О КОЭФФИЦИЕНТЕ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС С
ДОРОЖНЫМ ПОКРЫТИЕМ
Шутов А.И., Котухов А.Н., Загородний Н.А.
(БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, РФ)
Uniform function
of dependence of factor of clutch from speed of driving and roughness of a road
carpet is obtained.
Как отмечалось ранее [1], коэффициент сцепления колес
транспортных средств с дорожным покрытием φ
является многофакторным параметром. На его величину влияют: вид и состояние
дорожного полотна, разновидность и состояние шин транспортного средства,
скорость его движения, наличие посторонних веществ в зоне контакта (грязь,
масло и др.), наличие продольных уклонов автомобильной дороги.
В практике проведения экспертизы дорожно-транспортных
происшествий (ДТП) рекомендованы фиксированные значения φ, регламентированные только типом дорожного покрытия и его
состоянием (сухое, мокрое). Понятно, что расчеты тормозного пути получаются
грубо приближенными, ошибки в выводах экспертного заключения неизбежны.
С другой стороны, как нам кажется, проектировщики и
строители автомобильных дорог в большей степени озабочены их долговечностью,
нежели обеспечением безопасности движения.
По крайней мере, у дорожников очень мало научных
статей, посвященных этому вопросу, а наиболее представительной из них является
публикация М.В. Немчинова [2], в которой абсолютно верно поставлен вопрос о
влиянии скорости движения транспортного средства и величины макрошероховатости поверхности
дорожного покрытия Δ на уровень коэффициента трения (сцепления) φ. Автор абсолютно справедливо
ставит вопросы по расчету, технологии, контролю макрошероховатости и оценке
фрикционных свойств при повышенных скоростях движения.
В данной статье
мы сделали попытку дальнейшего развития идеи М.В. Немчинова,
опираясь на представленные автором зависимости . Поскольку условия проведения испытаний в статье не
конкретизированы, при дальнейших ссылках будем использовать термин
«эксперименты Немчинова».
Кривые указанной статьи из координат φ – были перестроены в координаты φ – Δ для диапазона скоростей
движения автомобиля от 10 до
После проведения этих перестроений с учетом характера
полученных зависимостей решено провести аппроксимационные действия с
каждой из них.
Рисунок 1 – Зависимость коэффициента сцепления от
шероховатости дорожных покрытий
После ряда математических анализов в качестве
аппроксимационной функции была выбрана зависимость вида
.
(1)
Результаты аппроксимационных действий сведены в
нижеследующую таблицу и графики (рис.2).
Таблица 1 – Значения искомых параметров для различной
скорости движения
|
10 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
a |
1,021 |
1,006 |
1,000 |
1,059 |
0,996 |
0,976 |
b |
0,163 |
0,297 |
0,680 |
1,002 |
1,166 |
1,479 |
c |
-0,453 |
-0,503 |
-0,650 |
-0,832 |
-0,862 |
-0,997 |
r2 |
0,969 |
0,959 |
0,948 |
0,983 |
0,955 |
0,965 |
Дальнейшими действиями были изыскания возможностей
обобщения выражения (1) с тем, чтобы в него вошли значения скоростей движения
автомобиля. С этой целью проведен анализ поведения коэффициентов a, b и c с изменением скорости . В частности, выявлено, что коэффициент а при изменении скорости имеет разброс от 1,059 до 0,966, т.е. в пределах 9,63%.
Учитывая значительный разброс исходных экспериментальных данных, нами был сделан
вывод, что коэффициент а от скорости
движения не зависит.
Если его приравнять единице (а = 1), то погрешность, вносимая в расчеты при различных скоростях
движения, составит: при =
=
=
=
=
=
Кроме того, установлено, что коэффициенты b и c при
изменении скорости легко поддаются линеаризации с максимальными отклонениями,
не превышающими 10%. Параметры линеаризации оказались следующими:
b =0,015
,
c =
0,4+0,006, (2)
с
учетом того, что с – величина
отрицательная.
Таким образом, общее аппроксимационное соотношение
выглядит следующим образом:
, (3)
где
Δ – макрошероховатость, мм;
– скорость, км/ч.
Рисунок 2 – Кривые аппроксимационных
зависимостей
Поскольку зависимости φ = f(Δ) имеют
ярко выраженный максимум (см. рис.2), нами было проведено исследование этой
функции на экстремум по известному принципу
,
то
есть
.
После ряда преобразований определился максимум
шероховатости
,
обеспечивающий
лучшие сцепные качества при заданной скорости движения автомобиля. Эта
зависимость отражена на рис.3.
Рисунок 3 – Оптимальная
шероховатость для различных скоростей движения
Видно, что при увеличении скорости от 20 до
Понятно, что в данном вопросе требуются дополнительные
консультации со специалистами в области
дорожного строительства и с автомобилистами. Кроме того, в
плане использованных экспериментов М.В.
Немчинова появляется перспектива дальнейшего их развития с точки зрения
исследования влияния макрошероховатости поверхности дорожного покрытия и
скорости движения транспортного средства (автомобиля) на коэффициент сцепления
колес с дорогой.
Литература
1.
Шутов А.И., Котухов А.Н. Коэффициент сцепления в
системе «водитель-автомобиль-дорога-среда»// Проблемы качества и эксплуатации
автотранспортных средств: Материалы IV международной научно-технической конференции. Ч.2. –Пенза:
ПГУАС,
2.
Немчинов М.В. Обеспечение и оценка сцепных качеств
дорожных покрытий// Наука и техника в дорожной отрасли. – № 4. –