3.1.5. Силовой баланс машины

Наибольшее распространение получили: метод силового баланса, метод мощностного баланса, метод динамической характеристики.

Рассмотрим метод силового баланса. Переписав уравнение движения машины в виде Р = Р +Ph + Р + Р . , получим уравнение силового баланса, которое можно решить графически. Для этого в системе координат Р — строится тяговая характеристика автомобиля. В нижней части графика (рис. 7.3) строится зависимость Р = 1'а ). При условии, что коэффициент суммарного сопротивления дороги Уа не зависит от скорости движения, графическим изображением Р в функции скорости движения будет прямая линия, параллельная оси абсцисс.

Рис. 7.3. Силовой баланс автомобиля

Сила сопротивления воздушной среды Р находится в квадратичной зависимости от скорости движения автомобиля. Графическое изображение силы Р», представляет собой кривую, откладываемую вверх от линии Р . График суммарного значения сил сопротивления РУ + Р», определяет силу тяги, необходимую для движения автомобиля с постоянной скоростью. Если кривая тяговой силы Рк. проходит выше кривой РУ +Pw, то отрезки Рз характеризуют собой нереализованный запас силы тяги, который можно использовать для преодоления повышенного сопротивления дороги или разгона автомобиля. Если кривая Рк. проходит ниже кривой РУ + Pw, то развиваемой машиной силы тяги недостаточно для равномерного движения, т. е. машина движется замедленно. Пользуясь графиком тягового баланса, можно определить максимальную скорость движения машины тах ' которая равна абсциссе точки пересечения а кривых Р и Р + Р

Если сила тяги Р больше суммы сил сопротивления качению РУ + Ц, , то для установившегося движения необходимо уменьшить величину Р . Это достигается уменьшением подачи смеси или топлива в двигатель.

Сила сцепления Р ведущих колес представлена на графике тягового баланса в виде прямой, параллельной оси абсцисс. Буксование ведущих колес располагается в зоне, находящейся выше прямой (Экра , так как при этом сохраняется условие, что Р > Р Следовательно, на I передаче в интервале скоростей vo — ведущие колеса будут буксовать, вызывая потери энергии, повышенный износ резины и др. В зоне, находящейся ниже прямой , сохраняется условие Р <Р , следовательно, при движении автомобиля на П и III передачах, а также на I передаче, но со скоростью, большей, чем колеса буксовать не будут и возможно безостановочное движение машины.

3.1.6. Баланс мощностей автомобиля и трактора

Баланс мощностей автомобиля. Используя при анализе динамических свойств автомобиля сопоставление тяговой мощности Л^К с мощностью, затрачиваемой на все виды дорожных сопротивлений движению, можно записать уравнение баланса мощностей (кВт) в следующем виде:

Уравнение баланса мощностей показывает распределение мощности, развиваемой двигателем и подведенной к ведущим колесам. Для преодоления различных дорожных сопротивлений затрачиваемая на преодоление сопротивления качению мощность (кВт) cosanooo,

где Pf — сила сопротивления качению, Н; 1' — скорость движения, м/с.

Аналогично определяют и другие виды мощности: мощность сопротивления подъему

Nh = (G а а iпоД)/1ООО•

мощность сопротивления воздушной среды а а поД)/1ООО•

где Р — сила сопротивления воздушной среды, Н; Ра— лобовая площадь автомобиля, м^и, К — коэффициент сопротивления воздуха, Н-с [м мощность сопротивления разгону

/lOOOg,

где Р — сила сопротивления разгону, Н; ја — ускорение автомобиля, м/с² •, Да коэффициент учета вращающихся масс.

Эффективная мощность Уе , развиваемая двигателем и подводимая к ведущим колесам, уменьшается на величину КПД Отр . Следовательно, мощность на ведущих колесах

В развернутом виде с учетом приведенных выше формул

Ук. = faGava cosa / 1000 + (Gava sina)/1000 +

+ Л + Л ooog

Баланс мощностей, представленный в виде графика на рис. 8.3 (диаграмма движения автомобиля), позволяет определить возможность его движения с той или иной скоростью по дороге с заданным сопротивлением качению и углом подъема.

Рис. 8.3. Мощностной баланс автомобиля

Рассмотрим уравнение баланса мощностей. Кривые строятся в Л^К координатах.

Умножая ординаты точек этой кривой на величину КПД трансмиссии Отр , получим мощность на ведущих колесах Л^К . При условии, что коэффициент сопротивления каченико Га = const , графическая зависимость мощности Nf выразится наклонной прямой, проходящей через начало координат. Если угол подъема под остается величиной постоянной, то мощность, затрачиваемая на подъем Nh , также выразится прямой, проходящей через начало координат.

Мощность Л^К (кВт), затраченная на преодоление сопротивления качению и подъему, называется суммарной мощностью (N = Л^К + Nh) .

Вверх от суммарной Л^К откладывается значение Уи, , затрачиваемой на преодоление сопротивления воздушной среды. Отрезки ординат между осью абсцисс и линией Л^К и кривой Уи, представляют собой суммарную мощность, затрачиваемую на преодоление дорожного и воздушного сопротивлений. Проекция на ось абсцисс точки А определяет максимальную скорость движения при заданном сопротивлении и полной подаче топлива.

Степенью использования мощности двигателя U называется отношение мощности, необходимой для движения машины, к мощности, которую двигатель может развить при полностью открытой дроссельной заслонке или полной подаче топлива в цилиндр двигателя:

U +Nh +Nw+N +Nw+N )/Nk

Баланс мощностей трактора. Мощность, развиваемая тракторным двигателем, должна быть равна сумме мощностей, затрачиваемых на преодоление различных видов сопротивлений, возникающих при движении. Уравнение баланса мощностей без учета затрат мощности на буксование имеет вид

ен где Л^К — номинальная мощность, развиваемая двигателем; Nf — мощность, затрачиваемая на качение; Nh — мощность, затрачиваемая на преодоление подъема; Л^К — мощность, затрачиваемая на разгон тракторного агрегата; Л^К кр— полезная мощность на крюке; — мощность, затраченная на потери в трансмиссии.

В зависимости от условий движения трактора мощности Nh и Л^К могут иметь раз-

личные знаки. При движении на подъеме и разгоне машины они имеют положительное значение, а при спуске и торможении — отрицательное. При установившемся движении на горизонтальной дороге мощности Nh и Л^К равны нулю.

Учебный вопрос З. Тяговый расчет транспортного и тягового шасси

Тяговые качества тракторов можно оценить, сравнивая их между собой по тяговому коэффициенту полезного действия: = Л^К кр / Л^К Кроме того, тяговый коэффициент полезного действия можно выразить в виде произведения = Отр Т7мМг, где

КПД трансмиссии; Ик— потери на качение трактора; Т7д— потери на буксование; — КПД шарниров ведущего участка гусеничной цепи.

Потери в трансмиссии трактора = lV / АИен тр-' где Мт— действующий момент ведущего колеса гусеничной цепи; Мен — крутящий момент двигателя; imp передаточное число трансмиссии.

КПД, учитывающий потери на качение, определится по формуле Ик. = Р / Р , где Р кр— сила тяги на крюке; Рк. — касательная сила тяги.

Учет потерь, вызванных буксованием ведущих колес или гусениц, определится по формуле = v/vm, где 1'— действительная скорость движения трактора; 1'т— теоретическая скорость движения трактора.

Потери, вызванные трением на ведущем участке гусеничной цепи, определяются из выражения = Р / АИГ, где 1⁴3 — радиус качения; М — момент, затрачиваемый на трение в шарнирах ведущего участка гусеничной цепи.

Тяговый КПД является важным эксплуатационным показателем, который характеризует совершенство конструкции трактора. Среднее значение тягового КПД составляют для гусеничных тракторов 0,65—0,8, а для колесных 0,5—0,75.

Лекция 4.

Тема .N2 2 Основы теории базовых машин

Занятие № 2 Тяговые и динамические характеристики

Учебный вопрос 1. Тяговые и динамические характеристики.

3.2.1. Тяговая характеристика автомобиля и трактора

Тяговой характеристикой называется графическая зависимость тяговой силы в функции поступательной скорости движения машины (рис. 1.4).

тож

0 тахУ

63 ДЕЕ	енј

6 ) кр

МАШ

Рис. 1.4. Графики тяговой характеристики колесной (а) и гусеничной (б) машины

Тяговая характеристика строится по результатам стендовых или дорожных испытаний или по расчетным данным.

Поступательная скорость 1'а (м/с) движения колесной машины зависит от угловой скорости сок. ведущих колес и радиуса их качения .

Угловые скорости (рад/с) коленчатого вала со и ведущих колес со связаны равенств ом

^{О 0}1<^lmp = о i30 где io— передаточные числа основной и дополнительной коробок передач и главной передачи соответственно.

Следовательно, поступательная скорость (м/с) движения колесной машины определяется по формуле

Развиваемый двигателем момент М передается через агрегаты трансмиссии и величина его будет изменяться пропорционально передаточным числам агрегатов. Момент, подводимый к полуосям (Н-м):

е тр тр • Следовательно, тяговая сила (Н) будет равна

и будет меняться во всем диапазоне угловой скорости со коленчатого вала.

Д ля построения графика тяговой характеристики колесной машины (рис. 1.4, а) следует определить Ме для нескольких значений Ое (от минимума до максимума). Для этих же значений со определяют поступательную скорость 1'а движения колесной машины при изменении передаточного числа 1 к. коробки передач. Число кривых тяговой силы Р по оси ординат будет соответствовать числу ступеней в коробке передач. По оси абсцисс откладывают значения скорости поступательно движущейся машины.

Вначале, задаваясь размерами графика, по значению максимальной скорости тах на высшей передаче определяют длину К, шкалы скорости. Такая же длина должна быть у отрезка шкалы угловой скорости двигателя, который помещается ниже оси абсцисс. При постоянной угловой скорости двигателя значение скорости колесной машины на различных передачах обратно пропорционально передаточным числам коробки передач: ¹” /VII = iII /iI и т. д., поэтому размер деления шкалы угловой скорости двигателя, например, для первой передачи в lI раз меньше размера деления шкалы для прямой передачи. Следовательно, масштаб скорости поступательного движения колесной машины будет общим для всех передач, а масштаб угловых скоростей двигателя будет различным для каждой передачи.

Кривые, образующие тяговую характеристику, строятся в зависимости от скорости движения для каждой передачи (I, П, III) отдельно.

Для гусеничных машин (тракторов) тяговая характеристика (рис. 1.4, б) строится по результатам испытаний. По оси абсцисс откладывается касательная сила тяги, развиваемая гусеничной машиной на первой передаче. Такой же длины под осью абсцисс откладывается значение момента мд, подводимого на движитель. С переходом на повышенную передачу скорость трактора возрастает, но изменяется и момент Мди , предельное значение которого определяется длиной линии Мди и т. д.

Поступательная скорость движения гусеничной машины при отсутствии буксования и скольжения определяется аналогично скорости колесной машины, т. е. = 0'k'r{' , где сок. — угловая скорость ведущего колеса движителя, рад/с; — радиус зацепления ведущих колес гусеничного движителя, м.

Дизельные двигатели, устанавливаемые на современных тракторах, оборудуются всережимными регуляторами частот вращения. Частота вращения двигателя пен , развиваемая в регуляторном режиме, называется номинальной. Мощность и вращающий момент при номинальной частоте вращения называется номинальной мощностью Л^К ен и номинальным вращающим моментом Мен . Вращающий момент, передаваемый на движитель, меняется в зависимости от общего передаточного числа трансмиссии.

Регулятор, уменьшая подачу топлива в цилиндры двигателя, понижает эффективную мощность; скоростные характеристики с регуляторной ветвью называются регуляторными характеристиками двигателя.

Касательная сила тяги Рк. при установившемся движении на горизонтальной дороге расходуется на сопротивление качению трактора Pf и полезную силу на крюке Р

Уравнение баланса сил при движении по горизонтальной дороге имеет вид Р = Р + Ркр , откуда можно получить величину силы тяги на крюке: Р кр = Р + Р