Теория движения военных колесных машин. Лекция 4

Сопротивление качению колеса
Рассматриваются необратимые потери при качении колеса по твердой опорной поверхности, обусловленные:
Внутренними потерями в шине (гистерезисными)
Вызванными межмолекулярным трением в резине и корде, механическим трением между шиной и камерой, шиной и ободом, резиной и кордом.
При малых продольных нагрузках (Px ≈ 0) и скорости (vкx ≈ 0) общие потери состоят из двух составляющих:
около 95 % обусловлены упругой петлей гистерезиса;
около 5 % связаны с окружной деформацией шины.

Сопротивление качению колеса
С увеличением продольной силы Px и крутящего момента Mк но при отсутствии относительного скольжения (Sбj = 0) возникают дополнительные потери на деформацию шины в продольном и окружном направлении.

Сопротивление качению колеса
2. Непосредственным скольжением
Резкое возрастание потерь связано с характером изменения fNf . Характер изменения зависит от сцепных характеристик системы опорной поверхности и шины.
3. Присасыванием беговой дорожки к опорной поверхности
Возникают при наличии на ней замкнутых полостей, из которых при нагрузке (входе в контакт) выдавливается воздух или вода. При выходе из контакта требуется дополнительная энергия на их отрыв от опорной поверхности.

Сопротивление качению колеса
4. Аэродинамическим сопротивлением
Обусловлено циркуляцией воздуха в шине, лобовым сопротивлением воздуха и вентиляторным эффектом вращающегося колеса.

Сопротивление качению колеса
Существуют следующие показатели, характеризующие сопротивление качению:
- момент сопротивления качению
- сила сопротивления качению
- коэффициент сопротивления качению
- коэффициент мощности сопротивления

Сопротивление качению колеса
Исходная характеристика определяется при движении по ровной гладкой опорной поверхности и малых скоростях движения.

Сопротивление качению колеса
Принято допущение, что работа на деформацию за один оборот колеса A2π больше работы при однократном цикле «нагрузка-разгрузка» неподвижного колеса A2α = Aпот до нормальной
деформации hz во столько раз, во сколько раз площадь S2π кольца деформации с радиусами rсв и rд больше площади сегмента S2α.

Сопротивление качению колеса
При равномерном движении и без учета сопротивления воздуха эту работу можно записать так:
Тогда
При определении fшв такой метод обеспечивает точность 90…95%.

Сопротивление качению колеса
На сопротивление качению оказывают влияние следующие параметры, которые необходимо учитывать в обязательном порядке:
Опорная поверхность.
ОП определяет коэффициент сопротивления качению, характеризующийся шероховатостью поверхности и микропрофилем. Коэффициент kfоп позволяет учесть влияние изменения характеристик опорной поверхности.

Сопротивление качению колеса

Сопротивление качению колеса
2. Скорость движения ТС. На ровной ОП до скорости 100 км/ч значение коэф. сопротивления качению изменяется не значительно, а при большей скорости – резко возрастает. Интенсивность роста зависит от конструкции шины, изношенности протектора и давления воздуха в шине.
1 – диагональные
2 – радиальные

Сопротивление качению колеса
3. Подводимый крутящий момент.
При условии подведения крутящего момента и росте Рх, а так же при отсутствии скольжения и линейно изменяющегося радиуса чистого качения, дополнительные потери (обусловленные тангенциальными деформациями и скольжением) возрастают от квадрата момента:

Сопротивление качению колеса
4. Температура шины.
Оптимальной температурой по условию обеспечения наименьшего значения коэффициента сопротивления качению является температура в пределах от 70 до 75°С.
При снижении температуры ниже 0°С сопротивление качению может увеличиваться более чем в три раза.
Температура:
100°С – допустимая эксплуатационная температура;
120°С – критическая температура;
более 120°С – опасная для эксплуатации температура.

Сцепление колеса с опорной поверхностью
Продольная реакция Rx в плоскости контакта определяется суммой элементарных продольных реакций dRx, которые на недеформируемой ОП являются силами трения покоя в передней части контакта и трения скольжения в задней.
Элементарная реакция трения покоя dRxпок равна вызывающей ее внешней силе и с возрастанием последней увеличивается до тех пор, пока не превысит произведение µпок.dRz, где µпок – коэф. трения покоя.
Элементарная реакция трения скольжения
dRxск = µск. dRz, где µск – коэф. трения скольжения.

Сцепление колеса с опорной поверхностью
При изменении подводимого момента (или продольной силы) в зоне контакта происходит изменение элементарных реакций dRz и dRx.
Изменение нормального давления pzi и касательного напряжения τxi по длине контакта.

Сцепление колеса с опорной поверхностью
Чем больше передаваемый колесом момент, тем больше элементов шины начинают скользить относительно ОП, увеличивая реакцию Rx. Поскольку коэф. трения покоя µпок больше коэф. трения скольжения µск, а последний уменьшается с увеличением скорости скольжения, то результирующая реакция Rx достигает максимального значения, когда в зоне контакта еще имеются нескользящие элементы.
При дальнейшем увеличении скольжения зона трения покоя исчезает и реакция Rx, определяемая только трением скольжения, уменьшается.

Сцепление колеса с опорной поверхностью
Процесс скольжения колеса относительно ОП оценивается коэф. продольного скольжения Sбj.
Вид кривой, отображающей зависимость коэф. продольной реакции от скольжения kRx(Sбj), определяется материалом и конструкцией шины, типом ОП и скоростью движения колеса.

Сцепление колеса с опорной поверхностью
Наибольшее значение коэф. kRmax называется максимальным коэффициентом сцепления φmax (ему соответствует Sбj = 0,1…0,18), а при полном скольжении (Sбj = 1) величина kRx называется коэффициентом сцепления φ. Для большинства твердых ОП φ = (0,75...0,8) φmax.

Сцепление колеса с опорной поверхностью
Коэффициент сцепления φ зависит от большого числа различных параметров:
1) от типа покрытия и состояния дороги (последнее является определяющим);
2) конструкции и материала шины;
3) давления воздуха в шине;
4) нормальной нагрузки;
5) скорости;
6) характера движения (скольжение или буксование);
7) температурных условий.

Сцепление колеса с опорной поверхностью
Изменение коэффициента продольного скольжения на различных ОП при разных скоростях
Сухой асфальтобетон
Сухой цементобетон
Заснеженная и обледенелая дорога
vмx = 32 км/ч (1)
vмx = 64 км/ч (2)
vмx = 96 км/ч (3)

Сцепление колеса с опорной поверхностью

Сцепление колеса с опорной поверхностью
Приближенные зависимости, описывающие изменение коэффициента продольной реакции kRx от коэффициента продольного скольжения Sбj :

Сцепление колеса с опорной поверхностью
φ = 0,6;
S0 = 0,09; S1 = 0,3
φ = 0,6;
S0 = 0,05; S1 = 0,1

Сцепление колеса с опорной поверхностью