Силы при движении автобуса

Для примера взят туристический автобус вагонного типа, ширина автобуса 2,5 метра, высота – 3,3 метра, полным весом 16 тон, на заднюю ось 10 тон.

В таблице 1 в зависимости от скорости автобуса показаны:

Fк  – сила сопротивления качения;

Fв – сила сопротивления воздуха;

Fc = Fк + Fв (сила сопротивления движению).

В таблице 2 в зависимости от скорости автобуса показаны:

µ – коэффициент трения колёс с дорогой в зависимости от состояния дорожного полотна;

Fсц – сила сцепления ведущих колёс с дорогой в зависимости от состояния дорожного полотна.

В скобках указана толщина водяной плёнки на асфальте.

Посмотревши в эти таблицы можно увидеть, что при скорости автобуса 120 км/час на сухом асфальте сила трения ведущих колёс составляет 7500 кг, а сила сопротивления движению составляет 658 кг, значит, скольжения ведущих колёс не будет, и автобус прямолинейно будет держать дорогу. Почему прямолинейно? – ответ попозже. Даже если будет падать дождь, и толщина водяной плёнки составит не более 1 мм, то сила сцепления составит 2000 кг, и автобус прямолинейно будет держать устойчивость. Но при водяной плёнке 2 мм и более, коэффициент трения резко падает. В данном случае при скорости 50 км/час коэффициент трения составляет 0,5, а при скорости 90 км/час уже резко падает в 10 раз и составляет 0,05. Почему так происходит? Потому что в данном случае происходит аквапланирование. Аквапланирование – это когда при движении автобуса (да и любого транспортного средства) с большой скоростью пятно контакта колёса не успевает вытеснить воду, и колесо под действием воды приподнимается, и уже катится не по асфальту, а скользит по воде. Это похожа ситуация, когда лотка на подводных крыльях при достижении определённой скорости приподнимается и движется на крыльях. А это очень опасно. И опасно ещё тем, что поворот руля в сторону заноса ситуацию не спасает. Иначе в момент восстановления сцепления колёс с дорогой, автобус может резко бросить в направлении повёрнутых колёс, что может привести к опрокидыванию.

Опытным путём установлено, что аквапланирование может начаться от скорости 70 – 100 км/час, но при большом ливне может быть наступить и при меньшей скорости. Состояние шин также влияет на аквапланирование: чем более изношен рисунок проектора, тем при меньшей скорости может наступить аквапланирование.

С водительского места невозможно точно определить толщину водяной плёнки на асфальте: миллиметр или два-три миллиметра. Далее. Если тяга может быть постоянная, то сила сцепления никогда постоянной быть не может. Дорога не идеально ровная, и при движении любого транспортного средства пружины или рессоры сжимаются или разжимаются, при сжатии сила сцепления увеличивается, а при разжимании – уменьшается. И при большой скорости дорога может так подбросит вверх транспортное средство, что сила сцепления может оказаться меньше за силу тяги, и тогда занос неминуем. И потом пишут в сводках, что водитель не справился с управлением.

Выше было написано «Почему прямолинейно? – ответ попозже». Вот вам ответ. Например, автобус движется  со скоростью 120 км/час, впереди поворот радиусом 2000 метров или два километра. Радиус вроде и не малый, но при прохождении по этому радиусу возникает центробежное ускорение 0,555 м/сек2. Автобус весит 16000 кг, значит, центробежная сила составит 8889 кг. Сила сцепления колёс автобуса при данной скорости на сухом асфальте составит 12000 кг. Значит, автобус  удержится на траектории. Но сила сцепления колёс автобуса на мокром асфальте при толщине водяной плёнки 0,2 мм составит 8800 кг. В этом случае автобус не удержится на траектории. Если скорость автобуса будет 90 км/час, то центробежное ускорение составит 0,3125 м/сек2, а центробежная сила – 5000 кг. А сила сцепления колёс автобуса при толщине водяной плёнки 1 мм, составит 4800 кг. И снова автобус не удержится на траектории. А если на самом деле толщина водяной плёнки окажется более одно миллиметра? Последствия могут быть катастрофическими.

На гололёде коэффициент трения при скорости 50 км/час составляет примерно 0,1 и с увеличением скорости уменьшается. Поэтому езда на гололёде особенно опасна. И не важно, опытный водитель или не опытный, если силы тяги колеса или центробежная сила при повороте будет больше за силу трения колёс, то результат будет один – занос транспортного средства. Это как на весах: на одной чаше весов – два килограмма, на другой – один килограмм. Если на другую чашу добавить всего 1 килограмм и 50 грамм, то вторая чаша перевесит первую. Так и на дороге.

Но это расчеты. Какие цифры поставишь в формулу – такие получаешь и результаты. Один автобус тяжелее, другой – легче. Значит,  и силы движения будут отличаться, но это никогда не будет, что на каком-то автобусе можно ехать с максимальной скорости на самой скользкой дороге. Для всех транспортных средств однозначно: чем более скользкая дорога, чем круче поворот, тем меньше должна быть и скорость.

Формулы для расчётов:

1) Сила сопротивления качению:  Fк = M × f/ cosα (кг),

где М – вес автобуса в кг,  f – коэффициент сопротивления качения,  α – угол подъёма (если автомобиль идёт на спуск, то тогда – умножается на cosα);

2) Коэффициент сопротивления качению:  f =(115+V)/10000,

где V – скорость автомобиля в км/час;

3) Сопротивление воздуха:  Fв = (Cx × S × V2)/13 (кг),

где Cx – коэффициент обтекаемости автомобиля (для автобусов составляет около  0,4), S – площадь  поперечного сечения автомобиля в м2 (для автобусов: умножается ширина на высоту),  V – скорость автомобиля в м/сек;

4) Сила сцепления колёс с дорогой:  Fсц = M × µ (кг),

где µ – коэффициент сцепления колёс с дорогой;

5) Ускорение при движении по круговой траектории:  a = V2/R (м/сек2),

где  V2 – скорость  автомобиля в м/сек, R – радиус траектории движения в метрах;

6) Сила при ускорении:  F = a × M (кг).

Запись опубликована в рубрике Действие сил и энергии при движении транспорта. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

восемь − восемь =