КПД ведущего колеса зависит от соотношения между тяговым усилием и нагрузкой на колесо
Касательная тяги, приложенная к колесу, направлена в сторону, противоположную движению. Ее величина ограничивается прочностью (сцеплением φ) между рабочей частью поверхности шины и дороги. Условие движения ведущего колеса без буксования:
Рк<g< i="">к(φ + f).
Если коэффициент сопротивления качению мал, то приближенно можно принять:
Рк<g< i="">кφ,
то есть для того, чтобы не было пробуксовывания, тяговая сила на ведущих колесах не должна превосходить силы сцепления. В том случае, когда соотношение между касательной силой тяги и силой сцепления удовлетворяет данному условию, тяговая сила ведущих колес будет полностью использоваться для движения автомобиля. В противном случае, будет иметь место пробуксовывание на дороге, и для движения автомобиля будет использоваться только часть тяговой силы, равная силе сцепления Gкφ.
Очевидно, что пробуксовывание приводит к снижению скорости машины. Величину буксования можно определить и по отношению пути, потерянного на буксование за один оборот колеса, к теоретическому пути без буксования также за один оборот колеса:
,
где St –путь, проходимый колесом без буксования за один оборот;
St – действительный путь, проходимый за один оборот при тяговой эксплуатации.
Обычно сила Рк может ограничиваться по силе сцепления при трогании с места или при преодолении повышенных сопротивлений на скользкой дороге. Ограничение тяговой силы по силе сцепления происходит чаще, когда автомобиль используется в качестве тягача для буксировки прицепа.
При движении автомобиля возникают дополнительные силы и моменты, которые перераспределяют нагрузки на колеса. Например, сила сопротивления воздуха и подъему, бокового ветра, сила инерции при ускоренном или замедленном движении автомобиля и др.
Коэффициент сцепления ведущего колеса с дорогой.
Коэффициент сцепления колеса с дорогой φ представляет собой отношение той силы, которая может вызвать относительное перемещение опорной поверхности шины колеса по дороге, к реакции дороги на колесо, направленное нормально к поверхности дороги.
Взаимодействие колеса с дорогой, имеющей мягкое покрытие (песок, щебень и т.п.) происходит иначе. В этом случае под влиянием тангенциальных усилий между дорогой и шиной происходит частичное разрушение контактной поверхности (смятие, сдвиг и т.д.), что вызывает проскальзывание или буксование ведущего колеса. Коэффициент сцепления при этом отличается от определения коэффициента трения.
Коэффициент сцепления колеса на таких дорогах трудно определим расчетным путем и выясняется проведением экспериментальных исследований. Исследуемый автомобиль с полностью заторможенными колесами буксируется с помощью специального тягача при одновременном измерении усилия на сцепке с помощью динамометра. Отношение этого усилия к полному весу буксируемого автомобиля представляет собой коэффициент сцепления.
Этим способом можно определить величину φ на дорогах с покрытиями различного типа. Существуют и другие способы определения φ, например, торможением автомобиля на исследуемом участке дороге с одновременным измерением тормозных путей.
8) Нормальные реакции дороги на передние и задние колеса автомобиля. Коэффициент перераспределения масс.
Значения нормальных реакций Ук и Уп на задние и передние колеса машин существенно влияют не только на показатели их тягово-сцепных свойств, но и на показатели тормозных свойств, управляемость, устойчивость и прочность ходовой системы. В связи с этим представляет интерес анализ зависимости нормальных реакций дороги на колеса трактора и автомобиля от некоторых конструктивных и эксплуатационных факторов.
Рассмотрим общий случай ускоренного движения машины с прицепом на подъем под углом <х (рис. 29) к горизонтали. Машина имеет задние ведущие и передние ведомые колеса диаметром соответственно 2гд и 2гп.
При прямолинейном движении трактора или автомобиля на него действуют в продольной плоскости следующие внешние силы и реакции.
Вес трактора G приложен в центре тяжести машины. Положение центра тяжести зафиксировано на схеме двумя координатами: продольной а и вертикальной пц.т. Первая из них представляет собой расстояние от центра тяжести до прямой, проведенной через геометрическую ось ведущих колес перпендикулярно поверхности пути, а вторая — расстояние от центра тяжести до опорной поверхности колес.
Нормальные реакции дороги Ук на ведущие колеса и Уп на ведомые колеса. Реакция Ук смещена на расстояние ак, а реакция Уп —на расстояние а„ от прямых, проведенных через оси соответствующих колес перпендикулярно их опорной поверхности. Реакции дороги, параллельные поверхности пути: действующая по направлению движения толкающая сила Хк«(Рк—PfK)-приложенная на расстоянии гд от геометрической оси ведущих колес, и действующая против направления движения реакция Pfn, приложенная на расстоянии гп от геометрической оси ведомых колес..
Суммарная сила инерции Pj6BP поступательно движущихся и вращающихся масс трактора, возникающая при неравномерной скорости движения.
Сила Pw сопротивления воздуха, которую приложим на высоте Лц.т центра тяжести машины, приближенно считая, что центр парусности находится на этой же высоте.
На распределение нормальных нагрузок между передними и задними колесами существенно влияет продольная координата центра тяжести машины.
В легковых автомобилях, а также в грузовых при отсутствии груза на платформе центр тяжести располагается приблизительно посредине продольной базы. При наличии груза, соответствующего номинальной грузоподъемности автомобиля, и равномерном распределении его по платформе на задние колеса в статическом положении приходится примерно (0,7...0,75) G.
6. Конструктивные параметры машины также влияют на перераспределение нормальных нагрузок между передними и задними колесами. Чем короче продольная база L машины и чем выше у нее расположены центр тяжести Лц.т и условная точка прицепа h'KP, тем при прочих равных внешних условиях резче происходит перераспределение.
9) Силы сопротивления движению автомобиля. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на снижение сил сопротивлению движению.
Силы сопротивления движению автомобиля.
Анализ сил сопротивления движению автомобиля позволяет установить, какая часть мощности, передаваемая от двигателя, может быть использована полезно и из каких составляющих состоит общее сопротивление движению.
На автомобиль в общем случае движения действуют следующие силы сопротивления:
- сопротивление качению ( Рf );
- сопротивление воздуха ( Рw );
- сопротивление подъему ( Рh );
- сопротивление разгону ( Рj );
- тяговое сопротивление на крюке прицепа ( Ркр ).
Сопротивления при качении и подъеме.
Сила сопротивления качению автомобиля вызывается деформацией опорной поверхности дороги и шин. Ее определяют как произведение нормальной суммарной реакции опорной поверхности, действующей на колеса автомобиля с весом G (G·cos α), на коэффициент сопротивления качения f:
Рf = G · cos α · f .
При движении по усовершенствованным дорогам, продольные уклоны которых не превышают 150, cos α ≈1. В этом случае силу сопротивления качению можно принять, равной:
Рf = G ·f .
С помощью коэффициента сопротивления качению f оценивают сопротивления, характеризуемые дорожным покрытием, его типом и состоянием.
Определение сопротивления качению автомобиля проводят из условия его движения по дороге при использовании стандартных шин в нормальном техническом состоянии (рекомендуемое давление воздуха в шине и требуемая высота протектора). Допускаемая нагрузка автомобиля при этом не должна превышать допустимую величину по ГОСТ.
С изменением скорости движения автомобиля величина f не остается постоянной, а меняется, например, согласно следующей зависимости:
.
Сила сопротивления подъему Рh, действующая на машину при движении по наклонному участку, равна составляющей силы тяжести (веса), параллельной плоскости подъема:
Рh = G·sin α = m·g·sin α,
G, m - вес и масса машины соответственно, g - ускорение свободного падения (9,81 м/с2) , α - угол подъема.
При движении автомобиля под уклон сила Рh совпадает с направлением тяговой силы Рк. Таким образом, в зависимости от условий движения автомобиля сила Рh может быть и силой сопротивления и силой, движущей автомобиль.
Сумму сил сопротивления качению и подъему называют суммарной силой дорожного сопротивления Рψ:
Рψ = Рf + Рh = G (f + sin α) = G ·ψ ;
ψ – коэффициент дорожного сопротивления: ψ = f + sin α.
Сила сопротивления воздуха Рw обусловлена трением в прилегающих к поверхности автомобиля слоях воздуха, сжатием воздуха движущейся машиной, разрежением за машиной и вихреобразованием в окружающих автомобиль слоях воздуха. Основную часть всей силы сопротивления воздуха составляет лобовое сопротивление, которое зависит от лобовой площади (наибольшей площади поперечного сечения машины).
Для определения силы сопротивления воздуха используют зависимость:
Рw = 0,5·сх·ρ·F·vn ,
где сх – коэффициент, характеризующий форму тела и аэродинамическое качество машины;
ρ - плотность воздуха;
F - лобовая площадь машины (площадь проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси);
v - скорость движения машины;
n - показатель степени (для скоростей движения автомобилей принимается равным 2).
Сопротивление ускорению ( Рj ). При разгоне (замедлении) автомобиль преодолевают силы инерции поступательно движущихся масс, а также моменты инерции ускоренно вращающихся масс.
Сила инерции Рjп поступательно движущейся массы автомобиля приложена в центре его массы и определяется по формуле:
Рjп = m(dv/dt) = (G/g)(dv/dt),
где dv/dt - ускорение автомобиля.
Сила тягового (крюкового) сопротивления Ркр прицепных повозок определяется величиной сопротивления прицепных машин. Сила сопротивления прицепов при выполнении машиной транспортных работ определяется формулой:
Ркр = mп·g·fп + mп·g ·sin α = mп·g(fп + ·sin α) = Gп(fп + ·sin α),
где mп и Gп – масса и вес прицепа;
fп - коэффициент сопротивления качению прицепа.
10)Тяговый баланс и дифференциальное уравнения движения автомобиля . Анализ их составляющих.
Уравнение тягового баланса автомобиля
Уравнение тягового баланса показывает, как распределяется касательная сила тяги Рк , возникающая в результате взаимодействия ведущих колес автомобиля с опорной поверхностью, на различные сопротивления движению:
- сила сопротивления качению Рf ;
- сила сопротивления подъему Рh , которая является составляющей силы тяжести G автомобиля, параллельной его оси (G·sinα);
- приведенная сила инерции Рj , возникающая при изменении скорости движения; при ускоренном движении берется со знаком плюс, при замедлении – со знаком минус;
- сила сопротивления воздуха Рw .
В общем случае тяговый баланс автомобиля отображают следующей зависимостью:
Рк = Рf + Рw ± Рh ± Рj ,
Касательную силу тяги при установившемся движении подсчитывают как частное от деления ведущего момента на динамический радиус rд ≈ rк (радиус качения) ведущего колеса:
Рк = Мк·iтр·ηт / rк ,
где Мк – крутящий момент двигателя;
iтр - передаточное число трансмиссии;
ηт - КПД, учитывающий потери энергии в трансмиссии.
Уравнение тягового баланса применяется в теории автомобиля для определения скорости движения при тех или иных эксплуатационных условиях.
Тяговые возможности автомобиля удобно оценивать с помощью графической интерпретации тягового баланса. Наибольший интерес представляют максимальные значения тяговой силы, реализуемые на различных передачах и при различных скоростях движения. Очевидно, что они могут быть получены при работе двигателя с максимально возможной подачей топлива.
11)Динамический фактор по двигателю и по сцеплению
Представляет собой отношение разности силы сцепления и силы сопротивления воздушной среды к весу автомобиля.
- mсц = 0;
K · F · V2 = 0
Если автомобиль полноприводный:
Да = φ, так как все колеса являются ведущими.
φ - коэфициент сцепления;
Динамический фактор автомобиля для снаряженного автомобиля
- G0 сц – вес приходящийся на ведомую ось снаряженного автомобиля;
12 Динамическая характеристика и динамический паспорт автомобиля. Задачи, решаемые с помощью динамического паспорта автомобиля.
Так как касательная сила тяги и сила сопротивления воздуха изменяются в функции скорости, то и динамический фактор зависит от скорости. График, показывающий изменение динамического фактора в зависимости от скорости движения D = f(v) автомобиля на различных передачах, называется динамической характеристикой автомобиля (рис.1). Это основная характеристика автомобиля, отражающая его тягово-скоростные качества.
Поскольку вес АТС может меняться от снаряженного до полного, и при этом будет меняться и его динамический фактор, то динамическую характеристику дополняют номограммой нагрузок, пристраивая её слева, с использованием зависимости между масштабами (см. рис. 7).
, (1.43)
где: ао -масштаб шкалы динамического фактора при загрузке 0 %;
a100 – масштаб шкалы D при загрузке100%;
Ga, Go – вес автомобиля, соответственно при полной нагрузке (100%) и без нагрузки (0%).
Рис. 7 Динамический паспорт автомобиля
Вместе с тем изменение веса АТС влияет на величину нормальной реакции на ведущих колесах, а следовательно на возможность трогания.
Полученный график называют динамическим паспортом АТС. С его помощью можно:
1) определить максимальный подъем, преодолеваемый АТС при любой загрузке и в порожнем состоянии, с учетом динамического фактора по сцеплению;
2) определить максимальную скорость АТС на любой передаче при любой загрузке и в порожнем состоянии;
3) определить возможность трогания с места при любой загрузке и в порожнем состоянии для соответствующих дорожных условий, характеризуемых величиной коэффициента сцепления;
4) определить возможность трогания и движения АТС при любой загрузке и в порожнем состоянии для соответствующих дорожных условий, характеризуемых величиной коэффициента сцепления и величиной коэффициента суммарного дорожного сопротивления.
13 Мощностной баланс автомобиля. Потребная мощность для движения автомобиля.
Мощностной баланс автомобиля
Распределение мощности двигателя по отдельным видам сопротивлений носит название мощностного баланса и может быть представлено в виде следующего уравнения:
Nе = Nт + Nf + Nw ± Nh ± Nj , или
Nе·ηт = v·(Рf + Рw ± Рh ± Рj),
где ηт, v – КПД трансмиссии и скорость движения автомобиля.
Мощность, потерянная в трансмиссии машины, может быть определена как:
Nт = Nе (1 - ηт).
Потери мощности на самопередвижение машины (мощности сопротивления качению) определяется по формуле:
Nf = Рf·v = f·G·v ,
где Рf - сила сопротивления качению;
G - сила тяжести (вес) машины;
f - коэффициент сопротивления качению.
Мощность сопротивления подъему может быть определена по формуле:
Nh = Рh·v = G·v·sin α ,
где Рh - сила сопротивления подъема;
α - угол подъема.
При движении под уклон величина Nh берется со знаком минус.
Мощность сопротивления разгону определяется так:
Nj = Рj ·v = G·v·β·(dv/dt)·(1/g) ,
где Рj – сила сопротивления разгону;
β - коэффициент учета влияния на разгон вращающихся масс;
g - ускорение свободного падения;
dv/dt - ускорение автомобиля.
В случае замедленного движения Nj берется со знаком минус.
При движении автомобиля возникают различные сопротивления, величина которых зависит от эксплуатационных и конструктивных факторов (см. предыдущий параграф). На преодоление сопротивлений расходуется определенная мощность двигателя, что непосредственно влияет на производительность автомобиля.
.
