Влияние конструкции ходовых частей автомобилей на прочность дорожной одежды

Напряжения, возникающие в грунтах, подстилающих дорож­ные одежды, различны при проездах автомобилей одинакового веса, но имеющих различное количество осей, разное распределе­ние нагрузки между осями или внутреннее давление в шинах. Поэтому допускаемая интенсивность движения этих автомобилей по каждому конкретному типу дорожной одежды будет неоди­накова. При конструировании новых автомобилей это обстоятель­ство учитывается в недостаточной степени.

В 1959 г. в СССР был принят ГОСТ 9314—59 «Автомобили и автопоезда. Весовые параметры и габариты», который установил ограничения для выпускаемых автомобилей. Дорожные органи­зации, руководствуясь положениями этого нормативного доку­мента, до сих пор проектируют дорожные одежды на всех доро­гах низовой сети (IV и V, а иногда и III категории) на осевую нагрузку 60 кН. Даже единичные проезды по этим дорогам более тяжелых автомобилей весной и осенью в периоды сни­жения прочности грунта связаны с опасностью их разрушения.

В связи с быстрым ростом объемов автомобильных перевозок, превышающих объемы перевозок другими видами транспорта, и все возрастающим дефицитом в стране водителей стало очевидным, что потребности народного хозяйства могут быть удовлетворены лишь при широком использовании большегрузных автомобилей и автопоездов. Однако ГОСТ 9314 - 59«Автомобили и автопоезда, Весовые параметры и габариты.» сдерживал развитие таких автомобилей. Поэтому он был отменен в части, касающейся осе. вых нагрузок.

За рубежом давно уже систематически повышаются допускае­мые нагрузки на ось. Во Франции, Испании, Бельгии,.Люксем­бурге и Греции допускаются осевые нагрузки 130 кН. До этого же значения проектируется увеличить осевые нагрузки на ма­гистралях США.

В СНГ состояние одежд на многих дорогах ограничивает такую возможность и перед дорожными организациями стоит задача постепенного усиления существующих дорожных одежд и повышения капитальности вновь строящихся, что потребует значительных средств и времени. Одним из путей решения возник­шей проблемы является компромисс, принятый в конструкции автомобилей завода КамАЗ, у которых третья дополнительная ось служит не для улучшения проходимости, а лишь для умень­шения нагрузки на дорогу. Однако такое решение связано с повышенной металлоемкостью и большими эксплуатационными расходами.

Поэтому при конструировании новых грузовых автомобилей, а также организации перевозок и новых автобусных линий целе­сообразно проводить анализ требований подвижного состава к до­рожным одеждам исходя из положений теории расчета нежестких дорожных одежд.

Напряжения в подстилающем грунте тем выше, чем больше давление колеса на покрытие и чем больше площадь контакта шины с покрытием, через которую передается нагрузка.

В соответствии с известным из строительной механики принципом Сен-Венана, согласно которому напряженное состояние, начиная с некоторого расстояния от места приложения нагрузки, зависит не от ее распределения по площади контакта, а от размера и направления равнодействующей. Однако, не отра­жаясь на напряженном состоянии грунтового основания дорожной одежды, повышение внутреннего давления в шинах должно при­водить в связи с увеличением жесткости и контактных напряже­ний к увеличению динамических ударных воздействий на неров­ности покрытий и износу покрытий.

В связи с сравнительно большим протяжением в СНГ дорог с тонкослойными одеждами, не рассчитанными на проезд авто­мобилей группы А (100Кн – автомобили группы А, 60Кн – автомобили группы Б), автомобильная промышленность выпускает ряд моделей большегрузных автомобилей, у которых третья ось предназначена не для повышения проходимости, а для рас­пределения нагрузки на большее число колес, расположенных далеко друг от друга. Достигаемый этим положительный эффект хорошо иллюстрируется рис. 7.21.

При равной грузоподъемности трехосные автомобили требуют меньшей толщины дорожных одежд, чем двухосные. В связи с сравнительно большим расстоянием между задними осями на­пряжение в предстоящем грунте существенно снижается, несмотря на то, что конструирование трехосных автомобилей неизбежно сопровождается увеличением их веса. Давление, приходящееся на дорогу от заднего колеса трехосного автомобиля, составляет примерно 0,7 от давления, аналогичного ему двухосного авто­мобиля. Поэтому использование трехосных автомобилей оказывает на работоспособность дорожных одежд положительный эффект, особенно при тонкослойных одеждах.

Влияние дополнительной оси трехосных автомобилей или осей прицепов, а также смежных колес трейлеров на прочность до­рожных одежд может быть учтено в изложенной выше схеме рас­чета толщины дорожной одежды введением коэффициента, харак­теризующего дополнительный прогиб одежды под действием нагрузки от второго колеса (рис. 7.22).

Сравнительные расчеты, выполненные С. Н. Митурским (Союздорнии) применительно к типичным конструкциям дорож­ных одежд, позволили ему предложить следующие средние нормы нагрузки на дополнительную ось, в долях от допустимой нагрузки для нормальной одиночной оси:

Расстояние между осями, м …….......1 1-1,5 1,5-2 2-4 4

Нагрузка на дополнительную ось… 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Следует, однако, учитывать, что при движении трехосных автомобилей износ покрытий возрастает. В большинстве трех­осных автомобилей колеса ведущих тележек кинематически свя­заны между собой. В этих случаях разность радиусов шин в связи с возможным различием в них внутреннего давления, различной степенью износа шин, а также с влиянием неровностей дорожного покрытия приводит к систематическому пробуксованию или про­скальзыванию колес одной из осей (явление циркуляции мощ­ности), что неизбежно вызывает повышенный износ покрытия.

Часто неправильно полагают, что автомобили с одинаковым давлением на покрытие оказывают одинаковое разрушающее воз­действие на дорожные одежды. Существующие методы расчета толщины дорожных одежд показывают, что увеличение площади контакта колес с покрытием при сохранении постоянного значе­ния внутреннего давления в шинах, т. е. увеличение нагрузки на колесо, резко ухудшает условия работы дорожных одежд.

Чем больше площадь контакта колеса автомобиля с покрытием, тем на большую глубину распространяется от него давление в под­стилающий грунт. График на рис. 7.23 объясняет, почему особенно опасен проезд большегрузных автомобилей со значительной нагрузкой на колесо по дорогам в период весеннего оттаи­вания грунта, когда на пучинистых участках па некоторой глубине от поверхности распо­лагаются прослойки сильно пе­реувлажненного грунта. Более легкие автомобили в этот пе­риод проезжают, не разрушая дороги, так как опасные для устойчивости слабого грунта значения напряжений недостигают ослабленного грунта. При проезде тяжелых автомобилей дорожная одежда продавлива­ется с выжиманием па поверх­ность разжиженного грунта.

Для одиночных проездов тя­желых автомобилей в периоды ослабления дорожных одежд значение уменьшенной нагрузки может быть установлено на основе положений теории расчета не­жестких дорожных одежд путем сопоставления с параметрами автомобилей, проезд которых обеспечивается дорожной одеждой.

Влияние на прочность дорожной одежды веса неподрсссоренных частей автомобиля менее изучено, чем влияние общего веса автомобиля. Поскольку динамическое воздействие движущегося автомобиля на покрытие связано с ударами колес при наездах на неровности пли при переездах через выбоины, то несомненно, что уменьшение веса неподрессоренных частей автомобиля в зна­чительной мере способствует снижению значения динамического коэффициента.

Конструирование автомобилей, планирование их выпуска и выбор объектов их эксплуатации должны основываться на точном учете состояния дорожной сети страны и, в частности, толщины существующих дорожных одежд. Чем выше нагрузка на ось автомобиля и выше давление в шинах, тем разрушительнее эффект воздействия автомобилей на дорогу.

Сроки службы автомобилей значительно короче периода, ко­торый необходим для коренной реконструкции дорожной сети страны. Поэтому в данное время, когда еще много дорог имеет тонкослойные одежды с коэффициентом запаса прочности, близ­ким к единице, необходимо считаться с тем, что сфера действия тяжелых автомобилей должна ограничиваться дорогами с покры­тиями капитальных типов. Эксплуатация их на тонкослойных ч слабых одеждах будет приводить к крайне быстрому разрушению трог в периоды переувлажнении земляного полотна.

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ

________________________________________________________________

Дата добавления: 2014-01-13