Сила сцепления колеса с рельсом

Силы — сцепление

Силы сцепления между частицами могут играть при этих перемещениях троякую роль. И, наконец, в-третьих, при низких температурах они обусловливают стремление частиц жидкости сблизиться друг с другом. Это обстоятельство должно препятствовать их равномерному распределению при возрастании объема и приводить к дальнейшему усилению тех местных флуктуации плотности, которые существовали бы в отсутствие сил сцепления.
 

Силы сцепления ( адгезии) уплотнительной прокладки с металлическими поверхностями должны быть достаточны для обеспечении нужного растяжения прокладок при увеличении зазора.
 

Силы сцепления, действующие на частицу внутри жидкости, взаимно уничтожаются.
 

Силы сцепления, обусловливающие слипание частиц, имеют ту же природу, что и межмолекулярные ( ван-дер-ваальсовские) силы

Весьма важно, что силы, действующие между частицами, очень быстро возрастают при сближении их поверхностей.
 . Силы сцепления между молекулами пренебрежимо малы.
 

Силы сцепления между молекулами пренебрежимо малы.
 

Силы сцепления в металле вызываются взаимным протяжением всей совокупности свободных электронов с кристаллической решеткой положительных ионов. Металл принимает форму такой решетки, при которой энергия его электронов оказывается наименьшей.
 

Силы сцепления имеют обычно ту же природу, что и межмолекулярные ( ван-дер-ваальсовы) силы. Существенно, что силы, действующие между частицами, очень быстро возрастают при сближении частиц.
 

Силы сцепления между молекулами воды и стекла больше сил сцепления между молекулами воды; вода удерживается около стекла до тех пор, пока. Силы сцепления между молекулами ртути и стекла, наоборот, меньше сил сцепления между молекулами ртути, и ртуть не накапливается вблизи поверхности стекла. На стекающую воду, кроме силы тяжести, действуют силы сцепления, заставляющие струю воды менять направление движения. Так как жир не смачивается водой, над лезвием слой воды отсутствует и лезвие опускается в воду до тех пор, пока сила давления воды снизу не уравновесит вес лезвия. В случае чистого лезвия вода растекается по нему. Расплавленный припой смачивает чистую металлическую поверхность и не смачивает окисленную.
 

Силы сцепления проявляются в газообразных, жидких и твердых телах.
 

Силы сцепления между атомами сравнительно велики, поэтому атомные решетки особенно прочны. Вследствие этого вещества, имеющие атомную решетку, характеризуются большой твердостью и высокой температурой плавления. Примером веществ, имеющих атомную кристаллическую решетку, является алмаз.
 

Силы сцепления, обусловленные поверхностным натяжением влаги шихты, оказывают влияние не только на загрузку коксовых печей, но и на ряд других производственных операций.
 

Силы сцепления ( взаимного притяжения) между молекулами жидкости могут быть больше или меньше, чем силы сцепления между молекулами жидкости и молекулами соприкасающегося с ней твердого тела.
 

Силы сцепления между молекулами двух различных фаз характеризуются работой адгезии Wa. Эта работа затрачена на разделение обеих фаз для преодоления сил их притяжения, действующих через поверхность раздела.
 

Силы сцепления между частицами пропорциональны времени поддержания слоя при высокой температуре, поэтому в большой установке возможны эксплуатационные затруднения, хотя система вполне работоспособна в аппаратуре малого масштаба. Силы сцепления между частицами, препятствующие повторному псевдоожижению, весьма невелики, поэтому слой с агрегированными частицами, находящийся в металлической трубе, обычно легко заново перевести в псевдоожиженное состояние после энергичного постукивания по трубе. Кроме того, возможность связывания слоя в установках малых размеров уменьшается из-за неизбежной вибрации в период остановки.
 

Сила — сцепление — частица

Сила сцепления частиц возникает, очевидно, не сразу, поскольку для вытеснения адсорбированных газов и паров с поверхности твердых частиц и образования мениска требуется время.
 

В рыхлых отложениях силы сцепления частиц между собой и с поверхностью нагрева не велики. Плотные отложения и особенно спекшиеся стекловидные отложения сильно связаны между собой, а также с поверхностями нагрева. Поэтому удаление отложений с поверхностей нагрева в топке и газоходах должно выполняться регулярно и своевременно.
 

Эта сила равна силе сцепления частиц меди, отрываемой упругостью воздуха, которая возродилась в поре металла.
 

Флотация) или силами сцепления частиц при непосредств контактировании в жидкости ( см. Структурообразование в дисперсных системах), а порошка или дисперсной пористой с тру к ту ры-скоростью и равновесной высотой пропитки жидкостью. Тепловые эффекты особенно велики для твердых тел, способных к сольватации средой и набуханию в ней; напр.
 

Прочность осажденных слоев и сила сцепления частиц с поверхностью осадительного электрода исследовались на центрифуге ЦЛС-2. Сила сцепления частиц с подложкой характеризуется числом адгезии к, которое определяется как отношение веса порошка, оставшегося па подложке после вращения, к исходному весу осажденного слоя. Результаты опытов ( рис. 9) позволяют заключить, что слои, осажденные в поле большей напряженности, обладают и большей прочностью.
 

Высокий максимум ПП обусловлен возникновением сил ка-пиллярного сцепления частиц.
 

В процессе резания резец преодолевает силу сцепления частиц металла. Врезаясь в металл, резец испытывает со стороны заготовки давление и, в свою очередь, сам с такой же силой воздействует на нее.
 

Вообще же, он придает силам сцепления частиц ( и упругости) особое значение и полагает, что в зависимости от этих сил могут изменяться и отношения, в которых образуются химические соединения. Согласно Бертолле, вовсе не обязательно, чтобы химические соединения образовывались в постоянных отношениях. Он считает, что важным ( и единственным) признаком химического соединения служит отличие физических свойств его от свойств исходных веществ, и поэтому относит к соединениям растворы, стекла, металлические сплавы и другие смеси. Таким образом, высказывая мысль, что химические соединения могут образовываться в любых отношениях, Бертолле считает скорее исключением, чем правилом, образование соединений в постоянных отношениях.
 

Когда величина давления на клин превысит силу сцепления частиц материала, происходит расцепление материала. Работа резца имеет много общего с работой клина.
 

Чтобы с обрабатываемой заготовки снять стружку, необходимо преодолеть силу сцепления частиц металла между собой. Сопротивление металла резанию вызывает силу, которая преодолевается резцом.
 

Процесс уменьшения размеров кусков твердых материалов механическим путем — путем преодоления силы сцепления частиц — называется процессом измельчения.
 

Процесс уменьшения размеров кусков твердых материалов механическим путем — путем преодоления силы сцепления частиц — называется процессом измельчения. Обычно процесс измельчения крупных кусков называют дроблением, а процесс измельчения мелких кусков — размолом или помолом.
 

Сила — сцепление — колесо

Второе условие плавучести заключается в том, что при входе или выходе из воды автомобиль не должен потерять плавучесть и сцепные свойства, поскольку в этот период движение возможно только под действием силы сцепления колес с грунтом.
 

Чтобы предотвратить занос и опрокидывание, водитель всегда должен управлять автомобилем так, чтобы, с одной стороны, не допускать чрезмерного возрастания боковых сил и, с другой стороны, сохранять достаточный запас силы сцепления колес с дорогой

Для этого следует избегать крутых поворотов на большой скорости, быстрого нажатия, а также отпускания педали дросселя карбюратора или педали управления подачей топлива у дизельного двигателя, резкого торможения, соблюдать особую осторожность, управляя автомобилем на скользкой дороге и при наличии поперечного ( в сторону от центра поворота) наклона полотна дороги.
 

Устройства системы пескоподачи ( рис. 30) обеспечивают подачу песка в места контакта с рельсами поверхностей катания колес первой и четвертой колесных пар при движении вперед, третьей и шестой — при движении назад, что увеличивает силу сцепления колес с рельсом. Кроме того, предусмотрена индивидуальная подача песка под первую колесную пару, наиболее склонную к буксованию.
 

Говоря о первой причине, следует отметить следующее. Сила сцепления колеса с рельсом равняется произведению коэффициента сцепления на нагрузку от оси на рельс. Если нагрузка от оси данного вагона на рельс — величина постоянная, то коэффициент сцепления изменяется в значительных пределах ( 0 04 — 0 30) и зависит от состояния пути, скорости поезда, нагрузки па ось колесной пары.
 

Сила тяги электровоза определяется и ограничивается мощностью его электродвигателей и величиной сцепного веса. Она не должна превышать силу сцепления колес электровоза с рельсами, чтобы предотвратить буксование.
 

Сжользко бывает и ранним утром, когда на покрытие дороги садится туман, и в жаркий полдень, когда на асфальтобетонном покрытии выступает вяжущее вещество, и в период осеннего листопада, когда мокрые листья покрывают дорогу. На скользкой дороге значительно снижается сила сцепления колес автомобиля с дорогой, значительно увеличивается тормозной путь, возникает опасность блокировки колес, а это чревато самым неприятным — — потерей устойчивости автомобиля.
 

Заносы наиболее вероятны при движении по скользкой ( влажной, заснеженной, обледеневшей) дороге, когда коэффициент сцепления колес с ее поверхностью сильно уменьшается. Кроме того, следует помнить, что сила сцепления колес с дорогой используется не только для противодействия их скольжению в поперечном направлении, но и для противодействия буксованию и движению юзом. Поэтому если, например, при включенной низшей передаче и большом открытии дросселя карбюратора ведущие колеса начинают буксовать, сила их сцепления с дорогой уже полностью использована и они не могут оказать никакого сопротивления заносу.
 

Буксование электровозов — явление частое и довольно опасное. Оно возникает, когда сила тяги превысит силу сцепления колес с рельсами, что приводит к уменьшению силы тяги.
 

Под действием боковой силы до опрокидывания может начаться скольжение всего автомобиля в поперечном направлении. При этом сила Ga sin рд стремится вызвать скольжение автомобиля, а сила сцепления колес с дорогой Ga cos Рд ф противодействует ей.
 

На практике желательно иметь тормозную силу возможно большей. Однако необходимо помнить, что для нормального торможения сила Вт в любой момент времени не должна превосходить силу сцепления колеса с рельсом.
 

Трансмиссия без дифференциала ( ведущие колеса жестко связаны) сообщает крану хорошую боковую устойчивость и развивает на прямой дороге максимальную тяговую силу; может проходить кривые только большого радиуса. Трансмиссия с дифференциалом позволяет проходить кривые малого радиуса без потерь; на соосные колеса передаются одинаковые крутящие моменты, каждый из которых равен моменту, соответствующему силе сцепления наименее нагруженного колеса. Для увеличения тяговой силы крана при движении в тяжелых дорожных условиях применяется блокировка дифференциала.
 

Коэффициент полезного действия ведущего колеса

Физически коэффициент полезного действия
ведущего колеса представляет собой
отношение работы, производимой этим
колесом, к энергии, подводимой к колесу.

КПД ведущего колеса η_кможно определить с учетом величины
сопротивления качению и величины
буксования, если таковое присутствует.

В первом случае коэффициент полезного
действия, учитывающий сопротивление
качению f, определяется относительной
долей потерянного момента, подведенного
к колесу:

.

Во втором случае
коэффициент полезного действияη_δучитывает эффект буксования ведущего
колеса

η_δ= (100
—δ) : 100,

где δ–
буксование, взятое в процентах.

Таким образом, мощность, полезно
используемая ведущими колесами
автомобиля, равна:

N_{к исп.}
= N_к η_к,

где: η_к=η_f η_δ;

N_к— мощность подведенная к ведущему колесу.

КПДведущего колеса зависит от
соотношения между тяговым усилием и
нагрузкой на колесо. Например, для
ведущего колеса автотягача с шиной
11,00 – 36 при внутреннем давлении в ней
0,085МПаего коэффициент полезного
действия достигает 80% при отношении
тягового усилия к нагрузке на колесо,
равном 0,4. С увеличением этого отношения
до 0,7КПДведущего колеса снижается
до 50%.

Динамические показатели

Размер шины, безусловно, крайне важен: от него зависит, насколько будут точны показатели спидометра, как машина будет вести себя при езде, и как быстро будет происходить износ самих покрышек.

Но, с другой стороны, коэффициент сцепления с дорогой может сказать владельцу достаточно многое. К примеру, очевидно, что пропорция между управляемостью автомобиля на любом типе покрытия и коэффициентом сцепления с дорогой всегда остается прямой: чем выше данный показатель, тем меньше вероятность того, что машина потеряет управление и уйдет в занос.

К слову, иногда свойство низкого коэффициента сцепления с дорогой используют в профессиональном спорте

К примеру, на соревнованиях по дрифту, где важно, чтобы машину можно было легко отправить в занос, заведомо применяют покрышки с невысоким коэффициентом сцепления с дорогой. Это позволяет не только добиться больших возможностей автомобиля при заносе, но и сделать шоу более зрелищными и привлекательными

Коэффициент сцепления с дорогой по большому счету необходим для того, чтобы у производителей появилась возможность рассчитать конечные значения силы трения и тяжести, которые действуют на шину при приложении различных нагрузок. К примеру, при передвижении на нагруженном автомобиле и при неизменном коэффициенте сцепления с дорогой сила трения будет выше.

С одной стороны, это означает, что управляемость машины значительно повысится, поскольку покрышка будет плотнее прилегать к дорожному полотну. С другой стороны, это приведет к повышению расхода топлива и к ускоренному износу корда

Поэтому важно соблюдать баланс между экономичностью и управляемостью, чем и занимаются производители по всему миру, которые ставят вопрос качества автошин превыше всего.

Силы — сцепление — молекула

Силы сцепления молекул, находящихся на поверхности тела, неполностью скомпенсированы притяжением изнутри, вследствие чего образуется поверхностное силовое поле. Оно притягивает молекулы газа или пара, которые располагаются в виде поверхностного слоя, состоящего из одного ( мономолекулярного) ряда или нескольких рядов молекул.
 

XIV мы видели, что силы сцепления молекул обусловливают поверхностное натяжение жидкости. При больших силах сцепления поверхностное натяжение велико. Следовательно, чем больше поверхностное натяжение, тем менее летуча жидкость и тем меньше давление насыщенного пара.
 

Для образования эмульсии необходимо уменьшить силы сцепления молекул масла с поверхностью деталей. С целью облегчения процесса отрыва капелек масла от поверхности металла и образования эмульсии в щелочной раствор добавляют поверхностноактивные вещества, так называемые эмульгаторы.
 

Большое значение в этих условиях приобретают силы сцепления молекул.
 

В главе XIV мы видели, что силы сцепления молекул обусловливают поверхностное натяжение жидкости. При больших силах сцепления поверхностное натяжение велико. Следовательно, чем больше поверхностное натяжение, тем менее летуча жидкость и тем меньше давление насыщающих паров.
 

Так как скорость движения газовых молекул относительно велика, а силы сцепления молекул, как было отмечено выше, сравнительно малы при не слишком большом давлении, кинетическая теория газов игнорирует эти силы сцепления и рассматривает молекулы газа как совершенно свободные. Кинетическая теория газов также исходит из предположения, что молекулы газа абсолютно упруги, вследствие этого столкновение молекул между собой и со стенками сосуда, в котором находится газ, происходит по законам упругого удара. Отсюда легко сделать заключение, что молекулы совершают равномерное прямолинейное движение, скорость которого зависит лишь от рода газа и его температуры. При ударе друг о друга или о стенки сосуда молекулы меняют направление движения и вновь движутся прямолинейно. Кинетическая теория также пренебрегает объемом, занимаемым самими молекулами газа, принимая их за точки.
 

Оказывается, силы молекулярного сцепления стекла с водой больше, чем силы сцепления молекул воды между собой, поэтому жидкость, стремясь прилипнуть к внутренней поверхности трубки, будет подниматься в ней до тех пор, пока равнодействующая сил, действующих на жидкость вверх, не уравновесится весом столба жидкости, находящейся в трубке. Высота подъема воды в такой трубке будет уменьшаться пропорционально увеличению ее диаметра.
 

Вогнутый мениск ( рис. 311, а) получается тогда, когда силы сцепления молекул жидкости меньше, чем силы сцепления жидкости с твердым телом. В этом случае говорят, что жидкость смачивает данное твердое тело; например, чистое стекло смачивается водой, спиртом и другими жидкостями. Такой мениск получается, например, у ртути, налитой в стеклянный сосуд, и у воды по отношению к покрытому жиром стеклу.
 

Если помимо сил сцепления между отдельными частицами водяного пара ( когезия) появляются более высокие силы сцепления молекул воды с твердой поверхностью ( силы адгезии), то-увеличивается возможность конденсации молекул водяного пара именно на поверхности такого твердого тела.
 

Если помимо сил сцепления между отдельными частицами водяного пара ( когезия) появляются более высокие силы сцепления молекул воды с твердой поверхностью ( силы адгезии), то увеличивается возможность конденсации молекул водяного пара именно на поверхности такого твердого тела.
 

Причиной возрастания прочности хлопьев с увеличением дозы — флокулянта ( в области малых доз), несомненно, является то, что силы сцепления молекул ВМВ с твердыми частицами значительно больше сил Ван-дер — Ваальса, действующих между самими частицами. При достижении оптимального соотношения дальнейшее увеличение дозы полимера вызывает лишь появление более слабых связей между молекулярными клубками, для разрыва которых не требуется практически дополнительной энергии.
 

В этом случае отрыв капли связан со своеобразным перемещением и сдвигом аномальных слоев воды. Для возможности такого сдвига необходимо, чтобы силы сцепления молекул воды в зоне трехфазного периметра смачивания были больше, чем притяжение этих же молекул воды поверхностью прилипания.
 

10. Сила и коэффициент сцепления колес автомобиля с дорогой

Значение тяговой силы, необходимой для движения, ограни­чено вследствие действия силы сцепления колес с дорогой.

Под силой сцепления понимают силу, противодействующую скольжению колеса относительно поверхности дороги. Она равна силе трения, возникающей в месте контакта колеса с дорогой.

Сила сцепления

гдеRZ, — нормальная реакция дороги; φ — коэффициент сцепления.

Равномерное качение колеса без скольжения и буксования воз­можно только при выполнении условия Если тяговая сила больше силы сцепления, то автомобиль движется с пробуксовкой ведущих колес. Это происходит, например, тогда, ког­да при движении по сухой дороге он попадает на участок со скользким покрытием. Если же автомобиль стоял на месте, то не только движение, но и его трогание с места невозможны.

Коэффициент сцепления. Этот коэффициент во многом определяет

значение силы сцепления. В зависимости от направления скольжения колеса относительно поверхности дороги различают коэффициенты продольного φх и поперечного φу сцепления. Эти коэффициенты зависят от одних и тех же факторов, и можно счи­тать, что они практически равны .

На коэффициент продольного сцепления φх оказывают влияние многие конструктивные и эксплуатационные факторы. Он определяется экспериментально. Ниже приведены средние значения φx,- для различных дорог и состояний их поверхности:

Сухое Мокрое

Асфальтобетонное шоссе………………. 0,7…0,8 0,35…0,45

Дорога с щебенчатым покрытием …. 0,6…0,7 0,3…0,4

Грунтовая дорога ………………………….. 0,5…0,6 0,2…0,4

Снег …………………………………………….. 0,2 0.3

Лед……………………………………………….. 0,1 0.2

Рассмотрим, как влияют различные конструктивные и эксплуатационные факторы на коэффициент продольного сцепления.

Тип и состояние покрытия дороги. На сухих дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления имеет наибольшее значение, так как в этом случае он обусловливается не только трением сколь­жения, но и межмолекулярным взаимодействием материалов ко­леса и дороги (механическим зацеплением). На мокрых дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления существенно уменьшается (в 1,5 2)

Рис. 3.10. Рисунки протектора шин: а, б — дорожный; в, г — универсальный; д—з — повышенной проходимости

Рис. 3.11. Зависимости коэффициента сцепления от давления воздуха в шине (а), скорости движения (б) и вертикальной нагрузки на колесо (в)

раза по сравнению с сухими дорогами, так как между колесом и дорогой образуется пленка из частиц грунта и воды. На деформируемых дорогах коэффициент сцепления зави­сит от внутреннего трения в грунте и сопротивления грунта срезу.

Рисунок протектора шины (рис. 3.10). Дорожный рисунок про­тектора обеспечивает наибольший коэффициент сцепления на дорогах с твердым покрытием, универсальный — на дорогах смешанного типа, а рисунок протектора повышенной проходимости — в тяжелых дорожных условиях и по бездорожью. По мере изнашивания рисунка протектора значение коэффициента сцеп­ления уменьшается.

Внутреннее давление воздуха в шине. При увеличении давле­ния воздуха в шине (рис. 3.11, а) коэффициент сцепления сначала возрастает, а затем уменьшается.

Скорость движения. При увеличении скорости движения (рис. 3.11, б) коэффициент сцепления сначала возрастает, а по­том падает.

Нагрузка на колесо. Увеличение вертикальной нагрузки на колесо (рис. 3.11, в) приводит к незначительному уменьшению ко­эффициента сцепления.

Коэффициент сцепления существенно влияет на безопасность движения. Его недостаточно высокое значение вызывает много­численные аварии и несчастные случаи на дорогах. Как показали исследования, по этой причине происходит 15% общего числа дорожно-транспортных происшествий, а в неблагоприятные пе­риоды года — около 70 %. Исследованиями установлено, что для обеспечения безопасного движения значение коэффициента сцеп­ления должно составлять не менее 0,4.

Рис. 3.12. Силы сопротивления движению автомобиля