Раздел второй ТЕОРИЯ ДВИЖЕНИЯ ТРОЛЛЕЙБУСА

Глава IV ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОЛЕС С ДОРОГОЙ И УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТРОЛЛЕЙБУСА

Качение ведомого и ведущего колес троллейбуса

Явления, возникающие при качении колес троллейбуса по дороге, весьма сложны. Силы, действующие на троллейбус при движении, вызывают при качении колес в месте их контакта с дорогой определенные реакции, различным образом направленные в пространстве. В шинах колес и на дорожном покрытии под действием этих сил и реакций возникают соответствующие деформации. Деформации шины и дороги зависят от соотношения их жесткостей. Характер, форма и величина деформаций шины зависят от: величины сил и реакций, приложенных к колесу; конструкции, размеров и давления в шине; конструкции и жесткости опорной поверхности дороги, оказывающей влияние на направление реакций.

При изучении взаимодействия колеса и дороги в общем виде обычно рассматривают: а) качение деформируемого колеса по твердой дороге, когда ее деформация ничтожно мала по сравнению с деформацией колеса;

б) качение жесткого колеса по мягкой (грунтовой) дороге, когда деформация колеса ничтожно мала по сравнению с деформацией дороги; в) качение реформируемого колеса по деформируемой дороге, когда величины деформаций колеса и дороги сравнимы.

Движение троллейбуса происходит по хорошим дорогам с искусственным твердым покрытием, поэтому с некоторым допущением можно считать, что деформация дороги ничтожно мала по сравнению с деформацией шины, а равнодействующая реакций Z (рис. 13) дороги на шину нормальна к направлению движения центра колеса.

На схеме, приведенной на рис. 13, показано, что нормальная реакция 2, равная нагрузке на колесо Gк возникающей под действием веса передней части троллейбуса, в процессе качения сдвигается вперед на некоторое расстояние а. Смещение реакций Z вперед от оси, проходящей через центр колеса, происходит вследствие того, что в передней зоне контакта шины с дорогой удельные давления или элементарные реакции больше, чем в задней. Указанная неравномерность распределения элементарных нормальных реакций в зоне контакта вызывается набеганием колеса на дорогу. Плечо а, называемое коэффициентом трения (трение второго рода), тем больше, чем больше гистерезисные потери, вызываемые деформацией шины и опорной поверхности дороги.

При движении троллейбуса по твердому покрытию снижение давления в шине вызывает увеличение ее деформации и коэффициента сопротивления f.

Конструктивные особенности шины оказывают влияние на гистерезисные потери в ней, которые имеют место при качении упругого колеса.

Значительное повышение скоростей движения также может вызывать существенное увеличение f, так как в этом случае радиальному восстановлению профиля шины после отхода от зоны контакта с дорогой препятствуют, наряду с трением, силы инерции ее деформированных элементов, увеличивающиеся пропорционально квадрату скорости. Для троллейбусных шин,  имеющих массивные протекторы и боковины, рассматриваемое явление при
скоростях, превышающих 17 м/сек (60 км/ч), может вызывать ощутимое увеличение f. Шины с изношенным протектором оказывают меньшее сопротивление качению по сравнению с новыми (до 30%).

Для ориентировочного определения коэффициента сопротивления качению f в автомобилях, в зависимости от скорости их движения, рекомендованы следующие эмпирические формулы:

Следует также иметь в виду, что тангенциальная деформация шины, а следовательно, и ее сопротивление, возрастают при передаче через нее вращающего момента. На твердых поверхностях дороги при прочих равных условиях, увеличение коэффициента f ведущих колес достигает 10—15%

На основании исследований, проведенных с шинами, средние значения коэффициента сопротивления качению при прямолинейном движении на дорогах с различными покрытиями ориентировочно могут быть приняты в следующих пределах:

для асфальтированной дороги в хорошем состоянии ..............0,014—0,016

то же в удовлетворительном состоянии 0,018—0,020

для дорог с бетонным покрытием в хорошем состоянии............0,012—0,014

для булыжного покрытия.........0,020—0,022

для дороги, покрытой гравием .....0,018—0,024

для грунтовой дороги в сухом укатанном

состоянии ............................0,025—0,035

для грунтовой дороги после дождя . . . 0,05—0,10

Для рассмотрения случая качения ведущего колеса, которое происходит под действием приложенного к колесу момента М, воспользуемся схемой, приведенной на рис. 14.

Окружная сила, приложенная к шине ведущего колеса в месте ее контакта с дорогой, направлена в сторону, противоположную движению. Эта сила вызывает со стороны дороги касательную реакцию X.

 Здесь касательная реакция X в отличие от предыдущего случая направлена в сторону движения, так как она является той внешней силой, которая вызывает поступательное движение ведущего колеса, а следовательно, и связанной с ним массы троллейбуса. При торможении ведущего колеса действие момента направлено в противоположную сторону. В этом случае касательная реакция будет действовать, как в ведомо^ колесе, против движения троллейбуса.

Из условия равновесия колеса относительно оси вращения при равномерном его качении и пренебрежении незначительными силами сопротивления воздуха, скольжения шины и трения в подшипниках находим;

Коэффициентом сцепления у колеса с опорной поверхностью называют отношение силы, которая может вызвать скольжение или буксование шины по дорожному покрытию, к реакции дороги на колесо. Коэффициент сцепления ср определяется Экспериментально и зависит в основном от конструкции, качества и состояния дорожного покрытия, типа шины, а также от скорости движения колеса и его скольжения или буксования. Существенное влияние на величину коэффициента сцепления оказывают твердость и шероховатость дорожного покрытия, давление воздуха в шине и рисунок ее протектора, так как эти факторы, а также нагрузка на колесо в основном определяют среднее удельное давление контактной поверхности. Наибольшую величину коэффициента сцепления дают незагрязненные сухие бетонные и асфальтовые покрытия; сухие булыжные и брусчатые покрытия (по торцовой поверхности); Сухая песчаная дорога и т. д. Влажные и скользкие поверхности покрытий, а также гладкий (изношенный) протектор шины вызывают уменьшение этого коэффициента. Наиболее низкие значения коэффициента сцепления дают обледеневшие дороги и поверхности, покрытые слоем укатанного снега.

На основании проводившихся советскими и зарубежными учеными исследований величины у, в зависимости от типа дорожного покрытия и

его состояния, ниже Даны примерные значения коэффициента сцепления для пневматических шин:

асфальтовые и бетонные покрытия при сухом и чистом состоянии поверхности . . 0,65 —0,85 то же при мокром и загрязненном состоянии поверхности ..........0,35 —0,45

булыжно-брусщатое покрытие при сухом и чистом состоянии поверхности ..... 0,55 —0,65

то же при мокром и. загрязненном состоянии поверхности...............0,3—0,4

кирпичное покрытие при сухом и чистом

состоянии поверхности........ . 0,7— 0,8

то же при мокром и загрязненном состоянии поверхности ......................0,4—0,5

деревянные торны при сухом и чистом

состоянии поверхности ........ 0,5—0,7

то же при мокром состоянии поверхности 0,3—0,4

песчаная дорога при сухом состоянии поверхности ............................0,55—0,65

то же при мокром и загрязненном состоянии поверхности ..... ...............0,4—0,5

снежная укатанная дорога . ......0,15—0,30

обледеневшая дорога......... 0,20—0,25

Увеличение скорости движения троллейбуса свыше 11—14 м/сек (40—  50 км/ч) сопровождается заметным уменьшением коэффициента сцепления, что особенно проявляется на влажных и мокрых опорных поверхностях.

В заключение укажем, что в понятии рабочего радиуса колеса, строго говоря, необходимо учитывать как радиальную, так и аксиальную деформацию шины. Радиусы качения ведомого и ведущего колес теоретически

 не одинаковы, так как в первом случае отсутствует аксиальная деформация шины.

Практически же для расчетов пользуются величиной статического радиуса колеса, замеряемой в состоянии покоя при соответствующей вертикальной нагрузке, приложенной к колесу, и номинальном давлении воздуха в шине
 

Величина коэффициента деформации I для шин высокого давления, применяемых в троллейбусах, на основании опытных данных принимается равной 0,94—0,96.