Роль дорожных покрытий в обеспечении сцепления автомобильных шин и сопротивления качению

Взаимодействие автомобильного колеса с покрытием дороги

Указанное взаимодействие можно характеризовать следующими основными показателями: размером нагрузки; средним давлением по площади отпечатка колеса; частотой приложения нагрузки; прогибом (деформацией покрытия l); сопротивлением качению; сцеплением колеса с покрытием и др. Нормальная реакция дороги К = Q, приложена в центре следа колеса. В этом случае взаимодействие автомобиля с дорогой можно характеризовать нагрузкой Q, площадью отпечатка колеса S, средним контактным давлением p = Q/S. в расчетах принимают круглую с приведенным по площади отпечатка диаметром . При движении ведущего колеса на него действует крутящий момент М_к, вызывающий в плоскости следа окружную силу (силу тяги) Р_к, направленную в сторону, обратную движению, Р_к= М_к/r_к

Сцепление шин с покрытием

T = φ_тR Зависимость коэффициента сцепления от скоростиφ_v= φ₆₀ – β_φ (v - 60).Рисунок, площадь протектора и степень его изношенности значительно влияют на коэффициент сцепления колеса автомобиля с покрытием. Движение автомобиля возможно, если сила сцепления в зоне контакта равна или больше силы тяги (Т ≥ R_к), а сила тяги больше суммы дорожных сопротивлений (ΣP_д). Тогда основное уравнение движения основное условие движения примет вид mφ ≥ f ± i ± j_у + f_в,где i – уклон, ⁰/₀₀; j_у – коэффициентудельной силы ускорения; f_в – удельноесопротивление воздушной среды на единицумассы автомобиля.

Сопротивление качению

На горизонтальном участке основная часть силы тяги расходуется на преодоление сил сопротивления качению F,которые оцениваются затратой энергии на деформирование l дорожной конструкции и сжатие шины и. одна из задач дорожной службы – создать такие дорожные одежды и покрытия, при которых F была бы наименьшей. f= F/Q. f = e/r_к, f =( P_к ± Qi)/Q Сила F зависит от колесной нагрузки Q, давления воздуха в шинах p_в, размеров колес и эластичности шин, скорости движения, прочности одежды, ровности покрытий и служит важной характеристикой взаимодействия автомобиля с дорогой. На ровных покрытиях сопротивление качению снижается с возрастанием давления воздуха в шине и прочности дорожных одежд

Роль дорожных покрытий в обеспечении сцепления автомобильных шин и сопротивления качению

Анализ взаимодействия автомобиля с дорогой служит основой для разработки требований к прочности дорожной одежды, ровности покрытия, коэффициенту сцепления, параметрам шероховатости и состоянию поверхности. Несмотря на большое влияние сопротивления качению на режим движения автомобиля, расход топлива, себестоимость перевозок и даже на назначение продольного уклона дороги, не разработаны требования к допустимому размеру коэффициента сопротивления движению для покрытий. Сложной технико-экономической задачей является назначение требований к допустимому размеру коэффициента сцепления и параметрам шероховатости. Обеспечения сцепных качеств и регулирования шероховатости достигают в основном путем назначения крупности щебня и ужесточения требований к его прочности, микрошероховатости, сопротивлению износу (истираемости) и шлифуемости в процессе эксплуатации. Однако все это приводит к увеличению расхода высокопрочных каменных материалов и битума или специального модифицированного вяжущего. Кроме того, на крупношероховатой поверхности увеличивается шум от автомобилей и сопротивление качению. При назначении требований к сцепным качествам покрытий и их шероховатости важное значение имеют погодно-климатические условия. Высокая шероховатость нужна только для обеспечения сцепных качеств на мокром покрытии. Мокрое состояние покрытия колеблется от 10 % годовой продолжительности для районов с жарким сухим климатом до 35% для районов с влажным умеренным климатом. Это значит, что в течение 65-90% времени крупношероховатая поверхность бесполезна, поэтому требования к шероховатости покрытий дифференцируют с учетом региональных климатических условий. Требования к коэффициенту сцепления и параметрам шероховатости установлены правилами содержания и ремонта автомобильных дорог. Разница коэффициента сцепления по ширине проезжей части не должна превышать 0,1, а между коэффициентом сцепления покрытия и укрепленной обочины - не превышать 0,15. Эти требования исходят из необходимости предотвратить разворот автомобилей при резком торможении

5.Шероховатость покрытия.Шероховатой называют поверхность дорожного покрытия, образуемую равномерно чередующимися выступами скелетных частиц и впадинами между ними. Увеличение шероховатости покрытия приводит к росту коэффициента сопротивления качению в среднем на 4% на 1 мм высоты неровностей шероховатости на асфальтобетонных покрытиях и на 13% на цементобетонных. Макрошероховатость – неровности поверхности покрытия длиной волны от 2 до 100 мм (в зависимости от диаметра шины) и высотой от 0,2 до 10 мм. Эти неровности создаются выступающими частицами каменного материала покрытия или в результате обработки его поверхности (нарезка бороздок). Микрошероховатость – собственная шероховатость частиц каменного материала, образующего неровности. Длина волны микрошероховатости менее 2-3 мм, а высота менее 0,2-0,3 мм. Поверхность покрытия может быть крупношероховатой (выступы более 2 мм), средне-шероховатой (выступы 1-2 мм), мелкошероховатой типа наждачной бумаги (выступы 0,3-1,0 мм) и гладкой (выступы менее 0,3 мм). На мокрых, грязных или заснеженных покрытиях сцепные качества снижаются особенно с увеличением скорости. В этом случае не помогает даже макрошероховатость, поскольку грязь или снег забивают впадины между выступами, и поверхность мало отличается от гладкой поверхности. На сцепные качества покрытия влияет температура воздуха t_в. Возрастание температуры способствует снижению вязкости битума в асфальтобетоне, что снижает сопротивление поверхности тормозной силе.