r n i0ik
iki0
k
p
k 0
Ni i
η
2 nrk
Pp = η .
Тягове зусилля Pp = M
2.2. Динамічні характеристики автомобіля
Механічна енергія, яка виникає внаслідок згоряння пального у двигуні, створює на колінчастому валу обертальний момент M , що спричинює появу пари сил. Одна з цих сил, що називається окружною, прикладена до
площадки контакту шини з покриттям і прагне зсунути його верхній шар у протилежний руху бік, друга сила – тягове зусилля – рухає автомобіль.
M i i rk
об
/ rk ,
Рис. 2.4. Схема передавання обертального автомобіля:
2 r n
v =
16
об
об
,
об
,
(2.10)
е
e k
0
(2.11)
-1
.
(2.12)
,
(2.13)
k
.
(2.14)
об
Рис. 2.3. Обертальний момент M
колова сила Pk і тягове зусилля Pp на колесах автомобіля
моменту двигуна на колеса
1 – двигун; 2 – маховик і зчеплення: 3 – коробка передач; 4 – карданний вал: 5 – головна передача; 6 – шина
де , rk = λr0 – радіус кочення ведучих коліс з урахуванням обтиснення шини в зоні контакту з покриттям (рис. 2.3); λ – коефіцієнт деформації шини (на твердій поверхні λ = 0,945...0,950 для пневматичних шин високого тиску і λ =
0,930...0,935 для низького тиску).
Обертальний момент на ведучих колесах М , Н·м, може бути визначений за формулою
Mоб = Меiki0
де M – крутний момент двигуна, Н·м; ik – передаточне число коробки передач; i0 – передаточне число головної передачі; η – механічний коефіцієнт корисної дії трансмісії автомобіля, що враховує втрати енергії на подолання
опору в усіх механізмах від двигуна до ведучих коліс.
Схему передавання обертального моменту двигуна на колеса автомобіля подано на рис. 2.4.
Приблизні значення ККД трансмісії для двовісних вантажних автомобілів та автобусів становлять 0,9, для тривісних вантажних автомобілів – 0,8, для легкових автомобілів – 0,92.
Тоді тягове зусилля, Н,
Враховуючи, що крутний момент, який створюється двигуном, пов’язаний з його потужністю N, Вт, і частотою обертання колінчастого валу n, с , залежністю M = N / 2πn, вираз (2.11) можна звести до вигляду
P =
Швидкість руху автомобіля, яка залежить від частоти обертання колінчастого вала двигуна, передаточного числа силової передачі та радіуса ведучого колеса, виражається в метрах за секунду (м/с):
або в кілометрах на годину (км/год) при частоті обертання колінчастого вала двигуна в об./хв
v =0,377
Основною характеристикою двигуна є крива залежності максимальної ефективної потужності N від частоти обертання колінчастого вала п або швидкості. Ця крива (рис. 2.5) називається швидкісною характеристикою двигуна
і побудована за даними випробування двигуна. Швидкісну характеристику називають зовнішньою, якщо вона
D = = f ±i ± j .
Розділивши ліву і праву частини рівняння на G, матимемо
P −P G
17
ВЛЭ-Я0
1
ЮОО
(2.15)
(2.16)
p
ω
(2.17)
20 40
60 80
а
визначена при повному відкритті дросельної заслінки в карбюраторному двигуні та при повній подачі паливного насоса в дизельному двигуні. Графік зовнішньої швидкісної характеристики дає змогу оцінити максимальну
потужність, яку може розвивати двигун при певній частоті обертання колінчастого вала.
Для оцінювання потужності двигуна в разі роботи з неповним навантаженням знімають часткові зовнішні швидкісні характеристики; при цьому беруть до уваги різний ступінь відкриття дросельної заслінки.
На основі графіка зовнішніх швидкісних характеристик і виразів (2.11), (2.12) можна визначити розрахунком тягове зусилля Рp при різних швидкостях автомобіля, виходячи з умови, що під час руху автомобіля все тягове зу-
силля витрачається на подолання опорів руху.
Умова рівності зовнішніх і внутрішніх сил виражається залежністю
Pp = Pf ± Pi + Pω ± Pj ,
2000 3000
де Рp – внутрішня сила; Рf ,Рi , Рw , Рj – зовнішні сили.
Дана залежність показує розподіл тягового зусилля за окремими видами опору і є виразом тягового балансу автомобіля, а також рівнянням руху автомобіля. Залежно від
співвідношення зовнішніх опорів відбувається рух з постійною швидкістю, розгін або гальмування автомобіля.
Змінимо вираз (2.15), для чого перенесемо опір повітряного середовища в ліву частину рівняння і підставимо вирази інших опорів, що діють на автомобіль, і
дістанемо
Рис. 2.5. Зовнішні швидкісні характеристики двигунів деяких автомобілів
Pp − Pω = Gf ±Gi ±Gj .
Різницю між повною силою тяги на ведучих колесах і опором повітряного середовища, віднесену до одиниці ваги автомобіля, акад. Є.А.Чудаков назвав динамічним фактором D. Вираз D = (Рp - Pw)/G є основним показником для
оцінки тягових якостей автомобіля.
Динамічний фактор характеризує запас тягового зусилля на одиницю ваги автомобіля, що рухається зі швидкістю v. Цей запас може бути витрачений на подолання дорожніх опорів f ± i і на прискорення автомобіля j.
У зв’язку з тим, що і сила тяги, й опір повітря залежать від швидкості руху, динамічний фактор теж не залишається постійним із зміною швидкості.
Криву, що характеризує зміну значення динамічного фактора під впливом швидкості руху (рис. 2.6), називають динамічною характеристикою і використовують для тягових розрахунків як основний показник тягових якостей
автомобілів.
ЮО V, км/год
Рис. 2.6. Приклади динамічних характеристик автомобілів:
а – легкові автомобілі: 1 – ЗАЗ-968 “Запорожец”; 2 – ВАЗ-2103 “Жигули”; 3 – ГАЗ-24 “Волга”; 4 – ГАЗ-13 “Чайка”; 5 – “Москвич-2140”; 6 – ЗИЛ-111; б – вантажні автомобілі: 1 – КамАЗ-5320 з напівпричепом; 2 – ЗиЛ-130; 3 – ГАЗ-
53А; 4 – ГАЗ-51А; І - V – передачі
Графіки динамічних характеристик відповідають, як правило, випадку повного завантаження автомобілів. Якщо навантаження на автомобіль змінюються, то вираз у чисельнику не змінюється, оскільки він залежить тільки від
швидкості руху.
v 13
v, км/год
зчеплення використовують для обчислення довжини шляху,
Коефіцієнт поздовжнього
120 175
18
позд
поп
.
позд
поп
позд
позд
позд
=
позд
Умови руху |
Характеристика ділянок доріг |
Поздовжній коефіцієнт зчеплення φ , не менше |
Легкі Утруднені Небезпечні |
Прямі ділянки, а також криві з радіусами понад 1000 м, поздовжні похили не більш як 30 ‰, укріплені узбіччя, без пересічень в одному рівні. Мала інтенсивність руху Ділянки з недостатньою видимістю, з похилами, що перевищують розрахункові. Зони примикань і пересічень в одному рівні. Дороги з високою інтенсивністю руху |
0,45 0,50…0,45 0,60 |
р
2
,
(2.18)
п
2