Бортницкий П.И., Задорожный В.И. Тягово-скоростные качества автомобилей

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 2

ПОКАЗАТЕЛИ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ КАЧЕСТВ

АВТОМОБИЛЯ

2.1. Общие положения

Наиболее характерный режим движения автомобиля в реальных дорожных условиях

— неустановившееся движение. Поскольку сопротивление движению и дорожная

обстановка почти непрерывно меняются, соответствующим образом изменяются сила

тяги на ведущих колесах автомобиля и его скорость движения. Изменение это

происходит под влиянием множества факторов, чередующихся случайным образом.

Поэтому сила тяги и скорость движения автомобиля в сущности случайные и могут быть

описаны лишь методами математической статистики и теории вероятностей.

В настоящее время еще нет ни методики вероятностной оценки тягово-скоростных

качеств автомобиля, ни необходимых для ее разработки статистических данных об

объективных условиях движения автомобиля. Общеприняты характеристики предельных

тягово-скоростных качеств автомобиля, определяемые по внешней скоростной

характеристике двигателя, которая отображает его предельные тягово-скоростные

возможности. Такими предельными характеристиками тягово-скоростных свойств

автомобиля являются тяговая и мощностная диаграммы движения, представляющие

собой графическое изображение тягового и мощностного балансов автомобиля, а также

динамическая характеристика автомобиля, предложенная акад. Е. А, Чудаковым. По этим

характеристикам легко определяются предельные показатели тягово-скоростных свойств

автомобиля:

— абсолютная и удельная величины силы тяги;

— скорость движения при заданном сопротивлении дороги;

— ускорения;

— максимальное суммарное сопротивление дороги, которое может преодолеть

автомобиль на первой передаче;

— суммарное сопротивление дороги, преодолеваемое на высшей передаче, в том

числе при максимальной скорости движения;

— максимальная скорость движения;

- подъемы, преодолеваемые автомобилем на различных передачах.

2.2. Тяговый баланс

и тяговая диаграмма движения автомобиля

Тяговый баланс автомобиля — это выражение, описывающее распределение силы тяги

ведущих колес по отдельным видам сопротивления движению. В общем случае движения

автомобиля уравнение тягового

где Р

— сила тяги на ведущих колесах автомобиля;

—сила сопротивления качению колес;

— сила сопротивления подъему;

— сила инерции автомобиля;

Рω — сила сопротивления воздуха.

Если в уравнение (2) подставить значения силы тяги и сил сопротивления движению,

выраженные через определяющие их параметры конструкции автомобиля и

характеристики дороги, то можно получить развернутое уравнение тягового баланса

автомобиля:

где G

— полная масса автомобиля, кг;

— эффективный крутящий момент двигателя, кгс • м;

— общее передаточное число трансмиссии автомобиля;

— механический к. п. д. трансмиссии автомобиля;

— динамический радиус колеса, м:

kF — фактор сопротивления воздуха, кг • с

/м

;

δ — коэффициент учета вращающихся масс автомобиля;

υ—скорость движения автомобиля, м/с;

— ускорение (замедление) автомобиля, м/с

;

g— ускорение силы тяжести, м/с

;

f — коэффициент сопротивления качению колес;

α—угол подъема (спуска) продольного профиля дороги;

ψ —коэффициент суммарного сопротивления дороги движению автомобиля.

Величину крутящего момента M

находят по внешней скоростной характеристике

двигателя для тех частот n

вращения коленчатого вала, которые соответствуют

рассматриваемым скоростям движения автомобиля. Скорость движения автомобиля υ

км/ч и частота вращения п

коленчатого вала взаимосвязаны уравнением

где r

— радиус качения колеса, который можно принять равным r

, м.

Общее передаточное число и

трансмиссии автомобиля равно произведению

передаточных чисел всех ее агрегатов, которые последовательно трансформируют

передаваемый крутящий момент:

Где и

, и

ц.р

, и

к.р

— передаточные числа соответственно коробки передач,

дополнительной коробки, центрального и колесного редукторов главной передачи,

величины которых даны в кратких технических характеристиках автомобилей (см. гл. 3).

Численные значения величин ŋ

, r

и kF приведены там же.

Коэффициент учета вращающихся масс автомобиля определяется

выражением

ЗАЗ-968 ^Запорожец» 0.0078 ЯАЗ-204 0,1900

«Москвич-408» 0,0150 ЯАЗ-206 0,1900

М-21 «Волга» 0,0280 ЯМЗ-236 0,2500

М-24 «Волга» 00280* ЯМЭ-238 0.2500

ВАЗ-2101 0.0100* ЯМЗ-740 0,1600*

ЗИЛ-130 0,0620

Если постоянныевеличины в уравнении (6) обозначить

Коэффициенты сопротивления качению колес автомобиля по различным

поверхностям, соответствующие скоростям движения автомобиля, не превышающим 60

км/ч, приведены ниже;

Цементобетонное и асфальтобетонное f

в хорошем состоянии 0,014—0,018

в удовлетворительном » 0,018—0,032

Ровное щебеночное или гравийное покрытие,

Обработанное органическими вяжу-

щими материалами 0,020—0,025

без обработки, с небольшими вы-

боинами 0,030—0,040

Булыжная мостовая 0,035—0,045

Грунт

плотный, ровный, сухой 0,030—0,060

неровный и грязный 0,050—0,100

Снег укатанный 0,025—0,030

Лед 0.018—0,020

Песок

сухой 0,16—0.30

влажный 0,080—0.100

Увеличение скорости движения автомобиля сверх 60 км/ч приводит к существенному

увеличению коэффициента сопротивления качению, который в этом случае можно

определить по такой эмпирической формуле [26];

где f

— коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля со скоростью

< 60 км/ч, приведенный выше;

— скорость движения автомобиля, км/ч;

А — эмпирический коэффициент; приблизительно А = (4-5) 10

-5

В некоторых случаях движения автомобиля, когда на него действуют значительные

боковые силы, необходимо учитывать влияние увода на сопротивление качению колес.

Обусловленное этим влиянием увеличение коэффициента сопротивления качению колеса

можно определить из выражения [\7\

где k

ув

— коэффициент сопротивления шины боковому уводу, кгс/рад

;

δ — угол бокового увода, рад;

— нормальная реакция дороги на колесо, кгс.

Для шин легковых автомобилей k

ув

= 1500 - 4500 кгс/рад

, а для шин грузовых

автомобилей и автобусов —6000... 12000 кгс/рад

Величины углов α подъема (спуска) продольного профиля дорог регламентированы

строительными нормами и правилами (СНиП-П-Д. 5-72), которыми для дорог различных

категорий (I—V) установлены такие максимальные допустимые продольные уклоны, %;

I ........ 0,03

II ........ 0.04

Ш ........ 0.05

IV ........ 0,06

V ........ 0,07

При использовании этих данных нужно учитывать, что продольный уклон i = tg а.

Поскольку для дорог 1—У категорий уклоны малы, то

sin α = tg α = i

Для этих дорог можно принимать

cosα = 1, a ψ =f ± i

Здесь приведены максимальные уклоны, установленные для вновь строящихся

автомобильных дорог вне городов. Продольные уклоны улиц городов, а также

существующих автомобильных дорог, пролегающих в холмистой местности, могут

значительно превосходить указанные значения. Кроме того, величина продольного

уклона i — величина переменная по протяженности ; дороги, причем функция i = f (l)

случайна и, вообще говоря, нам не известна. Наиболее подробно в настоящее время

автомобильные дороги (их продольные уклоны) характеризуются кривыми

распределения уклонов по длине. Более полную характеристику автомобильных дорог

дают кривые распределения по длине пути коэффициента ψ суммарного сопротивления

дороги движению автомобиля (рис. 29), поскольку они характерзуют не только

продольный ее профиль, но тип и состояние покрытия с точки зрения его сопротивления

качению колес автомобиля. По кривым распределения коэффициента ψ можно

определить как максимальные значения этих величин, так и средние их значения (или

наиболее вероятные), необходимые для оценки тягово-скоростных возможностей автомо-

билей на данных дорогах.

Тяговая диаграмма движения (рис. 30) представляет собой графическое изображение

тягового баланса автомобиля в функции скорости его движения. Сила тяги Р

на ведущих

колесах автомобиля,

определяемая выражением

является функцией скорости движения автомобиля υ

, поскольку эфективный крутящий

момент М, двигателя — функция частоты вращения коленчатого вала:

Силу P

= ψG

принимают не зависящей от скорости в изображают (при определенном

прямой, параллельной оси υ

Остаточная сила тяги Р

определяется как разность силы тяги P

и силы сопротивления

воздуха Р

,. Она представляет собой запас силы тяги автомобиля, который идет на

преодоление сил сопротивления дороги P

и инерции P

.Cилу инерции Р

определяют как остаток силы тяги Р

измераемый при данной

скорости движения автомобиля величиной отрезка ординаты, заключенного между

линиями Р

и Р

= Р

- Р

По известной величине Р

силы инерции определяют ускорение

автомобиля при

заданной скорости.

На тяговой диаграмме движения автомобиля ЗИЛ-130 (рис. 30) величина силы Р

соответствует ψ

= 0,03. При установившемся движении автомобиля (Р

= 0) со скоростью

а2

он способен преодолевать сопротивление дороги, измеряемое силой Рψ

Максимальные сопротивления дороги, преодолеваемые автомобилем при

установившемся движении на различных передачах, характеризуются величинами

ψ1

.,.,Р

ψv