название автомобильной дороги;

– привязку к километражу;

– номер полосы движения;

– дату и время проведения измерений;

– температуру воздуха и дорожного покрытия в период проведения измерений;

– скорость транспортного средства при проведении измерений;

– значение коэффициента сцепления;

– состояние дорожного покрытия;

– ссылку на ГОСТ 33078-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Методы измерения сцепления колеса автомобиля с покрытием».

На каком покрытии сцепление шин с дорогой будет хуже

В прошлом посте, мы отчаянно разбирали вопрос держака и немного коснулись темы коэффициента сцепления и его поведения.

Вкратце — было сказано что коэффициент трения падает при росте нагрузки на колесо, и в видео была отсылка к другому ролику канала Engineer Explained — в котором объяснялось, почему это так. Нам стало интересно и мы решили перевести и его:

Текстовая версия и небольшое дополнение — под катом:

Всем привет и добро пожаловать!

Сегодня я собираюсь обсудить чувствительность шин к нагрузке, и это действительно крутая тема, ведь это одна из причин, объясняющая почему инженерам нравится использовать распределение веса 50/50 или близкое к нему в автомобилях, а также почему вы предпочитаете использовать более широкие шины для лучшей управляемости. Это, конечно, не единственная причина, почему вес распределяют в соотношении 50/50 или почему более широкие шины обеспечивают лучшую управляемость, но это одна из них, и ее часто неправильно понимают. Поэтому я решил потратить немного времени, разобраться и объяснить, как всё работает.

Итак, во-первых, мы собираемся начать с великого уравнения F = Мu * N, которое говорит:

Если у вас есть коробка, лежащая на поверхности, есть определенный коэффициент трения между коробкой и поверхностью, а у коробки постоянная масса, то вы получаете силу реакции опоры, направленную в противоположное весу направление и эквивалентную весу этой коробки – а для того, чтобы переместить коробку, вам придется преодолеть трение, и сила трения эквивалентна коэффициенту трения, умноженному на силу реакции опоры.

Я часто использовал этот пример в моих видео, которые многие из вас, вероятно, уже видели, или просто слышали об этой формуле раньше, но одно из явлений, о котором я вам расскажу, называется чувствительностью шины к нагрузке.

И я хочу рассказать вам о том, что когда сила реакции опоры увеличивается, коэффициент трения уменьшается. И зная об этом, вы бы никогда не сказали, что:

«Окей, это означает, что если у меня есть машина, которая весит 2000 фунтов или 4000 фунтов, она сможет пройти один и тот же поворот одинаково, потому что за счет увеличения веса, увеличится и сила реакции опоры, и следовательно, увеличится сила трения»

Это не обязательно так, потому что коэффициент трения уменьшается с увеличением действующей силы. Здесь изображена диаграмма, где видно, что коэффициент трения будет оставаться относительно стабильным, пока не достигнет определенной точки, после которой он начнет уменьшаться при дальнейшем увеличении силы реакции опоры.

Итак, вернёмся к примеру — если у меня есть машина, которая весит 2000 фунтов, коэффициент трения равен единице, и я принимаю, что тормоза не являются ограничивающим фактором — то есть если я нажму на тормоза, эта машина сможет остановиться с ускорением в 1g. Две тысячи фунтов силы делятся на две тысячи фунтов массы автомобиля — это 1g.

Читать еще:  Как выбрать шину для бензопилы хускварна

Теперь, если я возьму ту же машину и прибавлю к ней две тысячи фунтов – теперь масса машины в примере четыре тысячи фунтов – я бы не смог остановить ее с точно таким же ускорением в 1g. На точно таких же шинах, с точно таким же распределением веса, как и раньше, но я просто добавил две тысячи фунтов. Автомобиль будет останавливаться немного медленнее, хотя мы и приняли, что тормоза будут также эффективны, как и раньше. А причина в том, что этот коэффициент трения будет меньше.

Так какие выводы мы можем сделать, зная этот факт?

Это говорит нам о том, что если у вашей машины четыре равномерно нагруженные шины, то она будет останавливаться быстрее, ускоряться быстрее, сможет удерживать более высокое боковое ускорение и будет лучше во всех отношениях, чем автомобиль, шины которого нагружены неравномерно.

Итак, как я уже говорил ранее, распределение веса 50/50 дает по 50 процентов веса спереди и сзади, поэтому, когда вы проходите поворот, у вас будет больше распределенной нагрузки, так что вы сможете пройти поворот быстрее, потому, что вес распределён равномерно по всем шинам, и нет какой-либо перегруженной покрышки, коэффициент трения которой, вследствие этого, уменьшается.

Конечно, вы спросите, почему, почему это так, и это очень сложный вопрос. Его довольно сложно объяснить, и по нему не так много хорошей информации, но я кажется раскопал кое-что и постараюсь объяснить вам как можно лучше. По сути, уменьшение коэффициента сводится к свойству резины, называемому вязкоупругостью, и отчасти это касается того, как работает резина. Поэтому давайте проработаем здесь основные моменты.

Итак, что же у нас происходит — есть пятно контакта на земле от веса нашего автомобиля, и когда мы увеличиваем вес автомобиля, оставив при этом те же шины, пятно контакта не сильно изменится под нагрузкой. Да, шины немного деформируются в контакте с дорогой, и получится немного большая площадь поверхности, но в целом относительный размер пятна контакта увеличится незначительно.

Далее, по мере роста нагрузки на пятно контакта, давление на нем тоже увеличивается. Нагрузка увеличивается, площадь пятна контакта не изменяется – поэтому давление в пятне контакта растет. Так как давление повышается, то способность резины сопротивляться трению сдвига уменьшается и это означает, что и коэффициент трения будет уменьшаться, так как уменьшается сопротивление трению сдвига. Так что в таком состоянии шина больше подвержен а срыву, а не изменению формы под профиль дороги.


Далее идет «обьяснение на пальцах» поэтому его лучше смотреть на видео

В качестве примера я использую резинку. Подумайте о ней, как о теле, состоящем из длинных цепочек молекул, и все эти молекулы перепутаны и сшиты друг с другом. Когда я растягиваю резинку, они тоже растягиваются, а затем стягиваются вместе.

Таким образом, свойства этих полимерных цепей меняются в зависимости от напряжения и нагрузки, которые вы на них оказываете. Итак, когда я растягиваю резинку, эти полимерные цепи растягиваются, а когда отпускаю, они возвращаются к своему устойчивому состоянию. Рассмотрим начало процесса, когда я только начинаю натягивать эту резиновую полосу — происходит упругая деформация, где на самом деле ничего не разрывается, и ничего плохого не происходит — резинка может вернуться в исходное положение точно туда, где она была раньше, однако, если вы продолжите натягивать ее, вы увидите, что эти полимерные цепи в ее структуре теперь чрезвычайно растянуты и они становятся намного тоньше. Так что теперь меньшее количество этих молекул сопротивляются при растяжении, потому что теперь в структуре стало меньше самих полимерных цепей, и это означает, что они менее устойчивы к деформации.

Как раз то, о чем я говорил ранее — сопротивление резины к трению уменьшается, и сопротивление к сдвигу становится меньше, здесь тоже самое.

В этом месте становится меньше резины, поэтому меньше устойчивости к растяжению, что в итоге приводит к пластической деформации.

Теперь, если вернуться к шине, то этот процесс больше похож на сжатие, и если я действительно сильно начну сжимать резинку — я начину растягивать эти полимерные цепи, а это приводит к тому, что они становятся настолько тонкими, что перестают сопротивляться деформации и начинают обрываться.

Так что если мы вернемся к шине, когда вы сжимаете резину, она начинает выдавливать сама себя, что ведет к утончению полимерных цепей в ней и они начинают обрываться вместо того, чтобы менять свою форму под профиль дороги. Если же вы хотите максимум сцепления, чтобы преодолеть поворот, то вам нужна упругая деформация, которая даст вам максимальный коэффициент трения.

А теперь немного личного мнения

Видео действительно объясняет характер поведения коэффициента трения в зависимости от нагрузки, но только в общих чертах.
Ряд моментов, автор очень сильно упрощает, хотя и общая тенденция — верна.

Здесь не затронута, например, тема влияния проскальзывания на коэффициент трения. Например в этой работе, можно увидеть, что максимальный коэффициент трения M — достигается при некотором проскальзывании шины относительно покрытия. Здесь не объясняется влияние температуры резины на держак и этот коэффициент, и еще много факторов.

Поэтому, если тема резины заинтересовал, есть достаточно много более подробных материалов, обьясняющих, поведение резины:

Цепи и браслеты, спреи и шипы: 6 способов улучшить сцепление шин на зимней дороге

Зима, как известно, в России наступает неожиданно. Как быть, если вы еще не переобули автомобиль в зимнюю резину, а ехать нужно? Мы предлагаем несколько готовых решений, которые позволят даже на летней резине чувствовать себя на дороге более или менее комфортно

Конечно же, первое, что приходит на ум, когда речь заходит о комфортной и безопасной езде в зимних условиях, – это шипованные или фрикционные покрышки. Но зачастую случается так, что вы еще утром приехали на работу по сухому асфальту, а к вечеру ваш автомобиль занесен снегом. Как улучшить сцепление летней покрышки с обледенелой дорогой? Начнем с самого простого.

Читать еще:  Как узнать дату производства шины bridgestone

1. СПРЕЙ ПРОТИВОСКОЛЬЖЕНИЯ

А самое простое – это обработать покрышки специальным составом из баллончика. На чистую покрышку вы распыляете это средство и спустя 3–4 минуты смело отправляетесь в путь. Надо отдать должное, средство действительно работает. Не шипы, конечно, но, по заявлению производителя, сцепление покрышки с обледенелой поверхностью улучшается на 30%. Далеко, разумеется, уехать не получится, но на 25–30 км пути без резких пробуксовок и торможений одной обработки хватить должно. Стоит такой баллончик не так уж дорого, чтобы при случае его купить и положить в багажник. Кстати, неплохо этот спрей действует и с обувью. Вот только использовать его можно в том случае, если вы знаете, что в ближайшее время не сядете за руль. В противном случае подошвы, в прямом смысле, будут прилипать к педалям.

2. БРАСЛЕТЫ ПРОТИВОСКОЛЬЖЕНИЯ

Это приспособление являет собой некий симбиоз цепей противоскольжения и пластиковых хомутов. В свое время кому-то пришла в голову гениальная идея увеличить пластиковый хомут до размеров, при которых его можно будет надеть на колесо и снабдить пластиковыми шипами. Получилось дешево и довольно сердито. В комплекте, как правило, идет двадцать хомутов, то есть по десять на ведущее колесо. Рассекать на оборудованных такими браслетами покрышках по льду, конечно, не получится – вгрызться в лед пластику явно не удастся, а вот по рыхлому или слегка укатанному снегу добраться до чистого асфальта получится вполне. Неплохо такие браслеты работают и в грязи. Так что полезны они будут не только зимой, но и летом. К тому же ставить и снимать их можно несколько раз, конструкция это предусматривает.

3. СИЛИКОНОВЫЕ БРАСЛЕТЫ С ШИПАМИ

Ехать по льду позволяет другое приспособление – силиконовые браслеты с шипами. По сути это вариация на тему тех же цепей, вот только вместо металлических цепей здесь выступает прочный силиконовый чехол с имплантированными в него шипами. Крепление может быть устроено как по принципу браслетов, так и традиционно, с помощью натяжного троса по радиусу колеса. Последнее не очень удобно, зато обеспечивает более плотное прилегание всей конструкции к колесу. Если эта конструкция не снабжена устройством самонатяжения, то останавливаться и проверять крепление рекомендуется через каждые 20–30 минут, а в тяжелых условиях и того чаще. Но зато на таких колесах вы сможете доехать до дома что в снегопад, что по гололеду. Правда, соблюдая определенные ограничения по скорости и маневрированию. Кстати, в отличие от более тяжелых стальных цепей, скорость на мягких может достигать 70–80 км/ч, в то время как на стальных она не может превышать 50 км/ч: большая центробежная сила может сорвать их с колеса и причинить немало хлопот.

4. ЦЕПИ ПРОТИВОСКОЛЬЖЕНИЯ

Нужно сказать, что это приспособление человечеству известно довольно давно. На заре автомобилизации, когда покрышки не имели рисунка и были лысыми, как коленка, продвинутые автомобилисты перед преодолением трудных участков обматывали колеса веревками, тем самым улучшая сцепление с грунтом. Цепи в том виде, как мы привыкли, начали использовать уже во время Первой мировой войны. И вот теперь этот атрибут хорошо знаком как джиперам, так и людям, живущим в местах, где снег на дорогах – не редкость, а постоянная составляющая.

Разновидностей цепей, как правило, всего три: «лесенка», «ромб» и «соты». У каждого типа есть свое предназначение. «Лесенка» – самый простой и предназначен для преодоления небольших участков дороги. «Ромб» обеспечивает более комфортное передвижение по дороге в связи с постоянным контактом цепи с поверхностью дороги, к тому же он лучше сопротивляется боковому сдвигу. Самыми дорогими и самыми прочными – ввиду более плотного переплетения цепи – являются «соты». При правильном подборе к размеру колеса эксплуатировать их можно столь долго, сколько это требуется.

5. СЪЕМНЫЕ ШИПЫ

Да, не так давно на рынке появились и такие средства противоскольжения. Эти шипы, по заявлению производителя, можно ввернуть в любое колесо при наличии соответствующей головки и шуруповерта. Фактически такой шип являет собой саморез, на конце которого вместо шляпки победитовый наконечник. Задумка, конечно, интересная, но есть вопрос, насколько это удобно с точки зрения эксплуатации. Ведь не будете же вы их вворачивать, если вдруг выпал снег и дороги обледенели, и выворачивать, если вышло солнце. Да и прокрутить насквозь можно с непривычки, а это прямая дорога в шиномонтаж. К тому же зимняя резина все же имеет несколько иной состав и рисунок протектора.

6. РЕМОНТНЫЕ ШИПЫ

А вот если у вас в зимней покрышке после долгой эксплуатации стало не хватать нескольких шипов, то на пустующее место можно ввернуть ремонтные. Отличие их от съемных в конфигурации платформы, с помощью которой они держатся в покрышке: вворачиваемая часть имеет тупой наконечник, что не позволяет таким шипам проткнуть покрышку насквозь. В комплекте к ним также идет специальная головка.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector