Взаимодействие дороги и автомобиля

Разрушающее воздействие автомобиля на дорогу

Силы, передающиеся на дорожную одежду при движении автомобиля, оказывают разрушающее воздействие на дорогу. Под воздействием вертикальных сил происходит упругая деформация дорожной одежды. Повторное их действие на один и тот же участок дороги приводит к возникновению явлений усталости, появлению трещин и разрушению дорожной одежды. К характерным повреждениям дорожной одежды от действия вертикальных сил можно отнести:

Выбоины – местные разрушения покрытия глубиной от 20 до 100 мм и более с резко очерченными краями. Они возникают прежде всего из-за недостаточной связи между минеральными органическими материалами, недоуплотнения покрытия, загрязнения, а также использования недоброкачественных материалов;

Волны и гребенки– неровности в виде поперечных гребней и впадин с пологими краями. Они формируются в местах торможения автомобилей практически на всех типах покрытий, кроме цементобетонных. Основная причина волнообразования - излишняя пластичность материала, избыток вяжущего, недостатки уплотнения, а также систематическое воздействие на покрытие автомобилей одинаковой массы при одинаковой скорости;

Просадки – впадины глубиной 50-100 мм и более с пологой поверхностью, но без выпучивания и образования трещин на прилегающих участках. Одной из причин появления просадки может быть проезд тяжелых автомобилей, на которые дорожная одежда не была рассчитана;

Проломы – разрушение одежды в виде более или менее длинных прорезей глубиной до 100 мм по полосам наката и выпучиваний сбоку проломов высотой 50-100 мм. Причиной появления проломов может быть переувлажнение и пластическое течение материала слоев основания и грунта или прорезание слоев одежды под действием вертикальной силы;

Колеи – деформации и разрушения дорожной одежды в виде небольшого углубления по полосам наката. При интенсивном тяжелом движении колеи могут превратиться в проломы.

Горизонтальные силы возникают вследствие ударов колес при наезде на неровности покрытия, трения шины о верхний слой покрытия, при движении по кривой в результате действия центробежной силы и также оказывают разрушающее действие на дорогу. К характерным повреждениям дорожной одежды от действия горизонтальных сил можно отнести:

Шелушение – отделение чешуек и частиц материала;

Выкрашивание–отделение зерен минерального материала из покрытия и образование мелких раковин глубиной до 20 мм.;

Сдвиги – неровности, вызванные смещением материала покрытия при устойчивом основании, чаще всего образуются в местах торможения автомобилей;

Разрушение стыков – обламывание кромок и выбивание заполняющей мастики. Основными причинами являются удары колес автомобилей, недоброкачественная цементобетонная смесь, неудовлетворительная нарезка и отделка швов.

Здесь же необходимо отметить, что разрушительное действие на дорогу вертикальных сил значительно выше, чем горизонтальных.

Предельные размеры отдельных повреждений (просадок, выбоин и т.п.) не должно превышать по длине 15 см, ширине – 60 см, глубине – 5 см.\

Сопротивление качению.

Сила тяги, развиваемая двигателем на ведущих колесах автомобиля, расходуется на преодоление сил сопротивления движению.

В наиболее общем случае ускоренного движения на подъем на автомобиль действую следующие силы сопротивлений: сопротивление качению (трение качения), сопротивление движению на подъем, сопротивление воздуха, инерционные силы самого автомобиля и вращающихся масс его механизмов, возникающие при изменении скорости движения.

Сопротивление качению вызывается затратой энергии на деформацию шин и дороги. Эта сила всегда действует на движущийся автомобиль. На ровных цементобетонных и асфальтобетонных покрытиях основным фактором, определяющим сопротивление качению, является обжатие шин. На менее ровных покрытиях (щебеночных, гравийных, булыжных мостовых) добавляются наезды колес на неровности покрытия. На грунтовых дорогах сопротивление создается затратой усилий на деформирование шины и грунта при образовании колеи.

При движении по дорогам с твердым покрытием сила сопротивления качению определяется следующим образом:

(1)

Где: - нагрузка на дорогу от отдельных колес,

- соответствующие коэффициенты сопротивления качению.

Рис. 1 Реальное сопротивление качению.

Сопротивление качению зависит от ровности покрытия, скорости и эластичности шины. Однако при скоростях движения ниже 50 км/ч сопротивление качению возрастает настолько медленно, что коэффициент сопротивления качению можно считать практически постоянным. При скоростях выше 50 км/ч коэффициент сопротивления качению высчитывается в соответствии со скоростью движения. (Подробнее на лабораторном занятии).

Сцепные качества покрытия.

Тип покрытия, его прочность, ровность, шероховатость, наличие разрушений, трещин, влаги, пыли, грязи, снега или гололеда существенно влияют на коэффициент сопротивления качению колеса автомобиля и коэффициент его сцепления с покрытием.

Коэффициентом сцепления () называется отношение тягового усилия на колесе к вертикальной нагрузке на покрытие, при превышении которого начинается пробуксовывание ведущего колеса или проскальзывание заторможенного.

В зависимости от направления сдвигающей силы, действующей на колесо, различают два вида коэффициента сцепления:

- коэффициент продольного сцепления, соответствующий началу проскальзывания заторможенного или пробуксовыванию движущегося колеса при качении или торможении без действия на колесо боковой силы. Его используют при вычислении пути, проходимого автомобилем при экстренном торможении и при оценке возможности трогания автомобиля с места.

Коэффициент поперечного сцепления – поперечная составляющая коэффициента сцепления при смещении ведущего колеса, катящегося под воздействием боковой силы под углом к плоскости качения, когда колесо, вращаясь, скользит вбок. Характеризует устойчивость автомобиля при проезду кривым малых радиусов.

На сцепные качества покрытия, а соответственно и величину коэффициента сцепления, существенное влияние оказывают такие показатели, как: шероховатость (различают макрошероховатость – неровность поверхности покрытия, которая нормируется и микрошероховатость – собственная шероховатость частиц каменного материала), состояние покрытия, ровность покрытия, температура воздуха.

Под действием влажности воздуха, осадков и других метеорологических факторов, а также в зависимости от интенсивности движения, уровня содержания и вида покрытие может находиться в различном состоянии.

Сухимсчитают покрытие, микроповерхность материала которого не имеет сплошной пленки воды. Это наблюдается при относительной влажности воздуха до 90 %.

К влажным относят покрытия, микроповерхность которых покрыта сплошной пленкой связанной воды. Такое состояние покрытия наблюдается при относительной влажности воздуха 90-100 % и положительной температуре. При отрицательной температуре в этих условиях образуется микрогололед.

Мокрымсчитается покрытие, на микроповерхности материала которого имеется слой свободной воды.

К заснеженному относят покрытие с наличием рыхлого снега на поверхности; снежный накат – наличие слоя снега, уплотненного колесами автомобилей; гололедица – все виды зимней скользкости на поверхности дороги.