факторы, влияющие на степень сцепления колеса с дороГОЙ
Д. А. Козырева
, научный руководитель, старший преподаватель
Вологодский государственный технический университет
г. Вологда
В 2012 году на территории Вологодской области недостатки состояния дорог (неровности, низкие сцепные качества) стали сопутствующими причинами 22,4 % всех ДТП. По данным ГИБДД 63 человека погибли, 573 травмированы.
Цель исследования: установить факторы, влияющие на сцепные качества покрытий автомобильных дорог.
Для обеспечения безопасного движения транспорта важное значение имеет степень сцепления колеса автомобиля с покрытием. Этот показатель характеризуется коэффициентом сцепления φ, который определяется отношением силы тяги (сцепления) к весу машины.
(1)
где Fсц - сила сцепления между шинами транспортного средства и поверхностью дороги; N- вес автомобиля. Коэффициент сцепления φ носит переменный характер. Причины: разное давление в шине, разная гладкость покрытия, разная температура и т. д. Предельно допустимое значение коэффициента продольного сцепления установлено в ГОСТ Р 50[1] и составляет 0,3 при измерении шиной без рисунка протектора и 0,4 при измерении шиной, имеющей рисунок протектора.
Коэффициент сцепления изменяется в зависимости от погоды, от самого покрытия, от его состояния. Так, на том же пыльном асфальтобетоне, смоченном первыми каплями дождя, он резко (в два-три раза) падает. Когда же дождь основательно отмоет дорогу, то он возрастает до 0,45-0,55, что позволяет сравнительно уверенно вести машину. Грунтовым (плотным, сухим) дорогам соответствует коэффициент сцепления до 0,5-0,6, смоченным дождем - 0,15- 0,3, то есть они становятся почти такими же скользкими, как лед. Песчаные дороги интересны тем, что в большинстве случаев создают лучшее сцепление, будучи смочены, - до 0,4-0,5 (у сухих 0,2-0,4). Снежная целина может обеспечить коэффициент сцепления 0,2- 0,4, а укатанная дорога - уже 0,2-0,25.
На коэффициент сцепления также оказывает влияние скорость движения транспортного средства (рис.1). С увеличением скорости движения φ снижается.
При увеличении давления воздуха в шинах φ первоначально повышается, затем начинает убывать. С увеличением температуры шины сцепление на бетонных поверхностях несколько ухудшается, а на асфальтобетонных - улучшается. Коэффициент сцепления также зависит от вида материала (шины из высокогистерезисных резин обеспечивают больший φ).
Существуют мифы: чем шире шина, тем больше площадь пятна контакта шины с дорогой и тем лучше сцепление; если машина тормозит не прямо, а боком, то тормозной путь будет короче, потому что шире пятно контакта. Это не так. Тормозной путь находится по формуле:
(2)
Как видно, тормозной путь не зависит от ширины профиля шины и площади пятна контакта шины с дорогой. В этой формуле есть единственный «представитель» от шины – это коэффициент трения, который зависит от природы соприкасающихся тел. Сила трения сцепления в отсутствии адгезии определяется формулой:
(3)
Из формулы видно, что площадь пятна контакта в силу трения покоя вклада не вносит, как и в длину тормозного пути. Формулу (3) можно переписать иначе, с учетом площади пятна контакта и отразить влияние пятна на давление. Давление тела на опору равно весу тела, деленному на площадь контакта:
(4)
где P – давление машины на дорогу, N = mg – вес машины.
Тогда отсюда можно выразить вес через давление:
(5)
Теперь, если подставить «N» в (3), получим:
(6)
Подставляем в формулу (6) выражение (4), получим:
(7)
Тогда площадь мы успешно сокращаем и приходим к формуле (3) и силе сцепления, не зависящей от площади пятна контакта.
Таким образом, выявлены факторы, существенно влияющие на сцепные качества покрытий автомобильных дорог: скорость движения транспортных средств, состав резиновой смеси протектора, давление в шинах. Сцепление шины с дорогой не зависит от ширины шины, площади пятна контакта. Сцепление шины с дорогой — основа безопасного вождения, чем оно выше, тем безопаснее вести машину.
1. ГОСТ Р 50597 – 93. Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения. – Введ. .- М.: изд-во Госстандарта России. -№ 000
