Глава 4. ГОЛОЛЕДИЦА

Представление о скольжении нередко связано с приятными впечатлениями. Танцующие пары легко скользят по паркету. Конькобежец стремительно скользит по зеркальному льду катка. Лыжник с огромной скоростью соскальзывает со склона горы, вздымая за собой вихри снежной пыли на поворотах. Легкость, быстрота, плавность движения, неощутимость трения - вот одна сторона представлений о скольжении.

Но есть и другая сторона. Скольжение может быть опасным. Человек чувствует себя неустойчиво на скользящей поверхности, ноги разъезжаются, нет твердой опоры, человек падает.

Для автомобилей скользкость .дороги очень опасна. Чтобы колесо катилось, нужно трение. Энергия, вырабатываемая двигателем, передается через трансмиссию на ведущие колеса в виде крутящего момента. В свою очередь, крутящий момент вызывает появление тягового усилия в месте соприкосновения колеса с дорогой. Но чтобы оно возникло, между колесом и дорогой должно быть достаточное сцепление. Колесо должно как бы "упереться" в дорогу, иначе оно будет проскальзывать, проворачиваться. Такое проворачивание колеса на месте называется буксованием; оно часто наблюдается на мокрой грунтовой дороге или на обледеневшем, скользком покрытии.

Но скользкость дороги приводит не только к буксованию. При движении автомобиля нередко возникает необходимость резко снизить скорость или совсем остановиться. Водитель начинает тормозить. Длина тормозного пути зависит от скорости, которую имел автомобиль, и от величины сцепления колес с дорогой. При одной и той же скорости длина тормозного пути тем больше, чем меньше сцепление. Если сцепление очень мало, водитель не успевает остановить автомобиль, и произойдет авария. Тормозной путь на обледеневшей дороге очень велик. Например, при скорости 50 км/ч он может превысить 100 м.

На скользкой дороге возможен занос автомобиля. Занос может произойти при резком торможении или слишком резком повороте колес, при езде с большой скоростью на повороте. Во всех этих случаях на автомобиль действует боковая сила, стремящаяся сдвинуть его в сторону. Она может быть вызвана ветром, поперечным уклоном дороги, неодинаковой регулировкой тормозов на колесах, неравномерной загрузкой автомобиля и другими причинами. Если боковая сила больше силы сцепления колес с дорогой, колеса начинают скользить. Центробежная сила, развивающаяся на кривых, делает это скольжение особенно сильным. Скользя и поворачиваясь, автомобиль может опрокинуться, удариться о какое-либо препятствие или столкнуться со встречным автомобилем.

О величине сцепления автомобильного колеса с дорогой судят по коэффициенту сцепления. Чтобы понять это, посмотрим на рис. 26. Автомобильное колесо заторможено и не может вращаться. Сверху давит вертикальная сила Р (часть веса автомобиля), которая прижимает колесо к дороге. Если потянуть колесо с достаточной силой Т, направленной горизонтально, оно, не вращаясь, начнет скользить по дороге. На очень гладкой и скользкой поверхности потребуется совсем незначительное усилие, чтобы сдвинуть колесо с места. Если же поверхность дороги шероховатая, нужно очень большое усилие Т, хотя нагрузка на колесо Р не изменилась. Все дело в сцеплении колеса с дорогой: чем больше сцепление, тем больше требуемое тяговое усилие. Определив тяговое усилие Т в момент, когда колесо начало скользить, и поделив его на нагрузку Р, получим коэффициент сцепления шины с дорогой φ.

Рис. 26

Величина коэффициента сцепления зависит главным образом от состояния дорожного покрытия. При скорости автомобиля 60 км/ч коэффициент сцепления составляет: на сухих и чистых дорожных покрытиях 1,0 - 0,7; на влажных и грязных 0,5 - 0,4; на обледенелых 0,15 - 0,08. Это значит, что при движении автомобиля весом 5 тс по сухому покрытию боковое скольжение начнется, если сдвигающая сила превысит 3,5 тс (при коэффициенте сцепления 0,7). В то же время на обледенелом покрытии для этого достаточно лишь 0,4 тс (при коэффициенте сцепления 0,08). Отсюда ясно, насколько опасно обледенение покрытия.

В районах с влажным климатом гололедица нередко становится настоящим бедствием. Она воз" никает по разным причинам.

При большой влажности воздуха может произойти осаждение атмосферной влаги на охлажденное дорожное покрытие, например конденсация водяного пара (переход воды из газообразного в жидкое состояние) или осаждение мелких водяных капель, образующих туман. Осевшая влага замерзает, создавая тонкую ледяную пленку. Иногда зимой выпадают дожди; их капли, коснувшись холодного покрытия, также замерзают, превращаясь в лед. Образованию льда на покрытии способствует и резкая смена температур воздуха. Например, при оттепели на покрытии может появиться слой воды; если затем резко похолодает, вода превратится в лед.

Не только гололедица вызывает скользкость дороги в зимнее время. Если на покрытии оставлен снег, то колеса автомобилей уплотняют и накатывают его. Поверхность снежного слоя на колеях, по которым движутся автомобили, обледеневает и становится скользкой. Вызывает скользкость и мокрый снег, выпадающий при температурах воздуха, близких или несколько превышающих 0°С. Он как бы образует под колесами автомобилей слой смазки.

Зимняя скользкость нередко распространяется сразу на значительные участки дороги - до 100 км и более. Особенно опасна ледяная пленка. Дорога кажется покрытой тонким слоем стекла. Автомобили еле ползут по остекленевшей дороге. Гололедица наносит большой ущерб народному хозяйству, и устранять ее нужно немедленно.

Наиболее распространенный путь борьбы с гололедицей - повышение коэффициента сцепления шин со скользкой поверхностью дороги. Для этого рассыпают песок, шлак, золу, мелкии гравии и другие материалы, способные создать трение между шинами автомобилей и льдом. Однако такие материалы легко сдвигаются в сторону колесами автомобилей и сдуваются ветром. Чтобы закрепить эти материалы на поверхности льда, к ним примешивают соль.

Как действует соль? Растворы солей имеют более низкую температуру замерзания, чем вода. Температура, при которой замерзает раствор, зависит от вида соли и концентрации раствора. Чем выше концентрация раствора, тем ниже точка замерзания. Например, раствор поваренной соли при концентрации 10% имеет температуру замерзания около - 3,5°С, а при концентрации 29% около -21°С. Раствор хлористого кальция с концентрацией 10% замерзает при температуре около - 3°С, а с концентрацией 29% около -30°С Соль, смешанная с песком, притягивает к себе влагу, содержащуюся в нем, растворяется и образует пленку рассола, обволакивающую песчинки. Когда песок рассыпают по обледеневшей поверхности дороги, песчинки, покрытые рассолом, а также остаток соляных частиц, не успевших раствориться, вызывают таяние льда в тех местах, на которые они попали. При этом песчинки начинают погружаться в ледяной слой, По мере таяния льда под песчинками рассол разбавляется, концентрация его уменьшается и, наконец, достигает такой величины, при которой температура льда равна температуре замерзания рассола. Тогда песчинка вмораживается в лед и устойчиво держится в нем.

Для россыпи песка применяют пескоразбрасыватели (рис. 27). Песок из кузова с помощью шнеков, цепей fco скребками или вибрационных механизмов подается на диск и широкой веерообразной струей разбрасывается по дороге.

Рис. 27

Для борьбы с гололедицей требуется очень много песка. Например, только на автомобильной дороге Москва - Ленинград за зиму раньше расходовали около 35 тыс. м³ песка. Чтобы избежать аварий, борьбу с гололедицей необходимо проводить быстро (за 2 - 3 ч). А для этого нужно иметь много пескоразбрасывателей и механизированных складов для погрузки песка. Подсчитано, например, что если построить через каждые 30 км склады для механизированной погрузки, то для того, чтобы за 2 ч посыпать песком современную автомагистраль, нужно на каждые 4 км дороги иметь по пескоразбрасывателю. Это значит, что для автомагистрали протяжением 700 км (равном расстоянию от Москвы до Ленинграда) требовались бы 23 механизированных склада и целая армия пескоразбрасывателей - 175 шт.

Это слишком сложно и дорого.

Но как быть?

Выход из положения был найден в переходе на новую технологию борьбы с гололедицей.

Вместо песка с солью в последнее время стали рассыпать только соль. Некоторые страны расходуют для борьбы с гололедом очень много соли. Например, Англия использует до 1 млн. т за зиму, а Канада - до 3 млн. Рассыпанная на обледеневшую поверхность дороги соль притягивает влагу, и лед начинает таять. Образуется концентрированный раствор, имеющий низкую температуру замерзания. Постепенно лед на покрытии тает полностью и дорога перестает быть скользкой.

Воздействие различных солей неодинаково: одни плавят лед быстрее и в больших количествах, чем другие (говорят, что соли имеют различную плавящую способность). Хорошей плавящей способностью обладают хлористый натрий и хлористый кальций. Поэтому для борьбы с гололедицей применяют их смесь. Такой смеси требуется в 4 - 5 раз меньше, чем песка. Благодаря этому можно в несколько раз уменьшить количество машин для россыпи и механизмов для погрузки, а также (как это показывают экономические расчеты) почти вдвое снизить стоимость борьбы с гололедицей.

В настоящее время ищут новые способы применения противогололедных химических солей. Один из таких способов - предупредительна я росс ы пь солеи, имеющая целью предотвратить возникновение скользкости.

Например, соль рассыпают сразу, как только начинает выпадать снег, и сыпят в небольших количествах в течение всего снегопада. Соль, смешиваясь со снегом, позволяет сохранить его в рыхлом состоянии; такой снег не уплотняется и не укатывается колесами автомобилей. По окончании снегопада рыхлый снег убирают снегоочистительными машинами.

Но гололед может образоваться и без снегопада в результате осаждения влаги из воздуха на охлажденное покрытие дороги. Предотвратить скользкость в этом случае можно, распределяя соль по покрытию заранее, когда образование гололеда еще только начинается. Выявить начальный момент образования гололеда позволяют специальные автоматические сигнализаторы. Такие сигнализаторы гололеда созданы в настоящее время в нашей стране и за рубежом. Сигнал дается датчиком при образовании на поверхности слоя льда толщиной 0,1 мм.

Для борьбы с гололедом чаще всего применяют кристаллические соли, распределяя их из машин" похожих на пескоразбрасыватель (см. рис. 27). Разливают также и соляные растворы (рассолы), используя для этой цели специальные поливочные машины (рис.28).

Рис. 28

Большое внимание уделяют хранению и погрузке противогололедных материалов, так как от правильной их организации зависят производительность распределительных машин и сохранность материалов. На рис. 29 показан крытый склад противогололедных материалов, устроенный в старой насыпи. Распределительные машины заезжают в погрузочный тоннель, находящийся под складом, и материал загружается в их кузова под действием силы тяжести.

Рис. 29

Однако от соли ржавеют металлические части автомобилей. Кроме того, она разрушающе действует на бетонные покрытия, вызывает отслаивание частиц бетона и шелушение покрытия с постепенным обнажением каменного остова. В настоящее время ученые работают над способами ослабления вредного воздействия солей на автомобили и бетонные покрытия. Найдены добавки (так называемые ингибиторы), существенно ослабляющие коррозию металла. Покрытия делают из бетона с воздухововлекающими добавками, который хорошо сопротивляется действию солей.

Изучалось и воздействие солей на придорожную растительность. Выяснилось, что при соблюдении установленных норм россыпи противогололедных солей они не представляют угрозы для роста и развития растений.

Нередко высказываются также мнения, что соль отрицательно действует на шины, кожаную и резиновую обувь. Этот взгляд ошибочен. Специальные исследования, проведенные Академией коммунального хозяйства, показали, что в концентрациях, применяемых при борьбе с гололедицей, соль не наносит вреда изделиям из кожи и резины.

С обледенением покрытий начали бороться, кроме того, и тепловым способом. Для этого в покрытие при постройке закладывают нагревательные элементы - трубы,, по которым циркулирует подогретая жидкость, или электронагреватели - сетки и кабели, помещаемые в металлические трубки. На аэродромах ледяную пленку удаляют, обогревая поверхность покрытий струей отработавших газов реактивного двигателя, которым оборудована предназначенная для этих целей машина.