Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя

Подождите немного. Документ загружается.

0,35

0,6 0,5 0,4

Д,

02040

80Я,%5

10 15 20

v,м/с

0 20 4060

80Я,%5

15 25

V,M/C

а б

Рис. 22.4. Динамическая характеристика автомобиля с номограммой

нагрузок:

а — по сопротивлению движению; б — по сцеплению колес с дорогой

где

— масштаб шкалы динамического фактора для автомобиля с

полной нагрузкой;

— собственный вес автомобиля в снаря-

женном состоянии, в который включают вес водителя, Н.

Равнозначные деления шкал

(например, 0,05; 0,01 и

т.д.) соединяют прямыми линиями.

Номограмма нагрузок позволяет решать все указанные задачи

не только для случая полной нагрузки автомобиля, но и для любого

ее значения. Так, на рис. 22.4, а штрихпунктирной линией показано,

что при Н = 40 % и v = 25 м/с, коэффициент сопротивления дороги

\у

= 0,05. При

Н=

80 % и

\|/

0,14,

скорость

max

м/с (штриховая

линия с двумя точками), а при v =

м/с и

ц/

0,1

нагрузка (точка В)

не должна превышать 20 % (пунктирная линия).

Горизонтальная линия, проведенная через точку пересечения

вертикальной линии с кривой динамического фактора, может

пройти выше правого (верхнего) конца или ниже левого (нижне-

го) конца наклонной прямой, соответствующей заданному зна-

чению коэффициента

\|/.

В первом случае даже при полной нагруз-

ке автомобиля для движения с постоянной скоростью необходи-

мо прикрыть дроссельную заслонку, так как при полностью от-

крытой заслонке D >

у.

Во втором случае равномерное движение

невозможно, так как D <

\\i

при полностью открытой дроссель-

ной заслонке и нагрузке, равной нулю.

График контроля буксования, представляющий собой зависи-

мость динамического фактора по сцеплению от нагрузки, позво-

ляет определить возможность движения по условиям сцепления.

График строят следующим образом.

По формулам, приведенным ниже, определяют динамический

фактор по сцеплению для автомобиля с полной нагрузкой

сц

без нее

0cu

для различных коэффициентов

начиная с

0,1:

280

Aicu=

; Д)сц=

где

—

вес

воспринимаемый

ведущими

колесами

автомобиля

без нагрузки, Н.

Затем значение

сц

откладывают по оси

номограммы нагру-

зок (рис 22.4,

б),

а значение

0cu

— по оси

полученные точки

соединяют прямой штриховой линией, на которой указывают

коэффициент

= 0,1. Так же определяют положение точек и на-

носят штриховые линии для других значений

0,2; 0,3; ...; 0,8.

Пользуясь графиком контроля буксования, можно учесть огра-

ничения, накладываемые на движение автомобиля сцеплением

шин ведущих колес с дорогой. Например, можно определить ми-

нимальный коэффициент

необходимый для движения с за-

данными нагрузкой и скоростью или скорость движения с задан-

ными нагрузкой и коэффициентом

В первом случае поступают

так же, как при определении динамического фактора по извест-

ным значениям нагрузки

и скорости v, только вместо значения

D по сплошным наклонным линиям определяют значение

Д,

по

штриховым линиям Так, при v - 25 м/с и

Н=

коэффициент

0,12

(точка А). Во втором случае проводят вертикальную ли-

нию через точку, соответствующую известному значению Н, и на

ней откладывают значение коэффициента

\j/.

Так, при Н = 40 % и

\1/

= 0,2 коэффициент

0,32

(точка В).

22.3. Неустановившиеся режимы движения автомобиля

Разгон автомобиля. В городе автомобили движутся равномерно

всего лишь

15..

25% времени;

30...45%

времени приходится на

ускоренное движение и

30...40%

— на движение накатом и тор-

можение.

Показателями динамических свойств автомобиля при неравно-

мерном движении служат ускорение, а также путь и время в опре-

деленном интервале скоростей. Неравномерное движение автомо-

биля может быть ускоренным или замедленным.

Анализируя процесс разгона, его обычно несколько схемати-

зируют. Фактически разгон протекает следующим образом

(рис. 22.5, а) Во время трогания автомобиля с места водитель,

включив первую передачу, плавно отпускает педаль сцепления и

одновременно открывает дроссельную заслонку, увеличивая силу

тяги. Ускорение при этом растет по штрихпунктирной кривой

0—1

до

точки

в которой дроссельная заслонка открыта полностью,

двигатель работает с полной нагрузкой. Далее ускорение изменя-

ется по кривой

1—2.

При максимальной скорости автомобиля на

первой передаче (точка 2) водитель выключает сцепление, разоб-

щая двигатель и трансмиссию, и автомобиль начинает двигаться

замедленно, с отрицательным ускорением а (участок

3—4).

281

Рис. 22.5. Графики ускорений:

а — фактический для

трехступенчатой

коробки

передач;

б — расчетный для

четырехступенчатой

коробки передач

Включив вторую передачу, водитель вновь открывает дроссель-

ную заслонку, и

ускорение

снова увеличивается (кривая

4—5).

Этот процесс

повторяется

и при переходах

на

последующие пере-

дачи (участки

5—6,

7—8 и

т.д.).

Точки 7, 5, 9

приблизительно

соответствуют максимальному ускорению.

При теоретических расчетах процессом буксования сцепления

(кривая

0—1)

пренебрегают, считая, что автомобиль трогается

при минимально устойчивой скорости

min

(рис.

22.!},

б).

Ускорение

щш

разгоне. При разгоне ускорение определяют для

случая движения автомобиля по горизонтальной дороге

0) с

твердым покрытием хорошего качества при максимальном исполь-

зовани^

мощности двигателя и отсутствии буксования ведущих

колес. Ускорение,

м/с

на основании выражения (22.6) можно

определить

по

формуле

^(Д-/)£/8

вр

(22.8)

Наметив

графике динамической

характеристику

пять-шесть

значений

скорости,

находят

соответствующие им значения дина-

мического фактора D и по формуле (22.8)

определяют

ускорение а.

Коэффициент

вр

подсчитывают по формуле (21.23) или (21.25).

По полученным значениям ускорения и скорости строят график

зависимости ускорения от скорости. Примерные значения макси-

мальньрс

ускорений на различных передачах

приведень!

в табл.

22Л.

Время и путь разгона.

Показатели

разгона автомобиля можно

определить

графоаналитическим

способом. Кривую

ускорений

(см.

282

Таблица 22.1

Значение максимальных ускорений автомобиля

Автомобиль

Легковой

Грузовой

Автобус

Автопоезд

я,

м/с

на передаче

первой

2,5...3,5

J.7...2

1,8...2,3

1...1.2

высшей

0,8.

..1,2

0,25.

..0,5

0,4.

..0,8

0,2 ...0,5

рис. 22.5, а) для прямой передачи разбивают на

интервалы

и счи-

тают, что в каждом интервале скоростей автомобиль разгоняется с

постоянным средним ускорением

ср

0,5(0!

где

а\

—

ускорения соответственно в начале и конце интервала скоростей.

Для повышения

точности

расчета интервалы скоростей уста-

навливают 0,3... 1 м/с на пер

ври

передаче, 1

...3

м/с — на проме-

жуточных и

3...4

м/с — на высшей передачах.

При изменении скорости рт

г;,

др

среднее ускорение

Следовательно,

время разгона в том же интервале скоростей

A/,FAvi/fli.

(22.9)

интервале

скоррстей от

Д°

время разгона

А/

Ду

/я

'р,

общее время

разгона,

от минимальной устойчивой скорости до

конечной t =

Д/i

д/з

д/

+,..+

д^.

По значениям

определенным для различных скоростей, строят

кривую

врем«;ни

разгона, начиная ее со

скорости

min

для кото-

рой t

0 (рис, 22.6, а). Для скорости

откладывают значение

для скорости

—

значение

т.д.

Полученные точки соеди-

няют плавной кривой.

Для определения максимальной

интенсивности^

разгона

в рас-

чет вводят

максимально

возможные при данной скорости

ускоре-

ния. Поэтому, например, время разгона

автомобиля

с четырехсту-

пенчатой коробкой передач (рис. 22.5, б) определяют в такой пос-

ледовательности:

от скорости

min

до скорости v{

кривой

(уча-

сток

ab),

от скорости

до скорости

по кривой

<я

(участок

be)

от скорости

до максимальной

max

скорости по кривой

(учас-

JOKfg).

При скоростях v{,

целесообразно переключать передачи.

Время переключения передачи

зависит от квалификации во-

дителя, конструкции коробки передач и типа двигателя. У дизеля

угловая скорость коленчатого

валц

уменьшается

до

угловрй

ско-

рости холостого хода медленнее, чем у карбюратррного двигате-

ля, из-за больших инерционных масс. Для водителей

высщей

ква-

лификации

Гр

0,5... 3 с.

283

Рис. 22.6. Параметры

разгона

автомобиля:

а —

графики

времени и пути разгона; б —

|рафик

интенсивности разгона;

I—

III

— передачи;

— путь, пройденный

asTqivioGmieM

за^

время переключения

передач;

— путь и время разгона;

— время переключения передачи;

Ду

—

снижение скорости за время

переключения

передач

Снижение скорости

Лг;

(рис. 22.6, в) автомобиля во время пе-

реключения передач можно определить по формуле, полученной

в результате решения уравнения движения накатом:

9,3\|//

(22.10)

При расчете пути S разгона

условно

считают, что в каждом

интервале скоростей автомобиль движется равномерно со средней

скоростью

VCP

0,5(i;i

V2>.

Приращение

пути, м, в каждом из

интервалов скоростей

г;

ср

Д/

исрДгУОср.

(22.

Складывая полученные значения

Д£

строят суммарную кри-

вую

начиная с той же скорости, с которой

строили

кривую /.

Путь, м, пройденный автомобилем за время переключения пере-

дач,

4,7\|//

)Г

(22.12)

где

— средняя скорость автомобиля за время переключения

передач, м/с.

Связь между временем и путем разгона наглядно иллюстрирует

график интенсивности разгона (рис. 22.6,

б}.

Для построения

гра-

фика в координатах

- S наносят

сначала

значения времени

пути

S,,

соответствующие разгону автомобиля от скорости

до

284

скорости

а затем значения

для интервала ско-

ростей

и т. д. После этого полученные точки соединяют плав-

ной кривой.

Динамическое преодоление подъемов. Короткие подъемы мож-

но преодолевать, используя кинетическую энергию, накоплен-

ную автомобилем при разгоне, Поэтому подъем,

которьш

автомо-

биль может преодолеть с разгона, больше подъема, преодолевае-

мого им при равномерном

движении.

Максимальный подъем, ко-

торый преодолевает автомобиль, в наиболее тяжелом случае дви-

жения, когда длина подъема велика, и автомобиль, двигаясь рав-

номерно, преодолевает его только за счет силы тяги, можно оп-

ределить по

динамической

характеристике (рис. 22.7).

Автомобиль

движется со скоростью

по

участку

АВ (рис. 22.7, а),

который характеризуется коэффициентом сопротивления

\j/.

В точ-

ке В начинается разгон, и к началу подъема автомобиль движется

const

Рис. 22.7. Динамическое

цреодоление

подъему:

характер изменения скорости движения на различных дорожных участках;

б—

общий вид графика динамического фактора

285

со скоростью

v\.

На участке

СЕ,

коэффициент сопротивления ко-

торого

1^2

Жь

скорость уменьшается.

Для определения максимальной длины подъема считают, что

автомобиль приближается к началу подъема со скоростью, макси-

мально возможной на участке

АС,

Кривую динамического фактора

(рис. 22.7, б) разбивают на участки и по формуле (22.8), в которую

вместо

коэффициента/подставляют

значение

ц/

определяют за-

медление, а затем время и путь в каждом интервале скоростей.

рели

коэффициент

сопротивления

дороги на подъеме равен

или меньше

max

на

данной передаче, то конечную скорость авто-

мобиля определяет точка

пересечения линии с кривой D. После

тогр как

скорость,

уменьшится до значения

движение автомо-

биля на участке подъема станет равномерным.

]Если

коэффициент сопротивления дороги на подъеме больше

Апар<

равен, например

i|/

то

скорость, уменьшаясь, окажется

меньше критической

Дальней

щее

снижение ее сопровождается

значительным уменьшением динамического фактора. Чтобы избе-

жать остановки автомобиля, необходимо перейти на низшую пе-

редачу. В этом случае при расчете нижний

предел

скорости огра-

ничивают критической скоростью

Длина подъема, которую ав-

томобиль проходит при

сниженци

скорости до значения

г>

лишь

немного отличается от длины пути, в конце которого автомобиль

останашшвается.

Движение автомобиля

накатом.

Во время эксплуатации автомо-

биля движение накатом используют весьма чарто. Особое значе-

ние этот режим движения

имеет

в тех случаях, когда необходимы

регулярные остановки и

доследующие

разгоны, а также при дви-

жении по дорогам с чередующимися подъемами и спусками.

При

движени^

накатодо

двигатель отсоединен от трансмиссии,

крутящий момент к ведущим колесам не подврдится и сила тяги

отсутствует. Мощность, затрачиваемая при этрм в трансмиссии,

невелика, так как все ее агрегаты работают

вхолостую.

Для расчета

прказателей

динамичности при накате используют

уравнение

движения автомобиля при данном режиме:

/nft

— Р

~Ь

-\-

99 1

"\\

''•

-'Вр

•*

Тр>

\f.£.U)

где

РТР

тр

/г

— сила, необходимая для

провррачивания

деталей

трансмиссии,

приведенная к ведущим колесам, Н (здесь

М^

—

момент сопротивления трансмиссии).

Если

экспериментальных

дацных нет, момент

М^

можно оп-

ределить, пользуясь формулой (21.13).

Для решения уравнения

(22.13)

в координатах Р— v наносят кри-

вые

РФ,

(Рф

)

(P-ф

откладывая значения каждой

последующей силы

ввер^.

от значения предыдущей (рис. 22.8, а).

Определив для нескольких положительных и отрицательных зна-

чений уклона

силы

наносят их на график в виде горизон-

286

V,M/C

Рис. 22.8. Параметры движения накатом:

а — силовой

баланс

автомобиля; б — график ускорений

тальных

линий, причем значения

откладывают вверх от оси

абсцисс при уклоне

< 0 и вниз при уклоне

> 0.

Определение показателей динамичности с

помощью

получен-

ного графика

^налогично

рассмотренному определению их по спо-

собу силового баланса. Так, максимальную скорость

max

определя-

ют по абсциссе точки пересечения суммарной кривой

Р^

сил сопротивления с прямой

соответствующей

данному укло-

ну (например,

г;

тах2

для точки А). Если прямая

проходит выше

суммарной кривой,

то

автомобиль движется ускоренно, а если

ниже — замедленно.

Приняв в среднем

вр

1,05, определим из уравнения

замедле-

ние (отрицательное ускорение

м/с

g(P

0,93(Р

//а

На рис. 22.8, б показано изменение ускорения при накате авто-

мобиля для различных уклонов

/,,...,

Кривые замедления, соот-

ветствующие

движению автомобиля на подъемах,

горизонталь-

ных участках и пологих спусках, проходят ниже оси абсцисс. Сле-

довательно,

скорость,

автомобиля при

движении

его накатом по

таким участкам уменьшается,

Кривые, характеризующие движение

автомобиля

на сравни-

тельно

крутых спусках, пересекают ось абсцисс при

некотором

значении скорости

v'.

В этом случае движущие силы уравновеши-

вают силы сопротивления

Р^

вследствие чего

автомр-

биль

движется

равнрмерно.

По известным значениям ускорений

2,87

можно, используя уравнения (22.9) и (22.11), определить время и

путь движения автомобиля накатом.

На практике для оценки динамичности автомобиля при накате

широко используют длину пути до его остановки (выбег). Этот

показатель позволяет оценивать также и техническое состояние

шасси автомобиля: чем лучше техническое состояние шасси, тем

больше путь выбега.

Средние значения пути

выбега,

м, отечественных автомобилей

со скорости 14 м/с на горизонтальном участке дороги

твердым

покрытием следующие:

ГАЗ-3102

«Волга» 450

ЗИЛ 117 650

ГАЗ-3307 550

ЗИЛ-431410

600

Если автомобиль движется с относительно небольшой

скорр-

стью, то силы

тр

можно не

учитывать.

Тогда замедление

автомобиля при движении накатом,

м/с

а,

ДгУд/

9,ЗР

/С

9,3\1/.

Если начальная скорость автомобиля в момент начала пере-

ключения передач

то скорость в конце переключения

г-

9,3/

Средняя скорость автомобиля

з^

время

/„

^п

0,ЗК

)

4,7\|//

Путь, м, пройденный

автомобилел{

за время переключения

передач, подсчитывают по формуле

(22.12).

22.4, Влияние конструктивных факторов на тяговую

динамичность автомобиля

Тягов,ая

динамичность автомобиля зависит

от

его конструктив-

ных параметров и качества дороги. Из конструктивных

факторов

наибольшее значение имеют форма кривой скоростной характе-

ристики двигателя, КПД и передаточные

числа

трансмиссии.

Форма скоростной характеристики. На рис. 22.9, а показан

мощ-

ностной баланс одного и того же автомобиля при установке на

него двигателей различных типов:

карбюраторного

(кривая

Щ)

дизеля (кривая

N").

Значения

max

и скорости при

максимальной

мощности

для обоих двигателей приняты

одинаковыми.

Карбюраторный

двигатель имеет более выпуклую характерис-

тику,

4ejvi

дизель, что обеспечивает

ему

больший запас мощности

(NJ

TV/)

при той же скорости, например при

v\.

Следовательно,

преодолеваемое сопротивление или развиваемое ускорение мо-

жет

быт|>

больше.

288

Рис. 22.9. Мощностной баланс автомобиля с различными двигателями

(а) и главными передачами (б)

КПД трансмиссии. Этот фактор оценивает непроизводительные

затраты энергии. Снижение КПД, вызванное ростом потерь энер-

гии

на трение, приводит к уменьшению силы тяги на ведущих

колесах. В результате снижаются

максимальная

скорость автомо-

биля и максимальный коэффициент сопротивления дороги.

Применение в холодное время года летних трансмиссионных ма-

сел, имеющих большую вязкость, приводит к увеличению момента

А/ф,

особенно заметному во время

трогания

автомобиля с места.

Передаточные

^исла

трансмиссии. От передаточного числа глав-

ной передачи в большой степени зависит максимальная скорость

автомобиля.

На рис. 22.9,

показан

мощностноц

баланс автомобиля при

установке на него трех различных главных передач, причем

Щ".

Абсциссы

точе^<

пересечения кривых тяговой мощности

Л^',

N"'

с кривой сопротивления движению

определяют

значения максимальных скоростей

max

Наибольшей

является

скорость

v£

так как двигатель

цри

этом

развивает максимальную мощность.

От передаточного числа первой

передачи

зависит максималь-

ное сопротивление дороги,

преодолевае«мое

автомобилем. Пере-

даточные числа промежуточных ступеней подбирают таким обра-

зом, чтобы обеспечить максимальную интенсивность разгона. Этому

требованию

удовлетворяют

соотношения, близкие к геометриче-

ской прогрессии:

<Wn

,...,

Увеличение числа передач в

коробке

улучшает тяговую дина-

мичность

автомобиля.

Вахламов

289

Рассмотрим динамические характеристики автомобиля при ус-

тановке на него трехступенчатой (рис. 22.10, а) и четырехступен-

чатой (рис. 22.10, б) коробок передач. Динамические факторы на

первой и последних передачах в обоих случаях одинаковы. Одна-

ко, сравнивая максимальные скорости на различных дорогах, ви-

дим, что на дороге, характеризуемой коэффициентом сопротив-

ления

\|/

максимальная скорость

max

автомобиля с

трехступенча-

той коробкой передач меньше максимальной скорости автомоби-

ля с четырехступенчатой коробкой. Соответственно

меньше

и мак-

симальная скорость

v'mw

при коэффициенте

сопротивления

\|/

Таким образом, увеличение числа передач в коробке приводит

к росту средней скорости автомобиля. Однако при чрезмерно

боль-

шом числе ступеней увеличиваются сложность и масса коробки

передач и возрастает трудность управления автомобилем. Поэтому

число ступеней у легковых автомобилей обычно не превышает

4...5,

а у грузовых автомобилей и автобусов

5...6.

Автомобили некоторых типов (магистральные автобусы,

карь-

ерные

автомобили-самосвалы) снабжают 10...

16-ступенчатыми

коробками передач или бесступенчатыми трансмиссиями. Послед-

ние обеспечивают легкость управления автомобилем, плавность

разгона, хорошую проходимость благодаря возможности двигать-

ся с небольшой скоростью

min

и уменьшение динамических

на-

грузок.

Тяговые характеристики автомобиля с трансмиссиями

различ-

ных типов показаны на рис.

22.10,

в. Если бы КПД бесступенчатой

трансмиссии был равен КПД ступенчатой

трансмиссии,

то изме-

нение силы тяги характеризовалось бы штриховой кривой. У

тако-

го автомобиля сила тяги во многих случаях была бы больше, чем у

автомобиля со ступенчатой коробкой

передач

(заштрихованные

Рис. 22.10. Влияние трансмиссии на тяговую динамичность автомобиля:

а, б — динамические характеристики автомобиля соответственно с трех- и четы-

рехступенчатой коробкой передач; в — тяговая

характеристика

автомобиля с

различными трансмиссиями; I — IV — передачи

зоны). Избыток силы тяги обеспечил бы автомобилю лучшую ди-

намичность. Однако КПД существующих бесступенчатых транс-

миссий (например, гидравлических) ниже, чем ступенчатых транс-

миссий. Сила тяги такого автомобиля

(штрихпунктирные

кривые)

оказывается несколько ниже силы тяги автомобиля со ступенча-

той трансмиссией, характеризуемой

штриховой

кривой, что вы-

зывает некоторое ухудшение динамичности и топливной эконо-

мичности автомобиля.

Масса автомобиля. Повышение массы автомобиля приводит к

увеличению сил инерции и сопротивления калению и подъему,

что ухудшает динамичность автомобиля.

Обтекаемость автомобиля. Для современных легковых автомоби-

лей характерны очертания с плавными переходами, обеспечива-

ющие хорошее обтекание кузова потоком воздуха. Наибольшее

влияние на обтекаемость автомобиля оказывает его передняя часть.

Воздушный поток, получивший большие возмущения при

нате-

кании на переднюю часть кузова, дальше уже не дает хорошего

обтекания, какова бы ни была форма

средне?!

и задней частей.

Для улучшения обтекаемости

крышку

капота делают наклонной.

Ветровое стекло выполняют полукруглым, крышу слегка выпук-

лой. Для грузовых автомобилей заметное снижение аэродинами-

ческого сопротивления дает округление передних углов грузовой

платформы. Еще лучшие результаты получены при затягивании

платформы брезентом.

Аэродинамическое сопротивление автопоездов с полуприце-

пами снижают, устанавливая на тягачах

щиткц-обтекатели,

пред-

отвращающие интенсивное вихреобразование. Установка обтека-

теля на крыше тягача может снизить силу сопротивления воздуха

на

15...

Обтекатель, укрепленный под передним буфером пе-

ред колесами, снижает аэродинамическое сопротивление на

10...

15%.

22.5. Тяговые возможности автопоезда

На дороге с твердым покрытием, не имеющей крутых и затяж-

ных подъемов, можно существенно повысить производительность

грузового автомобиля, используя его в качестве тягача для букси-

рования прицепов. При этом количество перевозимого груза уве-

личивается в

2...3

раза, а средняя скорость движения снижается

незначительно. Одновременно снижаются и удельные расходы на

перевозку груза (т.е. на перевозку 1 т груза).

Движение автопоезда связано с увеличением сил сопротивле-

ния качению и воздуха. Несовершенство поворотных устройств

прицепов и зазоры в сцепном оборудовании приводят к тому, что

траектория движения прицепа или полуприцепа не совпадает с

290

291

траекторией движения тягача. При движении с большой скорос-

тью возникают колебания прицепов в горизонтальной плоскости,

а при изменении скорости тягача — продольные рывки и удары.

В результате сила сопротивления качению автопоезда увеличива-

ется непропорционально его весу, так как одновременно с повы-

шением веса растет и коэффициент сопротивления качению ав-

топоезда:

/an =

(/тягС

тяг

пр

)/(С

тяг

пр

(22.14)

где

яг

fnp

— коэффициенты сопротивления качению соответ-

ственно тягача и прицепов;

С?

тяг

— вес

соответственнр

тягача

и прицепов.

Коэффициент

Уап

особенно увеличивается в результате проскаль-

зывания ведущих колес относительно дороги при возрастании силы

тяги. Так, на горизонтальной дороге применение одного прицепа

увеличивает коэффициент сопротивления качению на 5... 10

На

дороге с крутыми подъемами он повышается почти в два раза.

При использовании прицепов повышается также сопрртивле-

ние воздуха вследствие значительного вихреобразования в воздуш-

ных потоках и увеличения поверхности трения. У автопоезда, со-

стоящего из тягача и прицепа, сопротивление воздуха приблизи-

тельно на

25...

30%

больше, чем у одного тягача, и увеличивается

на

15...

при добавлении каждого последующего прицепа.

Для анализа динамичности автопоезда используют его дина-

мическую характеристику с номограммой нагрузок (динамиче-

ский паспорт автопоезда). Номограмму нагрузок для автрпоезда

(рис.

22.11,

а) в отличие от номограммы для одиночного

автомо-

биля строят, принимая за

100%

вес тягача с полной нагрузкой.

Для определения нагрузки автопоезда вес прицепов с нагрузкой

условно суммируют с весом тягача.

Динамический

фактор автопоезда

Аш

(Л

P*}/G

аг

>/£,

(22.15)

где

ап

— коэффициент учета вращающихся масс автопоезда.

Приняв для упрощения, что сила

0, для случая равномер-

ного движения автопоезда

ап

=1)

можно записать

(22.16)

V-

Расчеты движения автопоезда по динамическому паспорту ана-

логичны расчетам движения одиночного автомобиля. Так, автопо-

езд, вес которого в 2,5 раза больше веса базового автомобиля, мо-

жет двигаться по дороге, характеризуемой коэффициентом

0,05

(точка А на рис.

22.11,

а), на второй передаче (точка В) со скоро-

стью около 6 м/с.

Используя прицепы, можно в широких пределах изменять гру-

зоподъемность подвижного состава, что особенно важно при

се-

292

0.25

0,3

300 250

20Q

150

Н,%

V,M/C

^гр.

кН

200

150

100

>*D

-X

О 50 100 150 200 250 G, кН

Рис.

22.11.

Тяговые возможности автопоезда:

а —

динамический

паспорт автопоезда, б — зависимость грузоподъемности авто-

мобиля и

автопоезда

от их полного веса, в — зависимость производительности

автопоезда

от его полного веса,

I—V

— передачи

зонных перевозках (например, сельскохозяйственных грузов во

время уборки) Собственный вес прицепа вследствие отсутствия

кабины,

двигателя

и трансмиссии меньше, чем автомобиля той

же грузоподъемности. Так, у автомобиля КамАЗ-5320 при весе

перевозимого груза 80 кН собственный вес равен 70,8 кН, а у

прицепа ГКБ-8350 при той же грузоподъемности он составляет

всего 35 кН.

Это

положение иллюстрируется рис.

22.11,

б,

на кото-

ром показаны зависимости грузоподъемности отечественных ав-

томобилей

(штриховая

линия) и автопоездов (сплошная линия)

от их полного веса.

В результате, несмотря на некоторое повышение сопротивле-

ния движению, затраты энергии на транспортирование 1 т груза

или на выполнение 1

т-

км транспортной работы у автопоезда мень-

ше, а производительность выше, чем у одиночного автомобиля.

Рассмотрим^

как изменяются тяговые возможности автопоезда

при увеличении его веса.

293

Эффективный

крутящий момент двигателя

Ме

—

•*

е max

(22.17)

где %

ЩГ/УГР

—

скорость автомобиля (автопоезда)

при

макси-

мальной мощности, м/с;

— частота вращения коленчатого вала

двигателя при максимальной мощности;

а^,

— эмпириче-

ские коэффициенты, зависящие от типа двигателя (для четырех-

тактных карбюраторных двигателей

для двухтакт-

ных дизелей

= 0,87,

1,56,

- 1; для

четырехтактных

дизе-

лей

= 0,53,

1,56,

1,09).

Из

выражений

(22.16) и (22.17) имеем:

-C

(V/V

)

ГДе А =

Раскрывав

скобки, получаем квадратное уравнение:

v/c

\\i/A

-a

Найдем

оптимальную

скорость автопоезда. При решении урав-

нения перед корнем берем знак плюс, так как практический смысл

имеет движение автопоезда с большой скоростью;

(22Л8)

При повышении

ап

возрастает второй член под корнем, что

вызывает

уменьшение

скорости автопоезда (на рис.

22.1

в сплош-

ная

линия). Однако одновременно увеличивается вес полезного

груза,

перевозимого

автопоездом (штриховая линия).

Максимально возможная

производительность

автопоезда

W-

G^v,

При

увеличении

общего веса

автопоезда

вес груза

растет, а

скорость движения уменьшается, поэтому производительность W

автопоезда вначале увеличивается, а затем, достигнув

некоторого

максимума, падает (заштрихованная зона на рис.

22.1

в). Границы

этой зоны

определяют

оптимальный вес

С/

опт

автопоезда, соответ-

ствующий максимуму его теоретической

производительнорти.

Фактичеркая

производительность подвижного состава всегда

меньше

теоретической,

так как в последней не

учитываются

про-

стои автомобиля под перегрузкой, движение автомобиля со ско-

ростью, меньшей, чем максимально возможная, а также порож-

ние пробеги подвижного

состава.

294

На хорошей дороге скорость автопоезда, состоящего из грузо-

вого автомобиля и прицепа, снижается по

сравнению

с одиноч-

ным грузовым автомобилем приблизительно на

10%,

его произ-

водительность увеличивается на

40...

Контрольные вопросы

1. Расскажите о методах построения и анализа силового и мощност-

ного балансов и динамической характеристики.

2. Назовите основные измерители тяговой

динамичности

автомобиля.

3. От чего зависят значения динамических факторов, определенные

по условиям тяги и сцеплению?

4. Как используют

динамичеркий

паспорт для решения эксплуатаци-

онных задач?

5. Как определить ускорение автомобиля, время и путь его разгона?

Назовите примерные максимальные ускорения для

автомобилей

разных

типов.

6. Какие способы

расчета

применяются для определения показателей

динамичности автомобиля при преодолении подъема?

7. Как охарактеризовать влияние конструктивных факторов

ца.

тяго-

вую динамичность автомобиля?

8. Перечислите преимущества и недостатки автопоездов?

Глава 23

ИСПЫТАНИЯ

ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ

СВОЙСТВ

АВТОМОБИЛЯ

23.1. Показатели, условия, виды и методы испытаний

При испытаниях

тягово-скоростных

свойств автомобилей уста-

новлена следующая номенклатура показателей (ГрСТ

22576—90):

скоростная характеристика разгон-выбег; характеристика разгона

на высшей и предшествующей передачах; скоростная характерис-

тика на дороге с переменным продольным профилем; максималь-

ная скорость; условная максимальная скорость; время разгона на

пути 400

1000 м; время разгона до заданной скорости.

Испытания грузовых

автомобилей

проводят при полной на-

грузке. Для автобусов и легковых автомобилей допускается приме-

нение частичных

нагрузок.

Испытания

тящво-скоростных

свойств автомобилей делятся на

стендовые и дорожные, которые дополняют друг друга,

При стендовых испытаниях может быть

применен

больший

оф>ем

измерительной аппаратуры и более оперативно получают

результаты

экспериментальных исследований,

поскольку

обработка

данных с помощью

вычислительных

машин может вестись парал-

лельно

проведение

эксперимента.

Дорожные испытания проводят при следующих условиях окру-

жающей среды: скорость

ветра

не более 3 м/с; отсутствие осадков;

температура окружающего воздуха от

-5...+25

°С.

Погрешности измерительной аппаратуры должны составлять

ддя

датчиков скорости

±1,

времени

и пути ±0,5. Перед

цроведе-

нием

испытаний определяют весовые показатели автомобиля,

коэффициенты сопротивления качению и сцепления шин с до-

рогой. Непосредственно перед началом испытаний все

агрегаты

автомобиля должны быть прогреты пробегом в течение 0,5... 1 ч, а

в период испытаний

температура

охлаждающей жидкости и масла

должна поддерживаться в установленных пределах.

Измерительный участок

доррги

для определения

макрималь-

ной скорости должен быть горизонтальным, прямолинейным с

цементе-

или асфальтобетонным покрытием, длиной не менее

1 км (допускаются неровности не более 0,5 % на участках до

50 м).

Испытательные заезды проводят на высшей передаче в двух

противоположных направлениях, за исключением испытаний на

дороге с переменным продольным профилем.

Скорость

должна

быть установлена до начала измерительного

учас'гка

не менее чем

за^

200 м. Условную

максимальную

скорость

определяют

по

време-

296

ни прохождения последних 400 м, при разгоне автомобиля (авто-

поезда) с места на пути 2000 м.

Характеристику разгон-выбег определяют путем разгона с ме-

ста до наибольшей скорости на пути 2 км и выбега до остановки.

Скоростную характеристику разгона на высшей (предшествующей)

передаче определяют при разгоне с минимальной установившей-

ся скорости на данной передаче путем резкого и полного нажатия

на педаль подачи топлива и удержания ее в таком положении до

конца разгона.

При определении скоростной характеристики на дороге с пе-

ременным

продольным профилем испытательный участок дол-

жен быть длиной 13... 15 км, с наличием одного подъема и одно-

го спуска

длиной

по

500...700

ц с уклоном 4,5

Радиуры

кри-

вых в плане — не менее 1 км. Пробег осуществляется с наиболее

высокой скоростью, но не превышающей допустимую, в том числе

на спусках. На подъемах не допуркается чрезмерное падение ско-

рости.

Время разгона на участках 400 и

1000

ц определяют путем изме-

рения при разгоне с места» а время разгона до заданной скорос-

ти — путем записи параметров разгона с

цеста.

Для легкового авто-

мобиля заданная скорость составляет 100 км/ч (27,7 м/с), для мик-

роавтобуса и автомобиля

мало^

грузоцодъемности

—

/80

км/ч

(22,2 м/с), для автобуса, грузового автомобиля и автопоезда — 60 км/ч

(16,68 м/с).

23.2. Аппаратура для дорожных испытаний

При испытаниях

тягово-скоростных

свойств автомобилей ши-

роко применяют цифровую аппаратуру. По информации только

одного датчика получают данные о пути, скорости, ускорению и

времени

движения

автомобиля при различных

программах

испы-

таний.

В качестве

источника

первичной информации обычно исполь-

зуют прибрр «пятое колесо» (рис.

23.1),

на валу которого установ-

лен фотоэлектрический

или

индукционный датчик. Базовая плат-

форма 2 пятого колеса крепится к буферу или раме автомобиля

зажимом 1. На платформе расположен карданный шарнир 4, одна

из вилок которого связана с дышлом 5. Прижим колеса к дороге

обеспечивается пружиной 3 между дышлом и

опорной

платфор-

мой.

С валом колеса

/связан

датчик

6импульсов.

Датчик представ-

ляет собой зубчатый диск 8, при вращении которого замыкается

магнитны}!

поток постоянного магнита 9, а в катушке индуктив-

ности,

установленной

на нем, индуцируются

имггульсы

ЭДС.

Ам-

плитуда импульсов зависит от угловой скорости диска 8, а форма

близка к синусоидальной.

297

Рис. 23.1.

Пятое

колесо

датчик скорости:

7 — зажим; 2 — базовая

платформа;

3 — пружина; 4 — карданный шарнир; 5 —

дьиш^о;

6 —

латник

импульсов; 7 — колесо; 8 — зубчатый диск; 9 — постоянный

магнит

катушкой (индукционный датчик)

Для формирования импульсов постоянной амплитуды и одной

полярности используют схему, состоящую из выпрямительного

диода

VD1,

резисторе/в

R1 и

R2,

одного

стабилитрона VD2.

помощью

диода VD1 синусоидальный сигнал формируется в

однополярный.

С нагрузочного резистора R1 снимается напряже-

ние

одноподярного

сигнала и через ограничительный резистор

глодается

на стабилитрон VD2. Напряжение на нем поддержи-

вается постоянным, так как превышение напряжения над поро-

говым приводит к пробою стабилитрона. Происходит ограниче-

ние по амплитуде

подупериодов

синусоидального сигнала. Форма

сигнала на выходе близка

трапециевидной. Например, при дис-

ке со 100 пазами и периметре пятого колеса 1 м интервал между

электрическими импульсами соответствует 0,01 м пройденного

пути.

В функциональной схеме цифровой регистрирующей аппаратуры

(рис. 23.2)

электрический

сигнал

от

датчика импульсов поступает

в нормализатор 7, где преобразуется в сигнал прямоугольной

формы.

Для

регистрации

пути прямоугольные импульсы датчика по-

ступают в счетчик 3, осуществляющий счет импульсов в двоич-

ной

системе счисления. Для индикации пути в десятичной систе-

ме

счисления

двоичный код переводится в десятичный в

дешиф-

раторе 6 и поступает на цифровой индикатор 7. При определении

скорости

автомобиле

необходимо

через равные промежутки вре-

мени проводить

счет

импульсов, соответствующих пройденному

пути. Формирование временных интервалов осуществляет таймер

18. Импульсы таймера открывают ключ 2 на равные промежутки

времени и через

равные

интервалы

времени. За время, в течение

298

которого ключ 2 открыт,

через

него на счетчик 4 проходят им-

пульсы датчика,

Число импульсов в единицу времени зависит от скорости авто-

мобиля. Подсчитанное в единицу времени в двоичной системе

счис-

ления число импульсов переводится дешифратором

десятичный

код, что и фиксирует цифровой индикатор 8 скорости. Фиксация

скорости движения проводится в динамическом режиме,

т.е.

пока-

зания индикатора непрерывно меняются. Для измерения скорости

движения в каждый последующий промежуток времени информа-

ция, накопленная в счетчике за предыдущее время, должна быть

стерта. Операция по стиранию информации осуществляется пере-

дним фронтом импульса, который формируется таймером

18,

под-

ключенным также к счетчику 4 ц дешифратору 5.

Ускорение автомобиля

определяется

путем

сравнения

данных

скорости

движения за два цикла измерения. С этой целью ин-

формация о скорости поступает от счетчика 4 на два запоминаю-

щих устройства

и 75 через ключ 16. Управление

ключом

осуще-

ствляется через триггер

от таймера 18. На двух выходах триггера

формируются управляющие сигналы со сдвигом по времени

на

половину периода.

Рис.

23.?..

Функциональная схема цифровой регистрирующей

аппаратурах;

/ —

нормализатор;

2, 16 — ключи; 3, 4 — счетчики; 5, 6, 12 — дешифраторы;

7—-

9 — цифровые индикаторы; 10, И —

щифроаналоговые

преобразователи; 13

—>

сравнивающее устройство; 14, 15 — запоминающие устройства; 77 — триггер;

18—

таймер;

£/

вх

— напряжение входного сигнала; t — время;

U(y

)

U(a

)

—

напряжение выходных

сигнапов

соответственно в функции скорости и ускоре-

ния;

£/(/)

— напряжение сигналов импульсов времени;

—-

число импульсов в

пачке; R — кодовые

входы;/—

частота

преобразование

299