Часть 1 (содержание) (часть 2) (часть 3)
1 Введение 2 Водитель и дорога 3 Трудный путь автомобиля 4 Сила сопротивления качению 5 Сила инерции 6 "Под гору без хомута, а на гору в три кнута..." 7 Сила сопротивления воздуха 8 Как движется автомобиль 9 Характер движения автомобиля10 Торможение автомобиля11 Тормозной путь. От чего он зависит, как определяется12 Замедление автомобиля
Введение
Решениями XXIII съезда КПСС предусмотрено дальнейшее улучшение использования автомобильного парка нашей страны, снижение себестоимости автомобильных перевозок, повышение удельного веса автопоездов и самосвалов большой грузоподъемности.
Современные советские автомобили обладают хорошими эксплуатационными свойствами: надежностью, высокими скоростями, экономичностью, достаточной грузоподъемностью, хорошей проходимостью, повышенной устойчивостью и т. п.
Грамотное использование автомобиля в процессе вождения в сложных дорожных и климатических условиях, а также по бездорожью позволяет резко увеличить сроки его межремонтных пробегов, повышает производительность, снижает себестоимость перевозок, обеспечивает экономию топлива и смазочных материалов.
Основное внимание в книге уделено вопросам вождения автомобилей и автопоездов в сложных дорожных условиях, рассмотрены особенности движения машин в колонне, в условиях тумана, дождя, ночью, способы буксировки неисправных автомобилей.
Кроме того, в книге освещены некоторые теоретические положения, знания которых поможет водителю в практической работе. Кратко изложены дорожно-климатические условия и основные эксплуатационные свойства автомобилей, наиболее распространенные способы их улучшения.
Даны рекомендации по вождению автомобилей в пустынно-песчаной местности, в горах, по снежному покрову, рассматриваются способы преодоления пашни, луга, брода и т.п.
Пособие предназначено для шоферов-профессионалов и автолюбителей.
Все замечания и пожелания просим присылать в Издательство по адресу: г. Москва, Б-66, ул.Ново-Рязанская, 26.
Водитель и дорога
Год от года в нашей стране расширяется сеть автомобильных дорог. Словно кровеносные сосуды, пронизывают они всю территорию государства. От столицы – его сердца – расходятся главные транспортные артерии, обеспечивая связь с жизненно важными центрами. От них ответвляются республиканские, областные и местные дороги.
Рост автомобильного парка страны выдвигает перед дорожным хозяйством ряд насущных проблем, главные из них – расширение и улучшение дорожной сети. Новые в этой области перспективы открыло Постановление Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР от 5 августа 1968 года о дальнейшем развитии дорожного строительства. Оно определяет комплексное, централизованное решение наиболее важных вопросов. Постановление, в частности, предусматривает разработку генеральной схемы развития автомобильных дорог общегосударственного, республиканского и местного значения, схемы, которая явиться основой будущих пятилетних и ежегодных планов строительства.
Предусматривается ежегодное наращивание темпов строительства дорог с твердым покрытием на 20%. Это значит, что наша страна в ближайшем будущем покроется десятками тысяч километров новых автомобильных магистралей.
Да и сейчас наши дороги уже не те, что были два-три десятка лет назад. Мы имеем превосходные магистрали, усовершенствованные шоссе, улучшенные грунтовые и другие дороги.
Естественно, что хорошие дороги позволяют увеличить грузооборот автомобильных перевозок, снизить себестоимость тонно-километра, сохранить технику от преждевременного износа.
Означает ли все это, что автомобилю не придется двигаться по проселкам, полевым и лесным дорогам, а то и вовсе по бездорожью?
Нет, не означает. Сейчас еще значительная часть местных дорог, обслуживающих сельское хозяйство и другие отрасли, являются труднопроходимыми. Вообще нужно сказать, что характер дорог, особенно грунтовых, может быть изменчивым. На них влияют климатические условия, дождь, снег, туман. Хорошее устойчивое сцепление шин с дорогой в сухую погоду резко изменяется в дождь, снегопад, гололед. Весной и осенью, как правило, снижается несущая способность дорог. Появление ям, выбоин отрицательно влияет на скорость и безопасность движения.
Иначе говоря, дорога как бы ведет автомобиль, держит его в своих "объятиях". И водитель должен всегда ясно представлять, что происходит с автомобилем в тех или иных дорожных условиях. Как поведет себя машина при определенных приемах управления: торможении, маневрировании, разгоне; какие при этом действуют силы между колесами и дорогой; каким образом приемы управления сказываются на устойчивости и управляемости автомобиля на дорогах различного профиля и качества при любых скоростях движения.
Конечно, до конца выяснить все особенности и трудности, которые могут встретиться на дорогах с разным покрытием и на бездорожье, вряд ли удастся, однако наиболее характерные из них рассмотрим в данной книге. Покажем, какие геометрические параметры проходимости автомобиля определяют возможности его использования на дорогах и в различных условиях бездорожья, как правильно выбрать и применить приемы вождения, которые в сложной дорожной обстановке позволят избежать заноса, потери управления, опрокидывания автомобиля или поломки его механизмов и деталей.
Трудный путь автомобиля
Чтобы совершать движение, автомобиль должен преодолеть целый ряд вроде бы невидимых барьеров. К ним относятся: сопротивление дороги качению колес, сопротивление сил инерции при ускорении движения, сопротивление подъема и даже сопротивление воздуха, если при этом развита приличная скорость.
Познакомимся подробнее с теми силами, которые существенно влияют на движение автомобиля.
Сила сопротивления качению
Каждый, вероятно, знает, как легко бежит велосипед по асфальту и какие усилия надо употребить велосипедисту, чтобы проехать по песку или глине. В последнем случае увеличилась какая-то сила, которая препятствует движению, замедляет его. Эта сила и есть сила сопротивления качению. Так и с автомобилем. Он не сможет сдвинуться с места, если не преодолеет сопротивления качению.
Величина сопротивления качению зависит главным образом от веса автомобиля. Чем больше вес автомобиля, тем и сопротивление дороги больше. В этом легко убедиться, если двум-трем человекам попробовать толкать по асфальту автомобиль "Запорожец", полный вес которого составляет 950 кг, и, скажем, автомобиль КрАЗ-256 весом в 21 860 кг. "Запорожец" легко пойдет по дороге, а чтобы сдвинуть с места КрАЗ, усилий этого количества людей недостаточно.
Большое значение для величины силы сопротивления качению имеет вид и состояние дороги. В этом также нетрудно убедиться. Если человек идет по сухой, ровной дороге, он затрачивает меньше энергии, чем при ходьбе, например, по мягкой пахоте. Это происходит потому, что при движении по мягкому грунту совершается дополнительная бесполезная работу по утаптыванию, перемещению и уплотнению грунта. Нечто подобное наблюдается и при движении автомобиля. Когда он движется по грунтовой дороге, то одновременно происходит деформация шин и грунта, и сопротивление качению велико. Колеса при движении по грунтовой дороге уплотняют грунт. Часть грунта при этом расползается по краям колеи, а часть перемещается впереди колес. Происходит трение покрышки о края колеи. И чем колея глубже, тем трение значительнее, тем больше сопротивление качению. Дорога же с асфальтовым покрытием оказывает сравнительно небольшое сопротивление автомобилю, т. к. оно зависит всего лишь от деформации шин.
Величина силы сопротивления качению (обозначим Рк) может быть определена по формуле:
Pк = G∙f ,
где:Pк – сила сопротивления качению в кг;G – вес автомобиля в кг; f – коэффициент сопротивления качению, который учитывает действие сил деформации шин и грунта, а также трение между ними в различных дорожных условиях.
Коэффициент сопротивления качению определяется опытным путем. Его значения для некоторых дорожных условий приведены в таблице 1. Из нее видно, что наибольшее значение коэффициента сопротивления качению – на сыпучих песках и наименьшее – на дороге с асфальтовым покрытием.
Сила сопротивления качению зависит не только от веса автомобиля и дороги, но и от материала и конструкции шин, их состояния. Во время движения автомобиля шины, как правило, деформируются, т. е. отдельные части шины, взаимодействуя с дорогой, прогибаются, внутри шины возникает трение, на преодоление которого и затрачивается часть тяговой силы. Влияние шин на величину силы сопротивления качению рассмотрим более детально в последующих разделах, применительно к свойству и состоянию грунта.
Сила инерции
Второй силой, оказывающей влияние на движение автомобиля, является сила сопротивления разгону, т. е. сила инерции - Ри*.
* Инерция - естественное свойство окружающих нас тел препятствовать любой причине, стремящейся сообщить им движение или изменить состояние движения.
Сила инерции появляется всегда, когда изменяется скорость движения автомобиля. И ее величина тем больше, чем больше общая масса автомобиля. Действует эта сила на все его части, а также на груз и пассажиров. Изменяется в процессе движения автомобиля. Увеличивается скорость движения, увеличивается и сила инерции, препятствуя развитию скорости, т. е. становится силой сопротивления. Для преодоления ее расходуется часть тяговой силы. Следовательно, чтобы максимально использовать тяговую силу автомобиля, особенно при преодолении длинных труднопроходимых участков дороги, необходимо двигаться с равномерной скоростью.
Однако, следует помнить, что в тех случаях, когда автомобиль движется накатом после предварительного разгона или при торможении, сила инерции действует в сторону движения автомобиля, выполняя роль движущей силы. Принимая это во внимание, необходимо преодолевать короткие труднопроходимые участки пути с предварительным разгоном автомобиля.
Величина силы сопротивления разгону зависит от ускорения движения. Чем быстрее разгоняется автомобиль, тем большей становится сила сопротивления. Появление силы сопротивления разгону во всех случаях, исключая трогание автомобиля с места, зависит от действий водителя. Но даже при трогании автомобиля с места меняется величина этой силы. Если автомобиль трогается с места плавно, то сила это почти неощутима, а при резком трогании она может достигнуть величины, превышающей тяговую силу. Это, как правило, ведет к буксованию колес или остановке автомобиля. Водитель должен принять меры, чтобы устранить эту силу.
"Под гору без хомута, а на гору в три кнута..."
Немало подъемов и спусков приходится встречать автомобилю в пути. Обычно спуск преодолевается без особых трудностей, т. к. движение осуществляется под влиянием собственного веса автомобиля. Совсем иное дело на подъеме. Тут нужны усилия. Это объясняется следующим. Если автомобиль движется по хорошей, ровной дороге, его вес непосредственного сопротивления движению не оказывает. При движении же в гору одна часть веса автомобиля (сила тяжести) прижимает его колеса к дороге, а другая – препятствует движению на подъем. Силу тяжести, которая оказывает сопротивление движению на подъем, принято называть силой сопротивления подъему (Рп) (рис. 2). Та же самая сила при движении автомобиля под уклон действует иначе, а именно: в сторону движения и способствует движущей силе. В этом случае автомобиль движется под влиянием собственного веса.
При движении по пересеченной местности сила сопротивления подъему может оказаться довольно значительной. Величина силы сопротивления подъему зависит от веса автомобиля и крутизны преодолеваемого подъема. Ее можно подсчитать как произведение:
Pn = G∙i ,
где:Pп – величина силы сопротивления подъему в кг;G – вес автомобиля в кг;i – продольный уклон дороги, т. е. крутизна подъема дороги, i = H/S
Силу сопротивления подъему можно объединить в одну общую силу с силой сопротивления качению, т. к. они обе зависимы от профиля и качества дороги. Эту общую силу принято называть силой сопротивления дороги и обозначают Рд. Она равна:
Рд = Рк + Рn = G∙f + G∙i = G (f + i) ,
где:f – коэффициент сопротивления качению, который учитывает действие сил деформации шин и грунта, а также трение между ними в различных дорожных условиях.
Чтобы оценить влияние продольного уклона дороги и коэффициента сопротивления качению на величину силы сопротивления дороги, рассмотрим пример.
Автомобиль движется по сухой булыжной мостовой, где величина коэффициента сопротивления качению f = 0,05; а продольный уклон дороги i = 0,06, тогда сила сопротивления дороги равна:
Рд = G (f +i) = G (0,05 + 0,06) = 0,11 G ;
или при исчислении в процентах составляет 11% от веса груженного автомобиля.
Если совершается движение по дороге с этим же продольным уклоном, но по снежной целине, где коэффициент сопротивления качению f = 0,3, то величина силы сопротивления дороги значительно увеличивается и будет равна:
Рд = G (0,3 + 0,06) = 0,36 G ;
или при исчислении в процентах составляет 36% от полного веса автомобиля. Из этого видно, что сопротивление движению автомобиля по бездорожью очень велико. На его преодоление и затрачивается в основном энергия двигателя.
Сила сопротивления воздуха
При движении автомобиля на него оказывает сопротивление и воздушная среда. Сила сопротивления воздуха зависит главным образом от скорости движения автомобиля, его обтекаемости, поперечных размеров, плотности воздуха.
Силу сопротивления воздуха Рв можно выразить следующей формулой:
Рв = K∙F∙V2/13 (кг),
где:Рв – сила сопротивления воздуха в кг;К – коэффициент сопротивления воздуха в кг/м2. Он определяется в основном обтекаемостью автомобиля: чем лучше обтекаемость, тем К меньше;F – лобовая площадь автомобиля в м2, представляющая собой площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную его продольной оси;V – скорость автомобиля в км/час.
Значение лобовых площадей F автомобилей и коэффициентов сопротивления К приведены в таблице 2.
В случае перевозки груза, габариты которого изменяют форму и лобовую площадь автомобиля, сопротивление воздуха увеличивается. Чтобы уменьшить силу сопротивления воздуха для грузовых автомобилей, рекомендуется груз в кузове автомобиля надежно затягивать брезентом. Это позволяет снизить силу сопротивления воздуха на 20-25%. Для автомобилей, имеющих небольшую скорость движения, сила сопротивления воздуха очень мала и практически не учитывается.
Водителю необходимо помнить, что заметное влияние на увеличение сопротивления воздуха оказывает буксировка прицепов. Установлено, что сопротивление воздуха зависит от расстояния между автомобилем-тягачом и прицепом. С увеличением этого расстояния увеличивается и сопротивление воздуха.
Как движется автомобиль
Для преодоления всех сил, препятствующих движению автомобиля, имеется мощный источник энергии – двигатель. В результате его работы возникаемый крутящий момент передается через силовую передачу и полуоси на ведущие колеса автомобиля. Вращению ведущих колес препятствует сила трения, которая появляется между поверхностью дороги и колесами.
Вращаясь, ведущие колеса создают кружные силы, которые действуют на дорогу, стремясь как бы отбросить ее назад. Дорога, в свою очередь, оказывает равное противодействие на колеса. Это противодействие (продольная реакция) и вызывает движение автомобиля.
Силу, которая приводит автомобиль в движение, называют силой тяги и обозначают Рт.
Однако, чтобы неподвижный автомобиль привести в движение, одной силы тяги еще недостаточно. Обязательным условием движения автомобиля является трение между колесами и дорогой. Если трения не будет, то дорога не сможет "толкать" автомобиль вперед. Это видно из следующего примера. На мокром асфальте или обледенелой дороге иногда приходится наблюдать, как колеса быстро вращаются, буксуют, а автомобиль между тем не трогается с места. Если это происходит на мягком грунте, то колеса отбрасывают землю назад и под ними образуются колеи. Автомобиль сможет начать движение лишь тогда, если под колеса подложить ветки, доски, а мокрый асфальт и обледенелую дорогу посыпать песком, золой. В результате этого между колесами и дорогой образуется достаточная сила трения, колеса хорошо "сцепляются" с дорогой.
Значит, автомобиль сможет двигаться лишь при условии хорошего сцепления ведущих колес с поверхностью дороги.
В свою очередь, сила сцепления колес с дорогой зависит от сцепного веса автомобиля, т. е. вертикальной нагрузки на ведущих колесах. Чем больше вертикальная нагрузка действует на ведущие колеса, тем больше и сила сцепления. Важное значение для сцепления имеют тип и качество дороги, шин и их состояние.
Для оценки влияния поверхности дороги на силу сцепления принят коэффициент сцепления, который подсчитывается по формуле:
φ = Рсц/Gсц ,
где:φ – коэффициент сцепления;Рсц – сила сцепления ведущих колес в кг;Gсц – сцепной вес автомобиля в кг.
Значение коэффициента сцепления изменяется в зависимости от типа дороги, ее состояния и шин (см. таблицу 3). Чем лучше дорога и рельефнее рисунок протектора шин, тем выше коэффициент сцепления.
Итак, мы рассмотрели, что тяговая сила находится в зависимости от надежности сцепления ведущих колес с дорогой. Однако величина силы зависит и от крутящего момента двигателя, особенностей трансмиссии автомобиля.
Сила тяги должна быть достаточно большой, чтобы преодолеть все сопротивления, которые приходится встречать автомобилю, особенно при движении в тяжелых дорожных условиях.
Характер движения автомобиля
Соотношения между силой тяги и силами сопротивления определяют характер движения автомобиля.
В тех случаях, когда скорость автомобиля постоянная, тяговая сила равняется сумме сил сопротивления движения. При увеличении тяговой силы путем большого открытия дроссельной заслонки карбюратора или переключением передачи на более низкую, автомобиль будет двигаться с ускорением. Это произойдет потому, что избыточная тяговая сила преодолеет силу инерции и сообщит автомобилю ускорение.
Но может случиться так, что при движении автомобиля в сложных дорожных условиях, сумма всех сил сопротивления превысит тяговую силу, тогда движение автомобиля будет замедленным и автомобиль может остановиться, если водителю не принять необходимых мер.
Бесспорно, чтобы обеспечивать высокую проходимость автомобиля в различных дорожных условиях, необходимо добиться всеми средствами, чтобы тяговая сила была больше сил сопротивления движению.
Предельное условие проходимости автомобиля, при котором обеспечивается равновесие между силой тяги и силами сопротивления движению можно выразить формулой:
Рт = Рк + Рп + Ри + Рв ,
где:Рт – сила тяги;Рк – сила сопротивления качению;Рп – сила сопротивления подъему;Ри – сила инерции;Рв – сила сопротивления воздуха.
Эта формула носит название уравнения тягового баланса и позволяет установить, как тяговая сила распределяется по различным видам сопротивления.
Напомним, что тяговой баланс существенно зависит от конструктивных особенностей автомобиля, но не меньшее значение для обеспечения тягового баланса имеет и мастерство вождения, особенно при движении по бездорожью и на труднопроходимых участках дорогах. Об этом подробно будет сказано ниже.
Торможение автомобиля
Современные автомобили обладают высокими скоростями движения. Поэтому для быстрой и безопасной остановки машины необходимы исключительно надежные и всегда исправно действующие тормоза. Чем надежнее тормоза, тем быстрее можно уменьшить скорость движения вплоть до полной остановки. Кроме того, зная что тормоза не подведут, водитель может смело ехать на большой скорости. Следовательно, интенсивность торможения автомобиля оказывает большое влияние на среднюю скорость перевозки грузов и пассажиров.
Суть торможения автомобиля состоит в том, что вся развиваемая им при движении кинетическая энергия, превращается вследствие трения в тепло. При торможении трение возникает между обшивками тормозных колодок и тормозными барабанами или в результате контакта шин с дорогой. С увеличением силы прижатия колодок к тормозному барабану автомобиль останавливается быстрее (рис. 3).
Однако нельзя беспредельно увеличивать тормозную силу, поскольку произойдет заклинивание тормозных колодок о тормозной барабан и колеса начнут скользить по дороге "юзом". Из этого следует вывод, что сила торможения не должна превышать силу сцепления колес с дорогой.
Существенное влияние на тормоза в поглощении кинетической энергии оказывают и силы сопротивления: качению, подъему и воздуха, рассмотренные ранее.
Интенсивность торможения автомобиля наиболее показательно характеризуется тормозным путем и замедлением автомобиля при торможении. Рассмотрим эти показатели подробно.
Тормозной путь. От чего он зависит, как определяется
Тормозным путем автомобиля называется расстояние в метрах, пройденное автомобилем от начала торможения до его полной остановки. Само собой разумеется, что движущийся автомобиль на большой скорости не сможет мгновенно останавливаться. Прежде чем остановиться, он пройдет некоторое расстояние. Так, современный автомобиль на автостраде при скорости 100 км/час проходит в каждую секунду до 28 м. Ясно, что для полной его остановки нужно определенное расстояние.
Действительное расстояние, на котором остановится автомобиль, с учетом всех влияющих факторов на быстроту торможения (состояние дороги, количество и тип тормозов, субъективные качества шофера и т. д.) принято называть опасной зоной торможения.
Рассчитать заблаговременно опасную зону торможения для всех возможных случаев трудно. Остановимся лишь на определении основного тормозного пути.
Основной тормозной путь автомобиля можно определить по формуле:
S = Va2/2g∙φ
где:S – тормозной путь в метрах;Va – скорость движения автомобиля в момент начала торможения в м/сек;g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек2;φ – коэффициент сцепления шин с дорогой.
Приведенная формула годится лишь при одновременном торможении всех колес до "юза".
Из формулы видно, что тормозной путь зависит только от скорости и коэффициента сцепления шин с дорогой. Однако значение последнего может измениться в зависимости от вида и состояния дорожного покрытия, типа шин автомобиля и давления воздуха в них. Для подсчета тормозного пути значение коэффициента сцепления шин с дорогой можно брать из таблицы 3.
Испытаниями установлено, что тормозной путь увеличивается во столько раз, во сколько раз ухудшается сцепление шины с дорогой, а при постоянном коэффициенте сцепления тормозной путь увеличивается пропорционально квадрату увеличения скорости.
Существенное влияние на величину тормозного пути оказывает время реакции шофера, которое колеблется от 0,5 до 1-2 сек, а также время срабатывания тормозной системы. (Тормозная система с гидравлическим приводом минимально срабатывает за 0,2 сек, а с пневматическим – 0,6 сек).
Если вспомнить, что современные автомобили за одну лишь секунду проходят 28 м, то будет ясно, какое влияние оказывает фактор времени на величину тормозного пути (рис. 4).
Отметить, что сам по себе путь торможения не дает еще достаточно полной характеристики действий тормозной системы. Тормозной путь зависит от многих переменных величин: типа тормозов, коэффициента сцепления шин с дорогой, начальной скорости движения, интенсивности возрастания давления на педали и т. п. Он не учитывает также расстояния, проходимого автомобилем за время реакции шофера и за время срабатывания тормозной системы. В таблице 4 приведены максимально допустимые тормозные пути автомобилей и автобусов.
Примечание. Торможение автомобилей (автобусов) осуществляется ножным тормозом на сухой ровной дороге со скоростью 30 км/час.
Существует много различных способов торможения. Более или менее опытные водители это хорошо знают. Но не все знают, что при торможении нельзя допускать поглощения тормозами большого количества кинетической энергии движущегося автомобиля.
Эффективен способ торможения двигателем без выключения сцепления. Его рекомендуется применять на скользких дорогах, при появлении опасности заноса и при движении на горных дорогах с большими затяжными уклонами, с целью предохранить тормоза от большого износа и нагрева.
Сущность способа торможения двигателем состоит в том, что связь колес между собой осуществляется через дифференциал, а с двигателем – трансмиссией. Это обеспечивает равномерное распределение тормозных усилий по колесам и большую плавность торможения.
Замедление автомобиля
Быстрота безопасной остановки характеризуется величиной отрицательного ускорения или замедления автомобиля. Замедление является одним из основных измерителей тормозных свойств.
Принято величину замедления обозначать буквой j ; значение величины отрицательного ускорения (замедления) для процесса торможения на горизонтальной хорошей дороге при максимальном использовании тормозной силы (силами сопротивления воздуха пренебрегаем) можно определить по формуле:
j = φ · g ,
где:j - замедление в м/сек2;φ – коэффициент сцепления колес с дорогой;g – ускорение силы тяжести в м/сек2.
Приведенная формула показывает, что замедление торможения можно приблизительно принять постоянным в зависящем только от величины коэффициента сцепления шин с дорогой.
Тормозные системы современных автомобилей при экстренном (аварийном) торможении дают замедление до 8-9 м/сек2, что оказывает неприятное ощущение для пассажиров, особенно стоящих в кузове. Такое торможение весьма опасно. Резкое торможение допустимо только в исключительных случаях при аварийной обстановке.
Самый распространенный вид торможения – это тот, при котором замедление не превышает 1,5-5 м/сек2. Он легко переносится пассажирами и безопасен.
Отметим, что тормозные системы современных автомобилей должны в любых условиях обеспечивать быструю безопасную остановку без потери устойчивости автомобиля.
<< содержание часть 2 >>
