Вождение автомобилей высокой проходимости - часть 4

 

Рис. 9.Схема влияния деформации шины на время уплотнения грунта (условно). 
а —с малой деформацией шины; б —с деформацией около 30% от высоты профиля 

 
Рассмотрение процесса сдвига грунта в табл. 4 выполнено в упрощенном виде. На самом 
деле  в  плоском  контакте  шины  с  грунтом  при  низком  давлении  воздуха  в  ней  не  все 
грунтозацепы  работают  одинаково  эффективно  в  одно  и  то  же  время,  как  это  было 
показано для упрощения в табл. 4, где приведен чистый сдвиг грунта без учета элементов 
перекатывания. 

 
 

Направление окружного усилия на колесе 

 

 

Рис.10. Схема влияния времени нахождения грунтозацепов в контакте С грунтом 
на величину передаваемой ими тяги 

 

 

Эффект  гусеницы,  присущий  качению  колеса  на  сильно  деформированной  шине, 

обусловливает  зависимость  степени  уплотнения  грунта  в  результате  его  сдвига 
грунтозацепом  от  времени  нахождения  этого  грунтозацепа  в  контакте  (рис. 10). На 
большинстве грунтов грунтозацеп 1, только что вошедший в контакт с грунтом, не может 
развить  такой  же  тяги,  как  грунтозацепы 2, 3, 4 и 5, которые  уже  определенное  время 
находились  в  контакте  с  грунтом  и  тяговая  реакция  грунта  под  которыми  стала  выше  в 
результате  произведенного  сдвига  и  уплотнения  грунтовых  призм.  Только  по  мере 
перемещения грунтозацепа вдоль площадки контакта его тяга достигнет 100% величины 
(для  данного  вида  грунта).  Грунтозацепы,  расположенные  в  данный  момент  времени 
ближе  к  концу  площадки  контакта,  передают  большую  тягу.  Такой  характер 
взаимодействия  деформированной  шины  и  грунта  показывает,  как  важно  иметь 
продолговатый, вытянутый в длину контакт колеса с грунтом, а также показывает влияние 
времени действия деформирующей силы на тяговую реакцию грунта.  

У  некоторых  видов  снега  при  нагружении  происходят  структурные  изменения, 

которые  связаны  с  временем  воздействия  нагрузки.  Увеличение  времени  воздействия 
шины  на  снег  способствует  его  упрочнению.  Поэтому  часто  непроходимые  обычным 
способом  участки  снежной  целины  удается  преодолеть,  двигаясь  на  минимально 
возможной скорости. 

Очень хорошо уплотняется деформированной шиной сырой снег. Это способствует 

уменьшению глубины колеи и существенно повышает тягу. 

Однако  есть  такое  состояние  снега,  при  котором  его  уплотнения  под  колесами 

практически  не  происходит.  Это  бывает  при  рыхлом  сыпучем  снеге  и  низких 
температурах  воздуха.  В  этом  случае  снег  практически  не  уплотняется  и  течет,  как 

сахарный песок. Но и в этом случае при пониженном давлении в шинах, несмотря на то, 
что  общее  сопротивление  движению  возрастает  (колея  не  уменьшается,  а  сила  тяги, 
необходимая  на  качение  деформированного  колеса,  больше,  чем  накаченного)  имеет 
место  улучшение  сцепления  колес  со  снегом.  Величина  тяги,  развиваемая  колесом,  при 
этом  определяется  сопротивлением  сдвигу  в  снежной  «подушке»,  заключенной  между 
шиной и грунтом. 

Снежная  «подушка»,  находящаяся  под  колесом  и  сжатая  по  вертикали,  обладает 

определенным сопротивлением сдвигу. Величина этого сопротивления находится в тесной 
связи  с  величиной  вертикального  удельного  давления.  При  этом  уплотнения  снега  не 
происходит, а просто снег под колесом сжимается и испытывает упругую деформацию. В 
таком  деформированном  состоянии  он  способен  воспринимать  касательную  тяговую 
нагрузку от колеса. 

Эксперименты  показывают,  что  наибольшее  удельное  сопротивление  сдвигу 

поджатого снега соответствует вертикальному удельному давлению 0,5 кгс/см

2

. В табл. 5 

приведены  результаты  испытаний  по  определению  величины  сопротивления  сыпучего 
снега сдвигу при воздействии на него штампом, имитирующим площадку контакта колеса 
при различном вертикальном удельном давлении. Увеличение удельного давления свыше 
0,5  кгс/см

2

  и  уменьшение  его  приводит  к  уменьшению  удельной  силы  сопротивления 

сдвигу и уменьшению тяговой реакции снега. При понижении давления воздуха в шинах 
до 0,5 кг/см

2

  удельное  давление  колес  на  снег  приближается  к  этому  оптимальному  для 

сыпучего снега уровню. 
 

Таблица 5 

Удельное дав-

ление на снег, 

кгс/см2 

Сопротивление 

сдвигу штампа, 

кгс 

0,8 
0,5 
0,3 
0,1 

290 
400 
300 
150 

 
 

 

Таблица 6 

Вид грунта 

Сила тяги, 

кгс, на крюке 

автомобиля 

 

ЗИЛ-151 ЗИЛ-157

Сырой песок 

Луговина 

Снег глубиной 300 мм 

3400 

1960 

930 

6363 

3560 
2250 

Удельные  давления  на  грунт,  полученные  при  давлении  воздуха 0,5 кгс/см

2

  и 

приведенные  ранее,  определены  по  отпечаткам  шин  на  твердом  грунте.  На 
деформируемом  грунте  средняя  величина  удельных  давлений  фактически  получается 
меньше,  так  как  в  этом  случае  нагрузку  начинают  воспринимать  деформированные 
боковины шины, которые при снятии отпечатков шин на твердом грунте не касаются его и 
поэтому не учтены в площади отпечатка. 

Следует  иметь  в  виду,  что  в  большинстве  случаев  давление  воздуха  в  шинах, 

соответствующее наименьшему сопротивлению движения на слабых грунтах, не является 
тем  давлением,  которое  следует  использовать  на  бездорожье.  Дело  в  том,  что  давление 
воздуха  в  шине,  соответствующее  наибольшему  уровню  тяги,  как  правило,  несколько 
ниже давления, соответствующего наименьшему сопротивлению движения. 

Так как в условиях бездорожья, помимо увеличенного сопротивления, связанного с 

образованием колеи, постоянно встречаются неровности дороги и другие препятствия для 
непрерывного  движения,  автомобиль  должен  обладать  постоянным  запасом  сцепления 
колес (запасом тяги). Чем больше этот запас, т. е. чем большую тяговую реакцию грунт 
может оказывать при воздействии на него колес, тем увереннее движение и тем с большей 
скоростью  можно  двигаться.  А  большая  скорость  движения,  в  свою  очередь,  повышает 
проходимость  автомобиля,  так  как  отдельные  короткие  участки  особо  тяжелого 

бездорожья  в  этом  случае  преодолеваются  с  разгона  с  использованием  кинетической 
энергии автомобиля. 

Экспериментально  установлено,  что  при  переходе  от  давлений  минимального 

сопротивления  движению  к  давлениям,  соответствующим  наибольшей  тяге  на  крюке  и 
наиболее  предпочтительным  для  преодоления  труднопроходимых  участков,  тяговые 
возможности автомобиля возрастают: на сыром песке на 11, на луговине на 12, на сухом 
снегу с настом на 11 и на сыром снегу на 17%. Поэтому при выборе давления воздуха в 
шинах  необходимо  придерживаться  инструкции  по  эксплуатации  и  снижать  давление  в 
шинах до требуемого уровня более низкого на более тяжелых для проходимости участках. 
Чтобы  представить  себе,  насколько  отличаются  автомобили  высокой  проходимости  от 
обычных полноприводных автомобилей со спаренными шинами, сравним тягу на крюке, 
развиваемую  автомобилем  высокой  проходимости  ЗИЛ-157,  с  тягой,  которую  мог  бы 
развить автомобиль ЗИЛ-151 ( табл. 6). Замеры были выполнены в одинаковых условиях. 
Как видно из табл. 6, величина тяги на крюке у ЗИЛ-157 выше, чем у автомобиля ЗИЛ-151 
в 1,5—2 раза. 
 
Влияние  общего  передаточного  числа  трансмиссии  на  проходимость.  Как  уже  было 
сказано  выше,  когда  сила  тяги,  развиваемая  колесами,  превосходит  суммарную  силу 
сопротивления  движению,  автомобиль  движется.  Если  же  эта  сила  меньше,  наступает 
остановка.  Остановка  может  быть  в  двух  случаях:  остановился  двигатель  из-за 
неправильно выбранной передачи или малого угла открытия дросселя карбюратора, т. е. 
из-за  недостатка  крутящего  момента,  подводимого  к  колесам,  или,  что  бывает  гораздо 
чаще, из-за недостаточной величины тяговой реакции грунта и полного буксования колес. 

Особенности  автомобилей  высокой  проходимости  таковы,  что  они,  в  отличие  от 

обычных автомобилей, могут двигаться с полностью выбранным дорожным просветом и 
глубоким  погружением  колес  в  грунт.  Такой  способностью  они  обладают  на  снегу  и 
некоторых  слабых  грунтах,  лежащих  на  твердом  основании.  Суммарная  сила 
сопротивления  движению  в  подобных  условиях  имеет  несколько  составляющих. 
Основные  сопротивление  качению  деформированной  шины  (чисто  внутренние  потери), 
сопротивление  грунта  вертикальной  деформации,  сопротивление  грунта  сдвигу  перед 
колесом,  сопротивление  грунта  сдвигу  перед  балкой  ведущего  моста.  Ведущие  мосты, 
следующие за первой осью, испытывают, например, у трехосного автомобиля несколько 
меньшее, но аналогичное сопротивление из-за углубления колес второй и третьей осей в 
грунт (рис. 11). Такой характер движения требует большой силы тяги. 

Величины сил сопротивления движению различны на разных грунтах и, например, 

для автомобиля ЗИЛ-157 составляют: на асфальте 160, на снежной целине 1300, на сырой 
луговине 1000 и на сыром песке 900 кгс. Такое существенное увеличение сопротивления 
движению  по  сравнению  с  сопротивлением  качению  по  асфальту  требует 
соответственного увеличения тяги, развиваемой колесами, и затрат большей мощности. 
 

 

Рис. 11. Упрощенная  схема  сил,  оказывающих  сопротивление  движению  колес 
трехосного автомобиля на глубоком снегу 

 

Удельная мощность двигателей обычных автомобилей высокой проходимости, т. е. 

мощность,  приходящаяся  на  одну  тонну  полного  веса,  почти  не  отличается  от  удельной 
мощности  дорожных  автомобилей.  Поэтому  тяга  для  движения  по  бездорожью  может 

быть увеличена только за счет увеличения крутящего момента, подводимого к колесам, и 
снижения скорости движения. Для повышения крутящего момента на колесах автомобили 
высокой  проходимости  снабжаются  демультипликаторами,  т.  е.  понижающими 
передачами, которые обычно встраиваются в раздаточные коробки. 

Переключение  раздаточной  коробки  на  демультипликатор  (на  первую  передачу) 

приблизительно  в 2 раза  повышает  крутящий  момент,  подводимый  к  колесам,  и 
соответственно в 2 раза снижает максимальную скорость. Следует иметь в виду, что для 
существующих  автомобилей  высокой  проходимости  такое  снижение  максимальной 
скорости  неизбежно.  В  большинстве  случаев  величина  этой  скорости  ограничивается  не 
мощностью  двигателя,  а  плавностью  хода  автомобиля.  На  труднопроходимых  выбитых 
дорогах  водитель  вынужден  из-за  тряски  снижать  скорость.  Кроме  того,  по  условиям 
износостойкости шин при работе их на пониженных давлениях имеются ограничения по 
скорости.  Например,  у  автомобиля  ЗИЛ-131  при  различных  внутренних  давлениях  рт  в 
шинах, скорость не должна превышать следующих величин: при рт = 0,5 – 0,75 кгс/см

2

 — 

10, при рш = 0,75 – 1,5 кгс/см

2

 — 20, при рш = 1,5 — 3,0 кгс/см

2

 — 30 км/ч. 

 
Лебедка,  как  средство  повышения  проходимости.  С  введением  шин  сверхнизкого 
давления  и  системы  регулирования  давления  воздуха  в  них  проходимость 
полноприводных  грузовых  автомобилей  резко  возросла,  однако  случаи  их  застревания 
возможны.  И  в  этих  случаях  основным  средством,  повышающим  проходимость, 
становится лебедка. 
Если  тяга  на  колесах,  например  у  ЗИЛ-157,  ограничена  на  сухом  снегу  величиной 3220 
кгс,  на  сырой  луговине 4420, то  в  этих  же    условиях  тяга,  развиваемая  лебедкой,  при 
использовании подвижного блока достигает 9000 кгс. 

Применения  лебедки  при  самовытаскивании  определяется  возможностью 

надежного  крепления  ее  троса,  как  правило,  за  деревья  или  пни.  Величина  тяги  на 
барабане лебедки составляет у автомобиля высокой проходимости около 50% его полной 
массы  с  грузом  и  при  надежном  креплении  троса  и  использовании  блока  на  нужном 
направлении гарантирует успешное самовытаскивание. 

Лебедка автомобиля может быть использована как для самовытаскивания, так и для 

оказания  помощи  застрявшим  автомобилям. При  оказании  помощи  другим  автомобилям 
на  успех  применения  лебедки  сильно  влияет  состояние  грунта,  на  котором  находится 
вытаскивающий  автомобиль,  и  соотношение  его  массы  к  массе  вытаскиваемого 
автомобиля, а также степень застревания последнего. 

Например, автомобиль ЗИЛ-131, стоящий на плотном скользком укатанном снегу, 

сможет развить тягу, вытаскивая лебедкой застрявший автомобиль, немногим более 1 тс 
(рис. 12, а). В то же время при закреплении вытаскивающего автомобиля за ствол дерева 
достаточного  диаметра  и  применения  блока  на  вытаскиваемом  автомобиле  возможно 
получение тяги на крюке блока 9000 кгс (рис. 12, б). 
 

 

Рис. 12. Способы вытаскивания автомобилей лебедкой и влияние состояния грунта 
на величину тягового усилия