Тягово-скоростные свойства
Тягово-скоростными свойствами называется совокупность свойств, определяющие возможные (по характеристикам двигателя или сцепления колёс с дорогой) диапазоны изменения скоростей движения и предельной интенсивности разгона автомобиля при работе его в тяговом режиме в различных дорожных условиях. Тяговым считается режим, при котором от двигателя к ведущим колёсам подводится мощность достаточная для преодоления сопротивлений движения и осуществления разгона или устойчивого движения.
4. Расчет и построение графиков силовых и мощностных балансов для сравниваемых автомобилей
Уравнение силового баланса выглядит следующим образом:
,
где
–
тяговое усилие, кН
–
сила сопротивления воздуха, кН;
–
сила сопротивления дороги, кН;
–
сила сопротивления разгону, кН.
Правая часть уравнения характеризует действие на автомобиль того или иного фактора или факторов окружающей среды или самого автомобиля, препятствующего (препятствующих) движению автомобиля, а сила, находящаяся в левой части является силой обеспечивающей движение автомобиля:
,
где
– крутящий момент,
;
–
КПД трансмиссии;
–
передаточное число трансмиссии.
На дорогах с твердым покрытием можно считать динамический радиус колеса примерно равным статическому радиусу колеса, который определяется по формуле:
=0,5*20*2,54+0,9*11*2,54=50,55см=0,5055м-
для КамАЗа
=0,5*22,5*2,54+0,9*12*2,54=53,72см=0,5600м -для Mercedes ,
где
– посадочный диаметр обода колеса, м;
–
коэффициент, учитывающий смятие шины
под нагрузкой (принимается равным 0,9);
–
высота профиля шины, мм.
Силу сопротивления воздуха можно рассчитать по следующей формуле:
,
где
– скорость движения
автомобиля, м/с, определяется по формуле:
,
W – фактор обтекаемости, который определяется по формуле:
= 0,7*7,4=5,18 м2;
для
Mercedes =
0,7*7,168=5,018
м2,
где
– коэффициент обтекаемости,
(принимаем
равным 0,7),
–
лобовая площадь автомобиля, которая
определяется по формуле:
=2,5*2,960=7,4
м2
,
для Mercedes =2,44*2,938=7,168 м2 ,
где
–
коэффициент формы;
–
габаритная ширина автомобиля,
–
габаритная высота автомобиля.
Силу сопротивления дороги для автомобиля можно рассчитать по формуле:
=19355*9,81*0,15*10-3
=28,5 кН
= Pд,
для Mercedes = 20000*9,81*0,15*10-3 =29,43 кН = Pд,
где
–
масса автомобиля, H;
-
суммарный коэффициент сопротивления
дороги.
Сила
сопротивления разгону
не рассчитывается, так как автомобиль
двигается равномерно.
График силового баланса представляет собой зависимость величины максимальной тяговой силы на известной передаче от скорости движения автомобиля на этой же передаче.
Определяемый по графику избыток тяговой силы автомобилей, т.е. превышение максимально возможных их значений на передачах над силами сопротивления движению, при некоторой фиксированной скорости, рассматривается как запас тяговой силы, который может быть реализован на разгон, т.е. на преодоление сил инерции при ускорении автомобиля или на увеличение сопротивления движению (дополнительная масса груза, подъём, плохая дорога и т.п.), или воздуха (встречный ветер).
Построение графика производится для всех передач предназначенных для движения автомобиля вперёд.
Тяговый баланс |
|||||||
МАЗ |
Mercedes |
||||||
Первая передача |
|||||||
v, м/с |
Pд, кН |
Pв, кН |
Pт, кН |
v, м/с |
Pд, кН |
Pв, кН |
Pт, кН |
0,5193 |
28,5 |
0,0014 |
76,694 |
0,4653 |
29,43 |
0,0011 |
89,159 |
0,7291 |
28,5 |
0,0027 |
80,464 |
0,6532 |
29,43 |
0,0022 |
93,541 |
0,9388 |
28,5 |
0,0045 |
82,948 |
0,841 |
29,43 |
0,0036 |
96,429 |
1,1485 |
28,5 |
0,0068 |
84,147 |
1,0289 |
29,43 |
0,0054 |
97,823 |
1,3583 |
28,5 |
0,0094 |
84,06 |
1,2168 |
29,43 |
0,0076 |
97,722 |
1,568 |
28,5 |
0,0126 |
82,688 |
1,4047 |
29,43 |
0,0101 |
96,126 |
1,7777 |
28,5 |
0,0162 |
80,03 |
1,5926 |
29,43 |
0,013 |
93,037 |
1,9875 |
28,5 |
0,0202 |
76,087 |
1,7805 |
29,43 |
0,0163 |
88,453 |
2,1972 |
28,5 |
0,0247 |
70,859 |
1,9684 |
29,43 |
0,0199 |
82,375 |
2,407 |
28,5 |
0,0297 |
64,345 |
2,1563 |
29,43 |
0,0239 |
74,802 |
2,6167 |
28,5 |
0,0351 |
56,545 |
2,3442 |
29,43 |
0,0282 |
65,736 |
Вторая передача |
|||||||
1,0078 |
28,5 |
0,0052 |
39,524 |
0,8187 |
29,43 |
0,0034 |
50,667 |
1,4147 |
28,5 |
0,0102 |
41,467 |
1,1494 |
29,43 |
0,0068 |
53,157 |
1,8217 |
28,5 |
0,017 |
42,747 |
1,48 |
29,43 |
0,0113 |
54,798 |
2,2287 |
28,5 |
0,0254 |
43,365 |
1,8106 |
29,43 |
0,0169 |
55,59 |
2,6357 |
28,5 |
0,0356 |
43,32 |
2,1413 |
29,43 |
0,0236 |
55,533 |
3,0426 |
28,5 |
0,0474 |
42,613 |
2,4719 |
29,43 |
0,0314 |
54,626 |
3,4496 |
28,5 |
0,0609 |
41,243 |
2,8026 |
29,43 |
0,0404 |
52,87 |
3,8566 |
28,5 |
0,0762 |
39,211 |
3,1332 |
29,43 |
0,0505 |
50,265 |
4,2636 |
28,5 |
0,0931 |
36,517 |
3,4638 |
29,43 |
0,0617 |
46,811 |
4,6706 |
28,5 |
0,1117 |
33,16 |
3,7945 |
29,43 |
0,074 |
42,508 |
5,0775 |
28,5 |
0,132 |
29,14 |
4,1251 |
29,43 |
0,0875 |
37,356 |
Третья передача |
|||||||
1,2344 |
28,5 |
0,0078 |
32,267 |
1,3589 |
29,43 |
0,0095 |
30,525 |
1,7329 |
28,5 |
0,0154 |
33,852 |
1,9077 |
29,43 |
0,0187 |
32,026 |
2,2315 |
28,5 |
0,0255 |
34,897 |
2,4565 |
29,43 |
0,031 |
33,014 |
2,73 |
28,5 |
0,0382 |
35,402 |
3,0054 |
29,43 |
0,0464 |
33,491 |
3,2285 |
28,5 |
0,0534 |
35,365 |
3,5542 |
29,43 |
0,0649 |
33,457 |
3,727 |
28,5 |
0,0711 |
34,788 |
4,103 |
29,43 |
0,0865 |
32,911 |
4,2255 |
28,5 |
0,0914 |
33,67 |
4,6518 |
29,43 |
0,1112 |
31,853 |
4,724 |
28,5 |
0,1143 |
32,011 |
5,2006 |
29,43 |
0,139 |
30,284 |
5,2226 |
28,5 |
0,1396 |
29,811 |
5,7494 |
29,43 |
0,1699 |
28,203 |
5,7211 |
28,5 |
0,1676 |
27,071 |
6,2982 |
29,43 |
0,2039 |
25,61 |
6,2196 |
28,5 |
0,1981 |
23,79 |
6,847 |
29,43 |
0,241 |
22,506 |
Примечание к графику: значения Pв в данных тяжёлых условиях движения (дорога V категории, и как следствие, низкая скорость) очень малы, и поэтому на данной области графика кривые Pд и Pд+Pв сливаются практически в одну линию.
Вывод: В данных дорожных условиях автомобиль МАЗ может двигаться с максимальной скоростью 5,2 м/с на III передаче. Mercedes – со скоростью 5,22 м/с на III-ей передаче). Т.о. наблюдается некоторое преимущество автомобиля Mercedes.
Уравнение мощностного баланса выглядит следующим образом:
Nт = Nд + Nв + Nи ,
Где Nт = Pт*Va – тяговая мощность,
Nд = Pд*Vа – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги,
Nв = Nв*Vа – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха,
Nи - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления разгону, не рассчитываем ввиду равномерности движения.
График мощностного баланса представляет собой зависимость тяговой мощности полученной на колёсном движителе от двигателя автомобиля от скорости движения автомобиля с учётом включённой передачи. Для анализа условий возможности движения автомобилей по величине располагаемой мощности на графике откладывается также суммарная мощность сопротивления движению, представляющая собой сумму мощности сопротивлению качению автомобильного колеса и мощности аэродинамического сопротивления автомобиля.
Мощностной баланс |
|||||||
МАЗ |
Mercedes |
||||||
Первая передача |
|||||||
v, м/с |
Nд, кВт |
Nв, кВт |
Nт, кВт |
v, м/с |
Nд, кВт |
Nв, кВт |
Nт, кВт |
0,519 |
14,80 |
0,00 |
39,83 |
0,465 |
14,80 |
0,00 |
41,48 |
0,729 |
20,78 |
0,00 |
58,66 |
0,653 |
20,78 |
0,00 |
61,10 |
0,939 |
26,76 |
0,00 |
77,87 |
0,841 |
26,76 |
0,00 |
81,10 |
1,149 |
32,73 |
0,01 |
96,65 |
1,029 |
32,73 |
0,01 |
100,65 |
1,358 |
38,71 |
0,01 |
114,18 |
1,217 |
38,71 |
0,01 |
118,91 |
1,568 |
44,69 |
0,02 |
129,66 |
1,405 |
44,69 |
0,01 |
135,03 |
1,778 |
50,67 |
0,03 |
142,27 |
1,593 |
50,67 |
0,02 |
148,17 |
1,987 |
56,64 |
0,04 |
151,22 |
1,781 |
56,64 |
0,03 |
157,49 |
2,197 |
62,62 |
0,05 |
155,69 |
1,968 |
62,62 |
|
162,15 |
2,407 |
68,60 |
0,07 |
154,87 |
2,156 |
68,60 |
0,05 |
161,30 |
2,617 |
74,58 |
0,09 |
147,96 |
2,344 |
74,58 |
0,07 |
154,10 |
Вторая передача |
|||||||
1,01 |
28,72 |
0,01 |
39,83 |
0,82 |
28,72 |
0,00 |
41,48 |
1,41 |
40,32 |
0,01 |
58,66 |
1,15 |
40,32 |
0,01 |
61,10 |
1,82 |
51,92 |
0,03 |
77,87 |
1,48 |
51,92 |
0,02 |
81,10 |
2,23 |
63,52 |
0,06 |
96,65 |
1,81 |
63,52 |
0,03 |
100,65 |
2,64 |
75,12 |
0,09 |
114,18 |
2,14 |
75,12 |
0,05 |
118,91 |
3,04 |
86,72 |
0,14 |
129,66 |
2,47 |
86,72 |
0,08 |
135,03 |
3,45 |
98,31 |
0,21 |
142,27 |
2,80 |
98,31 |
0,11 |
148,17 |
3,86 |
109,91 |
0,29 |
151,22 |
3,13 |
109,91 |
0,16 |
157,49 |
4,26 |
121,51 |
0,40 |
155,69 |
3,46 |
121,51 |
0,21 |
162,15 |
4,67 |
133,11 |
0,52 |
154,87 |
3,79 |
133,11 |
0,28 |
161,30 |
5,08 |
144,71 |
0,67 |
147,96 |
4,13 |
144,71 |
0,36 |
154,10 |
Третья передача |
|||||||
1,23 |
35,18 |
0,01 |
39,83 |
1,36 |
35,18 |
0,01 |
41,48 |
1,73 |
49,39 |
0,03 |
58,66 |
1,91 |
49,39 |
0,04 |
61,10 |
2,23 |
63,60 |
0,06 |
77,87 |
2,46 |
63,60 |
0,08 |
81,10 |
2,73 |
77,80 |
0,10 |
96,65 |
3,01 |
77,80 |
0,14 |
100,65 |
3,23 |
92,01 |
0,17 |
114,18 |
3,55 |
92,01 |
0,23 |
118,91 |
3,73 |
106,22 |
0,27 |
129,66 |
4,10 |
106,22 |
0,36 |
135,03 |
4,23 |
120,43 |
0,39 |
142,27 |
4,65 |
120,43 |
0,52 |
148,17 |
4,72 |
134,64 |
0,54 |
151,22 |
5,20 |
134,64 |
0,72 |
157,49 |
5,22 |
148,84 |
0,73 |
155,69 |
5,75 |
148,84 |
0,98 |
162,15 |
5,72 |
163,05 |
0,96 |
154,87 |
6,30 |
163,05 |
1,28 |
161,30 |
0,04
Примечание к графику: значения Nв в данных тяжёлых условиях движения (дорога V категории, и как следствие, низкая скорость) очень малы, и поэтому на данной области графика кривые Nд и Nд+Nв сливаются практически в одну линию.
Вывод: В данных дорожных условиях автомобиль КамАЗ может двигаться с максимальной скоростью 5.22 м/с на II передаче. Mercedes – со скоростью 5,2 м/с II-ей на передаче. Наблюдается некоторое преимущество автомобиля КамАЗ. Т.о. подтверждаются выводы, сделанные по графику тягового баланса.