ОСНОВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ ТРАНСПРОТНЫХ СРЕДСТВ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

MAIN RESISTANCE TO VEHICLE MOVEMENT ON MOTOR ROADS

Denis Khanygin

student, Department of General Scientific and General Technical Disciplines, Military Academy of Logistics named after General of the Army A.V. Khrulev,

Russia, St. Petersburg

Alexey Nikonorov

scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Professor, Military Academy of Logistics named after General of the Army A.V. Khrulev,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

Представленная статья посвящена исследованию основных видов сопротивления движению, эта тема поможет в создании новых методов оценки транспортно-эксплуатационных качеств полевых дорог.

ABSTRACT

The presented article is devoted to the study of the main types of resistance to movement, this topic will help in the creation of new methods for assessing the transport and operational qualities of field roads.

Ключевые слова: сопротивление, дорога, грунт, движение.

Keywords: resistance, road, soil, movement.

Основное сопротивление движению является основным видом сил сопротивления движению. На его долю приходится около 90% потерь энергии в равнинной местности, около 80% в холмистой и 65% в горной местности [1].

Как уже отмечалось ранее основное сопротивление движению складывается из потерь в трансмиссии, зависящих от конструкции автопоезда, потерь на качение шин, зависящих от типа покрытия и его состояния, потерь на сопротивление воздуха.

В общем балансе затрат энергии на перечисленные виды потерь затраты энергии распределены следующим образом [2]:

1. Потери в качение – 60–70%
2. Аэродинамические сопротивления – 19–24%
3. Потери в трансмиссии – 10–15%

Потери в трансмиссии.

Эффективность движения автомобиля во многом зависит от минимизации потерь энергии.  Значительная часть этих потерь приходится на трансмиссию – систему, передающую крутящий момент от двигателя к ведущим колесам.  Согласно исследованиям [3], потери в трансмиссии представляют собой сложный комплекс явлений, зависящий от множества параметров и определяющий общие показатели топливной экономичности автомобиля. Внутренние потери мощности в трансмиссии обусловлены несколькими факторами.  К ним относятся: Трение в подшипниках: Это, пожалуй, самый значимый источник потерь.  Вращение шестерен, валов и других элементов трансмиссии неизбежно сопровождается трением в подшипниках, которое преобразует механическую энергию в тепло.  Качество подшипников, смазка и их износ напрямую влияют на величину этих потерь.  Стоит отметить, что потери в подшипниках ведущих колес часто рассматриваются совместно с потерями в трансмиссии, образуя единый комплекс потерь в силовом тракте. Трение между зубчатыми колесами: Зацепление зубьев шестерен также является источником трения, приводящего к потерям энергии. Качество обработки зубьев, их геометрия и смазка влияют на эффективность передачи крутящего момента.  Износ зубьев приводит к увеличению потерь. Деформационные потери: При передаче крутящего момента элементы трансмиссии подвергаются деформации, часть энергии расходуется на преодоление упругого сопротивления материалов. Это особенно актуально для трансмиссий с высокой нагрузкой. Гидравлические потери (для автоматических трансмиссий): В автоматических коробках передач дополнительные потери энергии возникают из-за работы гидравлической системы, включая насосы, клапаны и трение в гидравлических каналах. Внутренние аэродинамические потери: В некоторых типах трансмиссий, например, в планетарных, воздушные зазоры могут вызывать потери на преодоление аэродинамического сопротивления. Согласно [3], суммарные потери в трансмиссии обычно не превышают 15% от всех потерь на движение автопоезда.  Однако это среднее значение, и реальная величина потерь может значительно варьироваться в зависимости от состояния трансмиссии, режима работы двигателя и типа привода.  Например, на холостом ходу и при малых нагрузках доля потерь в трансмиссии относительно возрастает из-за преобладания постоянных потерь на трение.

Аэродинамическое сопротивление.

Вторым видом основного сопротивления движению является аэродинамическое сопротивление движению. Изучение аэродинамического сопротивления движению посвящены работы отечественных ученых [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18]. Согласно этим работам, аэродинамическое сопротивление зависит от скорости движения и может быть определено по известной зависимости:

                                                                                     (1.1)

где k_об – коэффициент обтекаемости, принимаемый для автопоездов 0,28:0,30; для одиночных автомобилей 0,06:0,075, Нм/с²; F- площадь миделева сечения 0,9ВН для автопоездов, 0,78ВН для 0,78ВН для автомобилей, м².

По результатам исследований, проведенных отечественными учеными [13, 19, 20], аэродинамическое сопротивление оказывает влияние только на скоростях движения более 10м/с и становится преобладающим при скоростях движения более 20 м/с.

Сопротивление качению.

Сопротивление качению является основным видом сопротивления движению. Затраты энергии на преодоление этого вида сопротивления при движении по дорогам с эксплуатационными скоростями (40–60 км/час) составляет 60–70% от общих затрат энергии на передвижение автопоезда на прямолинейном участке дороги с удовлетворительной ровностью покрытия.

При движении по дорогам с неровным покрытием появляется дополнительное сопротивление качению суммарные потери качению значительно возрастает.

В результате исследований Кулона Ж.А., Горячкина В.П., Пинегина С.В., Бируля А.К., Говорущенко Н.Я., Курьянова В.К., Кондрашовой Е.В., Скрыпникова А.В. и многих других было установлено, что сопротивление перекатыванию носит сложный характер и вызывается совокупным действием следующих факторов [4, 6, 21, 22, 23, 24]:

1. Потерями энергии за счет движения по неровностям;
2. Гистерезисными потерями в шине, зависящими от типа шины и внутреннего давления воздуха в ней;
3. Потерями, связанными с проскальзыванием колеса в отдельных областях пятна контакта;
4. Гистерезисными необратимыми потерями в материале основания, зависящими от деформативных свойств дорожной конструкции.

Влияние перечисленных факторов на сопротивление качению согласно [25] представлено рисунке 1.

Рисунок 1. Влияние основных параметров на коэффициент сопротивления движению

Из рис. 1. видно, что основными видами потерь на качение является сопротивление движению за счет движения по неровностям, потерь за счет деформации шины f(u) и f(P_W) и потерь за счет деформации дорожной конструкции f(E). Существенны потери энергии на качение за счет скорости движения и нагрузки на колесо f(V) и f(p).

Таким образом, подводя итоги можем сделать вывод:

1. В результате анализа работ, посвященных взаимодействию колеса с поверхностью качения установлено, что в настоящее время сопротивление движению за счет деформации дорожной конструкции либо не учитывается вообще, либо учитывается введением различных эмпирических и полуэмпирических коэффициентов;
2. Анализ показателей, характеризующих технико-эксплуатационное состояние полевых автомобильных дорог, показывает, что ни один из них не является комплексным. Характеристику состояния дороги можно получить только, определив множество показателей.
3. Основными факторами, влияющими на скорость движения полевых автомобильных поездов, являются ровность покрытия и суммарное сопротивление движению.

Список литературы:

1. Рябова О.В. Изучение географической среды для целей дорожного проектирования / О.В. Рябова [и др.] // Научный журнал строительства и архитектуры.-2020. - № 1 (57). - С. 84-95.
2. Проектирование эскизной линии плана трассы лесовозной автомобильной дороги / Е.В. Чирков, Е.В. Козлова, Д.Е. Болтнев, М.В. Мацнев, В.В. Никитин, А.Н. Брюховецкий // Тенденции развития технических средств и технологий в АПК: материалы международной научно-практической конференции. - Воронеж, 2021. С. 306–314.
3. Рябова О.В. Оценка и прогнозирование экологического состояния придорожной полосы в зимний период / О.В. Рябова [и др.] // Депонированная рукопись. – Воронеж: Воронежская государственная лесотехническая академия. - № 1404-В2005 31.10.2005
4. Влияние погодно-климатических факторов на системы комплекса "водитель - автомобиль - дорога - среда" / В.Г. Козлов, А.В. Скрыпников, М.А. Абасов, В.В. Никитин, В.В. Самцов // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. - 2019. - № 1. - С. 30-36.
5. Дорохин С.В. Повышение эффективности пассивной безопасности на участках лесовозных автомобильных дорог / С.В. Дорохин [и др.] // Современные проблемы науки и образования.- 2015. - № 1-1. - С. 90.
6. Имитационная модель функционирования лесовозной автомобильной дороги / В.В. Никитин, В.Г. Козлов, А.Ю. Арутюнян, М.М. Умаров // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник. - 2016. - Т.20. - № 2.- С. 167-172.
7. Исследования скоростей движения лесовозного подвижного состава / С.Ю. Саблин, А.В. Скрыпников, В.Г. Козлов [и др.] // Современные наукоемкие технологии. - 2021. - № 1. - С. 37-43.
8. Козлов В.Г. Влияние постоянных параметров плана и профиля дороги на скорость движения при различных состояниях поверхности /  В.Г. Козлов [и др.] // Роль аграрной науки в развитии АПК РФ: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 105-летию ФГБОУ ВО Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I. - 2017. - С. 87–95.
9. Кондрашова Е.В. Влияние вывозки лесоматериалов на транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог / Е.В. Кондрашова, А.В. Скрыпников, Р.А. Гниломедов // Леса России в XXI веке: материалы первой международной научно-практической интернет-конференции. - 2009. - С. 193–196.
10. Кондрашова Е. В. Геодезия. Руководство по автоматизированной обработке материалов полевых измерений различных видов съемок с помощью ЭВМ: методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальностей 260400 (250201) - Лесное хозяйство и 260500 (250203) - Садово-парковое        и ландшафтное строительство /Е.В. Кондрашова, Т.В. Скворцова, А.В. Скрыпников. - Воронеж, 2007.
11. Основные факторы, влияющие на выбор типа первичного (подвозка или трелёвка леса) и вторичного (вывозка) лесотранспорта / В.В. Никитин, А.В. Скрыпников, А.А. Берестовой, Р.С. Сапелкин, Д.Д. Бурмистрова, А.Н. Брюховецкий, В. А. Тимофеев, О.Н. Тверитнев, В.С. Прокопец // Строительные и дорожные машины. -2021. -№11. -С 43–49.
12. Особенности определения оптимальных расстояний между путями первичного лесотранспорта и пунктами погрузки / В. В. Никитин, А.В. Скрыпников, В.В. Торопцев, Ю. М. Чемшикова, В. А. Бурмистров, А.Н. Брюховецкий, Р.С. Сапелкин, Е. Д. Щербаков, В.С. Прокопец // Строительные и дорожные машины. -2021. -№11. –С. 50–54.
13. Оценка плавности лесовозных автомобильных дорог / А.О. Боровлев, А.В. Скрыпников, В.Г. Козлов [и др.] // Теория и практика инновационных технологий в АПК: материалы национальной научно-практической конференции. - Воронеж, 2021. - С. 371–381.
14. Применение методов нелинейного программирования при проектировании клотоидной трассы лесовозной автомобильной дороги / В.В. Самцов, В.В. Никитин, А.Н. Брюховецкий, В.А. Тимофеев, А.О. Боровлев, Е.Д. Щербаков, В.С. Прокопец // Механизация и автоматизация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве: материалы национальной научно-практической конференции. - 2020. - С. 631–639.
15. Скрыпников А.В. Влияние производственных факторов на ресурсопотребление при строительстве лесных автомобильных дорог / А.В. Скрыпников [и др.] // Воронежский научно-технический Вестник. - 2012. - Т.1. - № 2. - С. 59-77.
16. Скрыпников А.В. Выявление участков концентрации дорожно-транспортных происшествий на лесных автомобильных дорогах / А.В. Скрыпников [и др.] // Успехи современного естествознания. - 2014. - № 5-2. - С. 188-189.
17. Скрыпников А.В. Дорожные условия и режимы движения автомобильных потоков / А.В. Скрыпников // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник: науч.-информ. журн. - Москва, 2005. - Сер. 075/2005.
18. Скрыпников А.В. Обоснование необходимого минимального уровня видимости дорожной разметки / А.В. Скрыпников [и др.] //  Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6. - С. 48.
19. Оценка плавности лесовозных автомобильных дорог / А.О. Боровлев, А.В. Скрыпников, В.Г. Козлов, В.В. Никитин, А.Н. Брюховецкий, Н.Н. Булыгин // Теория и практика инновационных технологий в АПК: материалы национальной научно-практической конференции. - Воронеж, 2021. - С. 371–381.
20. Скрыпников А.В. Оценка транспортно-эксплуатационных качеств лесовозных автомобильных дорог в системе автоматизированного проектирования (САПР АЛД) / А.В. Скрыпников. - Воронеж, 2005.
21. Обобщение исследований оценки зрительной плавности лесовозных автомобильных дорог / А.О. Боровлев, В.Г. Козлов, В.В. Никитин, А.Н. Брюховецкий, Д.Е. Болтнев // Современные наукоемкие технологии.- 2021.-№ 5.- С. 28-32.
22. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2021662109 Российская Федерация. Программа расчёта стоимости ремонтных работ лесотранспортных машин / В.Г. Козлов, А.В. Скрыпников, И.М. Глинкина, В. В. Никитин, П.В. Тихомиров, А.Н. Брюховецкий, В.Ю. Букреев: заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ. - № 2021661259; завл.15.07.2021; опубл. 22.07.2021.
23. Скрыпников А.В. Повышение экономической эффективности капитальных вложений в строительство и реконструкцию автомобильных лесовозных дорог / А.В. Скрыпников, В.К. Курьянов // Экономика и производство. - 2005. - № 1. - С. 35-37.
24. Технико-экономическое обоснование продольного профиля лесовозных автомобильных дорог / С.Ю. Саблин, Е.В. Козлова, В.В. Никитин, П.В. Тихомиров, А.Н. Брюховецкий, А.Е. Чигирина // Тенденции развития технических средств и технологий в АПК: материалы международной научно-практической конференции. - Воронеж, 2021. - С. 278–287.
25. Козлов В.Г. Результаты исследования колееобразования на грунтовых усах лесовозных дорог / В.Г. Козлов [и др.] // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2016. - Т.20. - № 2. - С. 159-166.