3.2.1 Метод силового балансу

При русі автомобіля рушійні сили зрівноважуються дією сил опору руху. При цьому рівняння тягового балансу в загальному випадку має вигляд:

Р_Т = М_кол /г_к = Р_fк ± Р_h+Р_w ±Р_j = Р_ψ+ Р_w ±Р_j. (3.22)

де М_кол – крутний момент, що підводиться до коліс;

P_ψ = P_fk ± P_h – спільний опір руху автомобіля від втрат на кочення коліс і підйом автомобіля:

P_ψ = P_fk ± P_h = M_a ∙g (f_к ∙cosα ± sin ) = M_a∙g∙ψ. (3.23)

При малих (і = 0) і ψ = f_к + і = f_к.

У разі рівномірного руху автомобіля сила інерції Р_j дорівнює нулю, а рівняння набуває вигляду:

Р_Т = Р_ψ+ Р_w. (3.24)

При вирішенні задач, пов’язаних з визначенням динамічних властивостей автомобіля користуються його тяговою характеристикою. При цьому використовується зовнішня швидкісна характеристика двигуна.

Будують тягову характеристику, в основному, за методом А.Н. Островцева.

Вона представляє собою графіки залежностей Р_т = f(V) і Р_a = Р_Т –Р_w = f(V), де Р_a – вільна сила, яка представляє собою різницю між силою тяги і силою опору повітря. Крім того, в тяговій характеристиці представлені залежності: Р_ψ = f(ψ) – сили опору дороги від коефіцієнта дорожнього опору при різному завантаженні автомобіля і Р_зч = f(φ) – максимальної сили зчеплення за умовами зчеплення ведучих коліс з дорогою, а також – сили тяги від коефіцієнта зчеплення при різному завантаженні автомобіля.

Для побудови графіків силового балансу ведемо розрахунки для всіх передач автомобіля, а результати розрахунків заносимо в таблицю 3.2

Таблиця 3.2– Показники тягової характеристики автомобіля

Пере-дача	Показни-ки	Значення показників при відповідних пе і Me
	пе, хв.-1	850	1700	2550	3400	4250	5100	5500		5600
	Мe, Нм	126,6	135,4	139,6	138,0	131,3	118,7	111,7		109,6
1-ша	V, м/с	2,5	5,0	7,5	10,0	12,5	15,0	16,2		16,5
	РТ, Н	4181,8	4472,4	4611,2	4558,3	4337,0	3920,8	3689,6		3620,2
	, Н	3,8	15,3	34,3	61,0	95,3	137,3	160,1		166,1
	Рa , Н	4178,0	4457,1	4576,9	4497,3	4241,7	3783,5	3529,5		3454,1
2– га	V, м/с	3,2	6,3	9,5	12,6	15,8	19,0	20,4		20,8
	РТ, Н	3319,3	3545,8	3660,1	3618,2	3442,5	3108,5	2928,6		2873,6
	, Н	6,3	24,2	55,1	96,8	152,3	220,2	253,9		263,9
	Рa , Н	3313,0	3521,6	3605,0	3521,4	3290,2	2888,3	2674,7		2609,7
3 - тя	V, м/с	4,0	8,0	11,9	15,9	19,9	23,9	25,8		26,2
	РТ, Н	2630,9	2813,8	2901,1	2867,8	2728,6	2466,7	2321,3		2277,6
	, Н	9,8	39,0	86,4	154,2	241,6	348,4	406,0		418,7
	Рa , Н	2621,1	2774,8	2814,7	2713,6	2487,0	2118,3	1915,3		1858,9
4 - та	V, м/с	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0	30,1	32,4		33,0
	РТ, Н	2092,9	2238,3	2307,8	2281,3	2170,6	1962,3	1846,5		1811,8
	, Н	15,3	61,0	137,3	244,0	381,3	552,7	640,4		664,3
	Рa , Н	2077,6	2177,3	2170,5	2037,3	1789,3	1409,6	1206,1		1147,5
5 - та	V, м/с	6,3	12,6	19,0	25,3	31,6	37,9	40,9		41,6
	РТ, Н	1657,7	1772,9	1827,9	1806,9	1719,2	1554,2	1462,6		1435,1
	, Н	24,2	96,8	220,2	390,5	609,1	876,2	1020,4		1055,6
	Рa , Н	1633,5	1676,1	1607,7	1416,4	1110,1	678,0	442,2		379,5

Значення п_е і M_e заповнюються з таблиці 3.1.

Швидкості руху автомобіля на різних передачах залежно від частот обертання колінчастого вала n_e визначаються за формулою:

, м/с (3.25)

Силу тяги Р_т на ведучих колесах автомобіля визначають за формулою:

, Н (3.26)

Силу Р_w опору повітря руху автомобіля знаходять за формулою:

= К_в ∙F∙ V² , Н (3.27)

Вільна сила Р_a, яка представляє собою різницю між силою тяги и силою опору повітря визначається за формулою:

Р_a = Р_Т –Р_w, Н (3.28)

За даними таблиці 3.2 будують середню частину графіка силового балансу, зразок якого наведено на рисунку 3.2

Рисунок 3.2 – Силовий баланс автомобіля

Ліву і праву частини графіка будують на основі наступних залежностей:

Р_ψ = ψ· (М₀ +М_х) ·g, Н; (3.29)

Р_зч = φ ·М_зч · g, Н, (3.30)

де М₀ – споряджена маса автомобіля, кг;

М_х – маса завантаженого автомобіля, кг;

М_зч – маса автомобіля, яка припадає на ведучі колеса, при відповідному стані завантаження, кг;

φ – коефіцієнт зчеплення (φ = 0,1…0,8).

М_зч визначають при нульовому і повному завантаженнях. Для інших станів завантаження приблизно приймають, що зчіпна маса пропорційна загальній масі автомобіля, тобто:

М_зч = М₂₀ + к_G· М_x, кг (3.31)

де М₂₀ – частина спорядженої маси автомобіля, яка приходиться на ведучі колеса;

к_G -коефіцієнт завантаження; к_G = 0; 0,25; 05; 0,75; 1,0.

Для повнопривідного автомобіля:

М_зч= М₀ + к_G· М_x, кг (3.32)

Маса завантаженого повнопривідного автомобіля М_х:

при Н = 100%, М_х = М_в · 100% = 425·100% = 425 кг;

при Н = 75%, М_х = М_в · 75% = 425·75% = 318,75 кг;

при Н = 50%, М_х = М_в · 50% = 425·50% = 212,5 кг;

при Н = 25%, М_х = М_в · 25% = 425·25% = 106,25 кг;

при Н = 0%, М_х = 0 кг.

Ліва частина графіку:

при Н = 100%, Р_ψ = ψ · (М₀ +М_х) ·g = 0,322 · (1035+425) ·9,81 = 4611,2 Н;

при Н = 75%, Р_ψ = ψ · (М₀ +М_х) ·g = 0,322 · (1035+318,75) ·9,81 = 4276,3 Н;

при Н = 50%, Р_ψ = ψ · (М₀ +М_х) ·g = 0,322 · (1035+212,5) ·9,81 = 3940,6 Н;

при Н = 25%, Р_ψ = ψ · (М₀ +М_х) ·g = 0,322 · (1035+106,25) ·9,81 = 3605 Н;

при Н = 0%, Р_ψ = ψ · (М₀ +М_х) ·g = 0,322 · (1035+0) ·9,81 = 3269,4 Н.

Маса, яка припадає на ведучі колеса:

при Н = 100%, М_зч = М₀ + к_G· М_x = 1035 +1·425 = 1460 кг;

при Н = 75%, М_зч= М₀ + к_G · М_x = 1035 +0,75·318,75 = 1274,06 кг;

при Н = 50%, М_зч= М₀ + к_G · М_x = 1035 +0,5·212,25 = 1141,13 кг;

при Н = 25%, М_зч= М₀ + к_G · М_x = 1035 +0,25·106,25 = 1061,56 кг;

при Н = 0%, М_зч= М₀ + к_G · М_x = 1035 +0 = 1035 кг.

Права частина графіку:

при Н = 100%, Р_зч = φ ·М_зч · g = 0,322 · 1460 · 9,81 = 4611,2 Н;

при Н = 75%, Р_зч = φ ·М_зч · g = 0,369 · 1274,06 · 9,81 = 4611,2 Н;

при Н = 50%, Р_зч = φ ·М_зч · g = 0,412 · 1141,13 · 9,81 = 4611,2 Н;

при Н = 25%, Р_зч = φ ·М_зч · g = 0,412 · 1061,56 · 9,81 = 4289,7 Н;

при Н = 0%, Р_зч = φ ·М_зч · g = 0,412 · 1035 ·9,81 = 4183,2 Н.