15. Тяговий баланс машини

Тяговий баланс машини – це рівняння чи система співвідношень, які характеризують розподіл тієї чи іншої рушійної сили машини за видами витрат на подолання сил опору рухові машини.

Нам відомі такі рушійні сили:

– повна колова сила, ; (15.1)

– сила тяги, ; (15.2)

– вільна сила тяги, ; (15.3)

– динамічний фактор, . (15.4)

Для кожної з цих сил можна скласти рівняння тягового балансу. Наприклад, повна колова сила може витрачатись на подолання таких сил опору (рис. 1):

– сили опору повітря;

– сили опору перекочуванню;

– сили опору підйому;

– сили опору причепа;

– сили інерції.

Згідно з третім законом Ньютона сила дії (повна колова сила ) дорівнює сумі всіх сил протидії (сил опору рухові):

. (15.5)

Це і є рівняння тягового балансу машини за повною коловою силою .

Якщо у рівнянні (15.6) силу опору повітря перенести з правої частини у ліву, то зліва отримаємо вільну силу тяги :

, (15.7)

а вираз (15.7) являтиме собою рівняння тягового балансу машини за вільною силою тяги . Саме такий тяговий баланс застосовується при аналізі руху автомобілів.

Рис. 1. Схема сил і моментів, що діють на машину у загальному випадку руху

Якщо ж кожну складову балансу (15.7) розділити на вагу машини , то отримаємо: , (15.8)

де ліва частина – це динамічний фактор ;

перша складова правої частини – питома сила (коефіцієнт) опору перекочуванню ;

друга складова (тут і далі – правої частини) – питома сила ;

третя складова – питома сила інерції .

Врахувавши все зазначене, можемо вираз (15.8) записати у вигляді: . (15.9)

Він являє собою рівняння тягового балансу машини за динамічним фактором .

Всі складові частини цього рівняння є питомими безрозмірністними силами. Тому його можна вважати тяговим балансом машини за питомими чи за безрозмірністними силами. Такий баланс є основним при аналізі руху автомобілів.

Тяговий баланс дає відповіді на такі запитання:

• яким чином рушійна сила, значення якої відоме, витрачається (розподіляється) на подолання сил опору рухові;

• який розмір повинна мати рушійна сила, щоб забезпечити можливість руху автомобіля у заданих умовах (тобто із заданими силами опору рухові );

• чи існує можливість отримання такої рушійної сили;

• якщо існує – то на якій передачі і при якій швидкості може здійснюватись рух автомобіля.

2. Окремі випадки тягового балансу

У більшості випадків рівняння тягових балансів повинні застосовуватись у скороченому вигляді, у якому відображено лише ті сили, які діють у даних конкретних умовах.

Наприклад, дужками а), б) та в) нижче позначено три окремих випадки тягового балансу (15.6):

. (15.10)

а)

б)

в)

а) тяговий баланс автомобіля, який рухається з малою швидкістю (завдяки чому і може не враховуватись) по горизонтальній дорозі (тобто при ) без прискорення чи сповільнення (тобто при );

б) тяговий баланс автомобіля, який рухається з середньою чи великою швидкістю ( ) по горизонтальній дорозі ( ) без прискорення чи сповільнення ( );

в) тяговий баланс автомобіля, який рухається з середньою чи великою швидкістю ( ) по негоризонтальній дорозі ( ) без прискорення чи сповільнення ( ).

Можливі й інші окремі випадки, які характеризуються іншими комбінаціями сил опору рухові.

Інженерна форма запису тягового балансу. Наявність сили інерції у балансі (15.10) забезпечує рівність його лівої і правої частин у будь-яких випадках руху машини – при її сповільненні, рівномірному русі чи при розгоні. Цим самим забезпечується відповідність балансу третьому закону Ньютона. Тому запис тягового балансу у вигляді (15.10) відповідає всім законам класичної механіки і може вважатись науковою формою запису.

Але для практичного застосування з рівняння балансу доцільно вилучити силу інерції . У такому випадку знак рівності у тяговому балансі буде справедливим тільки у випадку рівномірного руху машини, коли повна колова сила дорівнює сумі сил опору . При нерівномірному русі знак рівності повинен бути замінений знаком нерівності, внаслідок чого тяговий баланс (15.10) повинен мати вигляд:

, (15.11 а)

або, позначивши суму всіх складових у правій частині як ,

. (15.11 б)

При такій формі запису знак між лівою і правою частинами у однозначно вказує на вид руху, який здійснює машина:

– прискорений рух машини;

– рівномірний рух;

– сповільнений рух або нерухомий стан.

При нерівномірному русі машини різниця значень лівої і правої частин балансу (15.11) врівноважується силою інерції:

. (15.12)

Рівняння (15.12) слід обов’язково розглядати разом з виразом (15.11), внаслідок чого вони разом являють собою систему, яку можна вважати інженерною формою запису тягового балансу.

Якщо у виразі (15.11 б) повну колову силу записати у частково розгорнутому вигляді, то отримаємо співвідношення

, (15.13)

за допомогою якого можна проаналізувати дев’ять ситуацій, які можуть спостерігатись під час руху машини – табл. 1.

Табл. 1. Ситуації, які можуть спостерігатись під час руху

№	Співвідношення між лівою і правою частинами балансу	Характе-ристика руху	Співвідно-шення між і	Буксу-вання коліс	Рекомен-дації для забезпечення надійного руху
1		Розгін		немає	Нічого не змінювати
				є	Зменшити або збільшити
2		Усталений рух		немає	Нічого не змінювати
				є	Збільшити
					Збільшити і змен-шити
3		Сповіль-нення або нерухомий стан		немає	Збільшити
				є	Збільшити і
					Збільшити