Схема сил, действующих на дорожное полотно и расчёты

При движении автомобиля по дороге в зоне контакта шины колеса с дорожным покрытием возникают динамические вертикальные, продольные и поперечные касательные силы, значение которых зависит от типа автомобиля, шины колеса, нагрузки, природно-климатических условий и т.п.

На стоящее колесо действует только одна сила вес автомобиля, приходящийся на это колесо. Особенностью автомобильного колеса является его эластичность. Под действием вертикальной силы колесо деформируется (рис. 3.1, а), в месте контакта радиус колеса меньше, чем в других частях колеса, не соприкасающихся с дорожным покрытием.

Рис. 3.1. Схема сил, действующих на дорожное покрытие:

а — стоящее колесо; б — ведущее колесо; в ведомое колесо; D — размер пятна контакта колеса с дорожным покрытием; Р_ср, Р_тах — соответственно средний и максимальный прогиб дорожного полотна; G — вес автомобиля; R — сила реакции; G_K — вес автомобиля, приходящийся на колесо; М_вр — вращающий момент; Т — сила трения; r_к — расстояние от центра колеса до поверхности дорожного покрытия; r — радиус колеса; а — расстояние от мгновенного центра скоростей О до линии действия силы реакции R; Р_к — окружная сила; v — скорость движения автомобиля

Площадь следа колеса F меняется в пределах 250. 1000 см 2 . Для одного и того же автомобиля значение F, м 2 , зависит от нагрузки на колесо:

F= G/p, (3.1)

где G вес автомобиля, приходящийся на колесо, Н; р давление, Па.

Значение р не должно превышать 0,65 МПа на дорогах I II категорий и 0,55 МПа на дорогах III V категорий.

Различают площадь отпечатка колеса по контуру в форме эллипса (рис. 3.1, а) и по выступам рисунка протектора. При определении среднего давления в расчет принимают площадь отпечатка по выступам протектора. При расчете дорожной одежды для вычисления р условно принимают площадь отпечатка в виде круга диаметром D, м, равновеликую площади эллипса:

D = 11,3√G/(0,1p) (3.2)

В большинстве автомобилей имеются ведущие и ведомые колеса. К ведущим колесам подается вращающий момент М_вр Н*м, от двигателя автомобиля:

где М_дв вращающий момент на коленчатом валу двигателя, Н • м; Uk передаточное число коробки передач; U_г передаточное число главной передачи; η коэффициент полезного действия главной передачи.

Действие вращающего момента Мвр вызывает появление в зоне контакта окружной силы Р_к, направленной в сторону, обратную движению (рис. 3.1, б). Сила Рк вызывает горизонтальную силу реакции Т, представляющую собой силу трения в плоскости контакта колеса с дорожным покрытием, при этом Т= Р_к.

Удельное давление на грунт

На вездеходной технике в качестве движителя часто используются гусеницы или шины сверхнизкого давления. Их основная задача — уменьшить удельное давление на грунт за счет увеличения площади опоры. Ничего сложного тут нет, по такому же принципу работают обычные лыжи. Если на лыжах человек может спокойно идти по снегу, то без них он сразу проваливается, т.к. площадь опоры уменьшается в несколько раз, а давление на снег, соответственно, увеличивается. Рассмотрим подробнее, как рассчитывается удельное давление на грунт, в чем измеряется и как его можно уменьшить на практике.

Как рассчитать удельное давление на грунт человека или техники?

Чтобы вычислить удельное давление на грунт достаточно разделить массу на площадь опоры. Например, площадь опоры всех колес автомобиля составляет 1000 квадратных сантиметров, а его масса — 1300 кг. Просто делим 1300 на 1000, получается 1,3 килограмм на квадратный сантиметр (кг/см^2). Соответственно удельное давление на грунт измеряется в кг/см^2, реже в других единицах. Получается, чем меньше масса и больше площадь опоры, тем меньше это значение. Рисунок ниже это отлично демонстрирует.

Удельное давление на грунт зависит от массы и площади опоры

Как уменьшить давление на грунт и для чего это делать?

Ну для чего это делать ясно — чтобы увеличить проходимость техники, особенно на слабонесущих грунтах. Обычно низким удельным давлением помимо вездеходной обладает военная и сельскохозяйственная техника. Опять же для проходимости и чтобы избежать сильного уплотнения почвы и повреждения посевов. Также сюда можно отнести снегоходы, отличающиеся очень низким давлением на поверхность.

Интересный факт: известный тяжелый немецкий танк времен Второй Мировой «Тигр» обладает удельным давлением на грунт 1,03 кг/см^2, что примерно в 1,5-2 раза больше этого показателя для среднестатистического человека. В руководстве по эксплуатации танка экипажу было предписано проверять несущую способность подозрительного участка, по которому нужно было проехать, интересным образом. Один солдат садил на себя второго и, если его ноги сильно проваливались в землю, это значило, что танк здесь не пройдет. Если же ноги не проваливались, то несущая способность грунта была достаточна для движения танка.

Чтобы создать технику с малым удельным давлением на грунт можно пойти несколькими путями:

1. Использовать гусеницу (снегоходы, трактора, вездеходы, военная техника);
2. Использовать шины сверхнизкого давления (вездеходы, некоторая сельскохозяйственная техника);
3. Увеличить количество колес (грузовики, военная техника (БТР));
4. Увеличить диаметр колеса (грузовики, колесные трактора, внедорожники).

Вывод

Чтобы быстро уменьшить удельное давление на грунт на обычном автомобиле, достаточно стравить давление в шинах до определенного значения. Так часто поступают владельцы внедорожников при движении по болотам и глубокой грязи.

Стоит заметить, что в некоторых ситуациях высокое давление будет предпочтительнее. Например по неглубокой грязи или снегу автомобиль на узкой резине может двигаться увереннее, чем на широкой. Этот подход используется в эндуро, где узкое переднее колесо как бы режет грязь, улучшая проходимость и управляемость.

площадь соприкосновения колеса с дорогой

#1 Pace

#2 El_coyote

А задачу надо решить реалистически или упрощенно-математически? Если реалистически, то никогда эту площадь не посчитаешь, очень много нюансов. Пятно контакта с дорогой будет не 185 а больше, зависит уже от самой резины. В то же время протектор резины эту площадь уменьшает. А грубо говоря, площадь пятна контакта одного колеса 200см2.

давление в колесах и есть то давление с которой авто давит на дорогу..

#3 Вырвиглаз

Постоялец

15 928 сообщений

• Откуда: Эстония, Таллин

#4 Zoltchman

давление в колесах и есть то давление с которой авто давит на дорогу..

#5 Pace

#6 Zoltchman

#7 Pace

#8 Katana

#9 Pace

#10 Pace

#11 Sergio

Pace, а сам то знаешь, как ее решать?

Я рискну предположить, что рассчет аналогичен рассчету сжатия пружины (представим колеса в виде эдаких пружин — смешно, да?).
http://www.physics.r. h12/theory.html

F=-kx, следовательно, x = F/k. Минус нафиг не нужен, и так понятно, в каком направлении машина давит на колеса. F — вроде бы известно, k — коэффициент упругости, наверно можно как то получить из давления по какому нибудь справочнику.
Вычисляем, насколько опустится машина, а дальше — чисто геометрическая задача.

Я далек от механики, пневматики и гидравлики, поэтому извиняюсь, если бред написал.

#12 Inx

район из бетона и стали

Постоялец

4 817 сообщений

• Откуда: Tallinn

Соприкосновение цилиндра и плоскости это линия длинной в высоту цилиндра.

Чтобы получить менее «сферическое в вакууме» решение нужно знать давление внутри шины, давление на каждое из колес, деформацию колеса при давлении на плоскость, ширину колеса, рисунок протектора, деформацию самой резины под нужным давлением и тп

давление, предположительно будет 2.2-2.4 бара на колесо, или около 10 вообщем, тк понятно, что давление в колесах и есть то давление с которой авто давит на дорогу..

мля, ну неправильно выразился, че сразу срать то?
лишь бы потролить и сказать какие все дибилы

Это не «неправильно выразился» это конкретно фигню написал. Давление в колёсах это один из сотни факторов, влияющих на площадь соприкосновения, а напрямую ничего общего с давлением на дорогу не имеет. Это давление воздуха внутри колеса на его стенки — покрышку и диск.

Докопайся до своих однокурсников, пускай они тебе нормально обрисуют как это высчитывается по вашему заданию.

#13 Pace

Это не «неправильно выразился» это конкретно фигню написал. Давление в колёсах это один из сотни факторов, влияющих на площадь соприкосновения, а напрямую ничего общего с давлением на дорогу не имеет. Это давление воздуха внутри колеса на его стенки — покрышку и диск.

#14 Вырвиглаз

Постоялец

15 928 сообщений

• Откуда: Эстония, Таллин

согласись, сила которая давит на машину уравновешивается давлением в пакрышках, если бы не так, они были бы «сдуты». это я и хотел напистать..

Давление в грузовых шинах

Дата публикации — 12.08.2020

Давление в шинах грузового автомобиля – важный параметр, оказывающий существенное влияние на эксплуатационные характеристики ТС. В основном от него зависят комфорт езды, эксплуатационный период покрышек, экономичность расхода топлива, величина тормозного пути и устойчивость авто.

Факторы, влияющие на давление в автошинах

На этот показатель существенно влияет время года. При повышении температуры до +20 °C он повышается на 0,7 бар, при ее понижении до -20 °C – падает на 0,6-0,8 бар. При высокой загрузке автомобилей и во время длительных поездок изменения показателей будут больше.

Давление в шинах грузового автомобиля при постоянной эксплуатации рекомендуется контролировать с помощью датчиков 2 раза в неделю. Делать это необходимо в холодной резине (температура шины равна температуре окружающей среды), поскольку при активной эксплуатации покрышка разогревается, что приводит к повышению показателей. При прокачке холодных шин ориентируются на рекомендации производителя.

Последствия отклонения давления от нормы

Неправильно отрегулированное давление в шинах грузовых машин приводит к неприятным, а иногда и очень опасным последствиям.

Снижение этой характеристики ниже нормы вызывает:

• Сокращение эксплуатационного периода автошин почти в два раза из-за их неравномерного износа и перегрева.
• Существенное увеличение тормозного пути. Для незагруженных автомобилей он продлевается на 15 %, для полностью загруженных – на 20 %.
• Усталость корда, приводящую к невозможности восстановить протекторный рисунок.

Негативные последствия давления, превышающего норму:

• увеличение тормозного пути из-за сокращения площади пятна контакта между покрышкой и дорожным покрытием;
• неравномерный износ шин, приводящий к сокращению их срока службы;
• потеря устойчивости автомобиля, которая особенно ощущается на седельных тягачах, имеющих короткую колесную базу.

Отклонения от номинального значения и в сторону увеличения, и в сторону уменьшения приводят к повышению расхода топлива и снижению комфортности поездки. Сокращение срока службы автошин может стать причиной аварийных ситуаций и значительно повышает эксплуатационные расходы.

Какое давление должно быть в шинах грузового автомобиля

Показатели давления для грузовой автотехники делят на три типа:

• Максимальное. Величину максимально допустимого давления указывает производитель грузовых шин. Обычно его наносят на боковую сторону автошины. Постоянное накачивание автопокрышки до этого уровня снижает ее износостойкость и повышает вероятность возникновения опасных ситуаций на дороге.
• Оптимальное. Эту величину определяют по таблице, в которой указывается рекомендуемое давление при конкретной величине перевозимого груза. На оптимальное значение обычно ориентируются владельцы грузовой техники: его поддержание обеспечивает длительный эксплуатационный период покрышек и экономичный расход топлива. Придерживаться оптимальной величины сложно, поскольку это требует частого контроля и подкачки покрышки.
• Рекомендуемое. Это значение обычно указывает производитель для каждого из колес. Рекомендуемое давление для грузовых шин рассчитывается для условий максимальной загрузки. При перевозках грузов, масса которых существенно ниже максимально допустимых значений, шины накачивают до уровня, ниже рекомендуемого. Индексы нагрузки и скорости (максимальные значения этих параметров) указываются в маркировке шины.

Часто в инструкции по эксплуатации указывают два значения давления в шинах грузовика – одно для негруженого автомобиля, второе – ТС с максимальной загрузкой. Если указана одна величина, то она предназначена для пустого авто. При больших нагрузках или поездках на дальние расстояния без багажа рекомендуется подкачать шины на 0,3-0,5 бар.

Для самостоятельного выбора нормы давления в грузовой шине следует:

• Взять таблицу с оптимальными значениями при определенной загрузке автомобиля.
• Выбрать значение с учетом оси, на которой находится колесо.
• Ознакомиться с индивидуальными рекомендациями производителя.

Таблицы давления в грузовых шинах

Таблица оптимального давления воздуха в шинах грузовых автомобилей для сдвоенных колес, обычно устанавливаемых на заднюю ось, при разных нагрузках

Размер автошины	Давление (бар) в автошинах при нагрузках на ось, т								Максимально допустимая нагрузка на ось, т
	7,0	8,0	9,0	10,0	11,0	12,0	13,0	14,0
10.00 R20 (PR16)	5,5	6,3	7,1	10,9 при давлении 7,8 бар
11.00 R20 (PR16)	5,8	6,5	7,25	8,0	12 при давлении 8 бар
12.00 R20 (PR16)	5,5	6,25	7,0	7,8	8,5	13 при давлении 8,5 бар
12.00 R24 (PR18)	4,8	5,5	6,0	6,6	7,2	14,6 при давлении 7,5 бар
11.00 R22,5 (PR16)	5,25	6,0	6,8	7,5	11,6 при давлении 8 бар
12.00 R22,5 (PR16)	5,8	6,5	7,25	8,0	12,6 при давлении 8,5 бар
13.00 R22,5 (PR18)	6,2	6,5	7,5	7,8	13,4 при давлении 8 бар
275/80 R22,5	6,6	7,4	8,3	11,6 при давлении 8,8 бар
295/60 R22,5	6,5	7,3	8,2	9,0	12,0 при давлении 9 бар
295/80 R22,5	5,8	6,5	7,3	8,0	12,6 при давлении 9,5 бар
315/60 R22,5	6,0	6,5	7,3	8,2	8,6	13,4 при давлении 9 бар
315/70 R22,5	6,5	7,4	8,2	12,6 при давлении 8,5 бар
315/80 R22,5	5,2	5,75	6,4	7,1	7,75	13,4 при давлении 8 бар

Таблица оптимального давления в грузовых автошинах для одинарных колес, обычно устанавливаемых на переднюю ось, при разных нагрузках