В статье представлен анализ способов улучшения сцепления шин с дорогой в зимний период эксплуатации, преимущества и недостатки каждого из них. Описывается способ решения проблемы, связанной с обеспечением безопасности дорожного движения механического транспортного средства на скользких участках дороги.
Ключевые слова: механическое транспортное средство, повышение сцепления шин с дорогой, дорожно-транспортное происшествие (ДТП).
Как известно, безрельсовое механическое транспортное средство является одним из самых опасных транспортных средств — средством повышенной опасности. В связи с этим возникает необходимость повышения безопасности управления безрельсовым механическим транспортным средством, особенно в зимний период эксплуатации. Одним из способов уменьшения количества совершаемых ДТП на скользких участках дороги, является повышение сцепления шин с дорогой.
В настоящее время известно достаточное множество способов повышения сцепления шин с дорогой. К наиболее распространённым относятся [1]:
изменение сцепного веса;
применение аэрозолей;
применение шипов (шипованные шины);
снижение давления воздуха в шинах;
применение цепей противоскольжения.
Изменение сцепного веса — способ, когда часть фактического веса, приходящегося на ведущую ось автомобиля, увеличивается за счёт перераспределения его в транспортном средстве. Увеличивая сцепной вес, можно улучшить проходимость машины, так как более нагруженные ведущие колёса лучше прижимаются к опорной поверхности и, следовательно, в пятне контакта шин с дорогой увеличится сила сцепления. Этот приём известен давно, проще говоря, в буксующем автомобиле производится пересадка пассажира с переднего сиденья на заднее (в переднеприводном автомобиле наоборот вперёд).
Применение аэрозольных баллончиков (рис. 1) с соответствующим содержанием внутри. Они носят разные названия, чаще всего встречается «Спрей для сцепления шин со льдом». Такое средство действительно улучшает сцепление шин с ледяной дорогой, но у этого способа есть существенный недостаток — он действует кратковременно.
Рис. 1. Спрей для сцепления шин со льдом
Применение шипов. Речь идёт о съёмных или ремонтных шипах (рис. 2). Ремонтные шипы предназначены для замены штатных, утерянных при эксплуатации. По сути, ремонтные шипы представляют собой саморезы, которые имеют острые наконечники. К сожалению, применение ремонтных шипов нигде не регламентировано, и использование данного способа может повлечь порчу шины и поэтому не рекомендуется.
Рис. 2. Ремонтные шипы
Снижение давления воздуха в шинах — старый солдатский способ повышения проходимости на любой дороге. При использовании этого способа увеличивается площадь сцепной поверхности (рис. 3) и, следовательно, повышаются шансы выбраться из ледяной «ловушки». Этот способ легко применяется именно на военной автомобильной технике, имеющей систему центральной накачки шин, а вот на транспортных средствах гражданского исполнения приходится снижать давление воздуха в шинах вручную, отдельно на каждом колесе. И как недостаток можно отметить, что водители после преодоления скользкого участка забывают довести давление в шинах до нормального, а шина с низким давлением воздуха в ней сильно (и быстро) изнашивается.
Рис. 3. Шины со сниженным давлением воздуха
Цепь противоскольжения (рис. 4) — лучший способ преодоления бездорожья. Срок эксплуатации цепей больше, чем у ремней или браслетов. Монтировать на колёса их лучше заблаговременно, до выезда. Различают цепи «снежные» и «грязевые». Применение любых цепей помогает удерживать машину в движении при встречных разъездах и на косогоре.
Рис. 4. Цепь противоскольжения
Перечисленные способы повышения проходимости имеют свои как положительные, так и отрицательные стороны, но все они, к сожалению, не решают проблему, связанную с движением автомобиля в сложной дорожной ситуации, когда колёса теряют сцепление с дорогой. Водитель, управляя транспортным средством, не может предугадать, где находится скользкий участок дороги и где ему необходимо надеть цепи противоскольжения, или обработать шину спреем из баллончика, все эти средства применяются заблаговременно или с предварительной остановкой транспортного средства.
В настоящее время нет устройств, методов или способов, применяемых на механических транспортных средствах, которые бы изменяли сцепление колёс с дорогой на скользких участках дороги во время его движения при внезапном наезде на поверхность с низким сцеплением — лёд. Такие устройства существуют, например, на железнодорожном транспорте (рис. 5).
Рис. 5. Устройство для подачи песка к колёсам железнодорожного вагона
Известно устройство для подачи песка к колесам железнодорожного транспортного средства, раскрытое в авторском свидетельстве (SU 366106 А, Л. И. Матвеев, 07.03.73, В 61 С 15/10). Указанное устройство включают в себя бункер для хранения абразивного материала и средство для подачи абразивного материала к зоне контакта колеса с опорной поверхностью, которое представляет собой распылитель с эжекционной форсункой. Недостатком прототипа является то, что он не ориентирован на использование на дорожных колёсных транспортных средствах, не обеспечивает требуемый уровень эффективности в связи с использованием песка в качестве абразивного материала и отличается недостаточной надежностью вследствие возможного засорения эжекционной форсунки при движении транспортного средства по дороге в обычном режиме [2].
Также известен патент (SU 1801827 A1, Н. И. Горбунов и др. 1990.09.17, В 61 С 15/10) — форсунка для песочницы локомотива. Сущность данного патента аналогична предыдущему, но имеет ряд особенностей. Благодаря форсунке, которая в свою очередь обеспечивает как точечное распыление, так и масштабное на рельсовое сечение. Такая форсунка имеет возможность регулировки угла распыления, причём она управляется датчиками, которые регистрируют скорость скольжения колёсных пар, и они же являют источниками тока для открытия электромагнитных форсунок. Устройство такой форсунки представлено на рисунке 6 [3].
Рис. 6. Электромагнитная форсунка для песочницы локомотива
При торможении железнодорожного состава скорость проскальзывания колёс фиксируется датчиками, они же являются источниками тока для подачи сигнала на открытие (закрытие) электромагнитных клапанов форсунок. При попадании колёс на скользкий участок путей колесо начинает проскальзывать, тем самым резко увеличивается его угловая скорость вращения, которая фиксируется датчиками, и они подают сигнал на открытие электромагнитных форсунок. После поступления сигнала на открытие электромагнитных форсунок сжатый воздух поступает в каналы 6 и 8.
Часть воздуха проходит через перепускной канал 7 и разрыхляет песок в рыхлительной полости 2. Так же регулируется величина открытия электромагнитного клапана в зависимости от скорости проскальзывания колёс. В том случае если скорость проскальзывания колёс не большая, то вентиль подачи воздуха полностью открыт. При таком положении вентиля часть сжатого воздуха поступает по каналу 6, а часть — по каналу 8.
Прежде чем попасть в сопло 5 эти два потока пересекаются друг с другом. В результате чего поток воздуха, входящего в канал сопла 5 замедляется, тем самым уменьшается скорость воздуха на выходе из сопла 4.
Это дает возможность регулировать подачу количества песка (абразивного вещества), а, следовательно, в значительной мере уменьшить его расход. При большой скорости проскальзывания колёс вентиль так же полностью открыт. Однако в этом случае сжатый воздух, поступающий в форсунку, поступает только в канал 6, не замедляется встречным потоком, что обеспечивает максимальную скорость выхода воздуха из сопла 5 к горловине 4, что соответствует максимальному количеству увлекаемого разрыхлённого песка (абразивного вещества).
Вышеуказанное устройство не используется на автомобильной технике.
Анализируя статистику дорожно-транспортных происшествий, можно увидеть, что у 20 % ДТП причиной является потеря управления транспортным средством из-за снижения сцепления шин с дорогой, что указывает на необходимость повышения безопасности дорожного движения за счёт повышения коэффициента сцепления шин с дорогой. Такая задача может быть реализована. Предлагается модернизировать рассмотренные выше устройства и применить их на грузовых автомобилях.
Модернизация устройства будет заключаться в автоматизации его работы за счёт применения датчиков угловых скоростей, установленных непосредственно на колёсах автомобиля и электромагнитной форсунки, которая будет включаться в зависимости от изменения угловой скорости вращения колёс. Принцип действия данного устройства заключается в том, что при движении механического транспортного средства по не скользкому участку дороги колёса автомобиля не проскальзывают и датчики угловых скоростей не подают команду на открытие электромагнитного клапана. При попадании колёс на скользкий участок дороги происходит их проскальзывание, уменьшение сцепления шин с дорогой, что фиксируется датчиками в виде резкого изменения угловой скорости вращения колёс и в этом случае датчики подают сигнал на срабатывание электромагнитного клапана, который открывает доступ сжатого воздуха к форсунке песочницы, которая разбрасывает песок под проскальзывающие колёса, это приведёт к увеличению сцепления шин с дрогой и вернёт возможность управления движением транспортного средства, а следовательно к повышению безопасности дорожного движения. Преимущество такого устройства заключается в его автоматическом действии, водителю не придется нажимать дополнительные кнопки или воздействовать на рычаги управления для его включения.
Учитывая величину давления в ресиверах тормозной системы в конструкцию устройства необходимо установить клапан регулирования давления для снижения давления подаваемого в форсунку воздуха и предотвращения выброса песка мимо колёс.
Литература:
- Сайт «За рулём», М. Колодочкин (15.11.2019 г.) 9 способов улучшить сцепление шины с дорогой (если вы завязли) Режим доступа: https://www.zr.ru/content/articles/919822–9-sposobov-uluchshit-stseplenie/ (Дата обращения 05.02.2020 г.).
- Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР № 366106, М. Кл. В 61с 15/10. Форсунка песочницы / Матвеев Л. И.; автор изобретения Л. И. Матвеев — № 1726968/27–11; заявл. 20.12.1971; опубл. 16.01.1973, Бюл. № 7. — 2 с. Режим доступа: https://yandex.ru/patents/doc/SU1801827A1_19930315 (Дата обращения 05.02.2020).
- Описание к авторскому свидетельству СССР SU 1 801 827 А1, кл. В 61 С 15/10, 1974, МПК В61С 15/10 (2006.01). Форсунка песочницы локомотива / Горбунов Н. И. [и др.]; заявитель и патентообладатель Ворошиловградский машиностроительный институт. — № 4879350/11; заявл. 17.09.90; опубл. 15.03.93, Бюл. № 10. — 3 с. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_ 0000366106_19730116_A1_SU/ (Дата обращения 05.02.2020).
