книги из ГПНТБ / Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник

В случае движения автомобиля накатом, т. е. с отсоединенным от трансмиссии двигателей!, коэффициент учета вращающихся масс обозначают буквой бн и определяют по формуле

Введя коэффициент бвр в уравнение (112), получим искомое уравнепие для общего случая движения автомобиля

со знаками, зависящими от характера его движения.

Следует отметить условности, допущенные при выводе послед­ него уравнения. Во-первых, сила Рт относится к установивше­ муся движению, а уравнение выведено для общего случая движе­ ния автомобиля. Во-вторых, силу Рк считают внешней силой сопротивления движению, что позволяет представить ее как со­ ставляющую силы Рд. На самом же деле при движении автомобиля по дорогам с твердым покрытием основная часть энергии, затра­ чиваемая на качение, приходится на преодоление внутреннего трения в шинах. Поэтому силу Р1( лишь условно можно назвать внешней.

§ 7. СИЛА ТЯГИ ПО УСЛОВИЯМ СЦЕПЛЕНИЯ ШИН С ДОРОГОЙ

Определяя силу тяги, мы считали, что ее величина зависит лишь от параметров автомобиля (Ме, гтр, г)тр, г). Однако это не означает, что, увеличивая, например, передаточное число трансмиссии, можно реализовать сколь угодно большую силу тяги, так как предельное ее значение ограничено сцеплением шин с поверх­ ностью дороги.

Прп отсутствии поперечных сил величина силы сцепления

Рсц — Ф,2 3s X .

В случае равномерного качения колеса

X = Р? — fZ\ Рт^ (ер,.-)- /) Z.

Величина коэффициента срг. обычно намного больше коэффици­ ента /, и поэтому условие качения колеса без скольжения можно с небольшой погрешностью представить в виде

Если сила тяги меньше силы сцепления Рсц, то ведущее колесо катится без пробуксовки. Если же сила тяги больше силы сцеп­ ления, ведущее колесо пробуксовывает, и для движения исполь­ зуется лишь часть силы, равная фJZ. Остальная часть силы Р т вы­ зывает ускоренное вращение колес, которое продолжается до тех пор, пока мощность, затрачиваемая на буксование, не уравнове­

1Ю

сит избыток мощности, подведенной к колесам. Наиболее часто буксование наблюдается при резком трогании автомобиля с места и во время преодоления большого сопротивления движению на скользкой дороге.

При экспериментальном определении коэффициента сцепления автомобиль-тягач тросом со встроенным в пего динамометром бук­ сирует динамометрическую тележку, колеса которой заторможены. Замерив по показаниям динамометра силу Рх, необходимую для

равномерного движения, и зная вес GT тележки, по формуле

р

фх = ~г^- определяют коэффициент сцепления. Сгт

На дорогах с твердыми покрытиями величина коэффициента сцепления зависит главным образом от трения скольжения между

Рис. 49. Рисунки протектора шип:

а, б —легковых автомобилей; а — з —грузовых автомобилей

шиной и покрытием. На деформируемых же дорогах коэффициент сцепления зависит прежде всего от сопротивления грунта срезу и от внутреннего трения в грунте. Выступы протектора ведущего колеса, погружаясь в грунт, деформируют и уплотняют его, уве­ личивая до некоторого предела сопротивление срезу. Однако затем начинается разрушение грунта, вследствие чего коэффициент сцепления уменьшается. При смачивании твердого покрытия коэф­ фициент сцепления сначала резко уменьшается из-за образо­ вания пленки из частиц грунта и воды, уменьшающих трение между шиной и дорогой. Коэффициент сцепления уменьшается особенно значительно, если иа покрытии образовалась пленка глины. Сильным дождем эта пленка может быть смыта,' в резуль­ тате чего величина срд. приближается к значениям, характерным для сухого покрытия. Большое влияние иа величину срд оказывает рисунок протектора. Протектор шип легковых автомобилей имеет мелкий рисунок (рис. 49, а, б), обеспечивающий хорошее сцепле­ ние с твердым покрытием. У шип грузовых автомобилей (рис. 49, в—з) протектор имеет крупный рисунок с широкими и глубокими

111

впадинами. Такие шииы врезаются в грунт, улучшая проходимость автомобиля.

Истирание выступов протектора во время эксплуатации ухуд­ шает сцепление шииы с дорогой. Наименьший коэффициент сцеп­ ления имеют шины, у которых полностью изношен рисунок про­ тектора. Поэтому эксплуатация автомобилей с такими шинами запрещена.

Недостаточная величина коэффициента срх. является причи­ ной многих дорожно-транспортных происшествий. Для обеспече­ ния безопасности движения его величина не должна быть менее 0,4.

Сувеличением проскальзывания (или буксования) шины по дороге коэффициент сцепления увеличивается, достигая максимума при 20—25% проскальзывания. При полном буксовании ведущих колес или «юзе» тормозящих колес величина cpv может быть на 10—25% меньше максимальной.

Сувеличением скорости движения коэффициент срх вначале несколько увеличивается, достигая максимума на сухом покрытии при скорости 3—4 м/с, а затем уменьшается. При скорости 40 м/с величина cpx может быть в несколько раз меньше, чем при скорости

10 м/с.

Так как на величину tp^. влияет большое число факторов, учесть которые к тому же очень трудно, то обычно для расчетов пользуются средними значениями коэффициента срт (табл. 7). Ко­

эффициент поперечного сцепления сру зависит от тех же факторов

него обычно принимают равным коэффициенту срх.

7.Коэффициент сцеплспня ф

Условие возможности движения

Согласно уравнению (112) длительное безостановочное движение автомобиля возможно лишь при условии, если

Неравенство (119) связывает конструктивные параметры авто­ мобиля с внешними сопротивлениями движению. Выполнение его необходимо, но недостаточно для безостановочного движения авто­ мобиля, так как оно возможно лишь при отсутствии буксования

112

ведущих колес. Учитывая формулу (118), условие безостановоч­ ного движения можно выразить следующим образом:

Таким образом, длительное безостановочное движение автомо­ биля возможно лишь в том случае, если сила тяги на ведущих колесах не больше силы сцепления, но больше нлн, в крайнем случае, равна сумме сил сопротивления дороги н воздуха.

§ 8. НОРМАЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ ДОРОГИ

Определим нормальные реакции, действующие на колеса автомо­ биля, стоящего на горизонтальной дороге. Сила тяжести автомо­ биля приложена к центру тяжести, который расположен на расстоя­ нии а от передней оси и на расстоянии Ь от задней (см. рис. 48).

В статическом положении автомобиля нормальные реакции до­ роги, действующие на передние (Zx) и задние (Z2) колеса, равны составляющим Gx и G2 веса автомобиля, приходящимся соответ­ ственно на переднюю и заднюю оси:

( 121)

где L — расстояние между осями (база) автомобиля в м.

При движении автомобиля пормальиые реакции дороги не оста­ ются постоянными, а изменяются под действием сил и моментов, приложенных к автомобилю.

Пренебрегая упругостью рессор, можно считать, что кузов автомобиля жестко связан с передней и задней осями. Колеса же соединены с ними шарнирно с помощью подшипников. Поэтому при движении автомобиля его кузов может совершать угловые пере­ мещения относительно одной из осей. Поворот кузова происходит под действием моментов. Такими моментами могут быть: момент, передаваемый от двигателя к колесам автомобиля; моменты сил инерции колес, возникающие при неравномерном движении; моменты сил сопротивления качению; момент, создаваемый любой силой, линия действия которой не проходит через переднюю и заднюю оси автомобиля.

Определим нормальные реакции, действующие на колеса двух­ осного автомобиля при его разгоне на подъеме (см. рис. 48). Для этого составим уравнения моментов всех сил относительно задней и передней осей автомобиля (точек 0 2 и Ох). Примем для упро­ щения, что высота центра парусности hB равна высоте центра тяжести /гц и. что моментами сил инерции колес М Я1 и М и2 можно пренебречь. В этом случае получим

113

Так как момент Л/к = / (Z: + Z2) г = Ркг, а сумма моментов инерции колес 1г + /.2 = 1К, то, учитывая выражения (96), (97) н (108), можно написать:

Из приведенных уравнений следует, что нормальные реакции дороги прп движении автомобиля отличаются от реакций, дейст­ вующих на колеса неподвижного автомобиля. Реакция на перед­ ние колеса уменьшается, а на задние — увеличивается с увеличе­ нием крутизны подъема, интенсивности разгона, а также с увели­ чением сил сопротивления Рк, Р„ и Рпр.

Чтобы оценить, во сколько раз изменились реакции Zx и Z2 во время движения по сравнению с вертикальными нагрузками G x н G 2 в статическом состоянии автомобиля, введем понятие о ко­

эффициенте изменения реакций.

Коэффициент, изменения реакций /тгр представляет собой отно­ шение нормальной реакции, действующей на ось при движении автомобиля, к реакции, действующей на ту же ось автомобиля, стоящего на горизонтальной дороге:

" Zx. Gx\ /пр2===Z2: G’i,

При разгоне автомобиля наибольшие значения коэффициентов изменения реакций находятся в следующих пределах: для перед­ ней оси /геР1 = 0,65 ч- 0,7; для задней оси тпР2 = 1,2 ч- 1,35.

Приведенные значения коэффициентов свидетельствуют о том, что во время разгона нагрузка на переднюю ось автомобиля умень­ шается, а на заднюю — увеличивается по сравнению с нагрузками

114

Глава VIII

ТЯГОВАЯ ДИНАМИКА АВТОМОБИЛЯ

g I. СИЛОВОЙ БАЛАНС АВТОМОБИЛЯ

Выше было получено дифференциальное уравнение движения авто­ мобиля. Решение этого уравнения в общем виде невозможно, так как неизвестны точные функциональные зависимости, связываю­ щие основные действующие силы Р т, Р тр и Р к со скоростью авто­ мобиля. Поэтому уравнения движения юбычно решают прибли­ женно, используя простые и наглядные графо-аналитические ме­ тоды, которые, однако, обеспечивают необходимую точность результатов. Наибольшее распространение получили метод сило­ вого баланса, метод мощностного баланса и метод динамической характеристики. Начнем с метода силового баланса.

Переписав уравнение (117) следующим образом:

получим уравнение силового баланса, которое можно решить гра­ фически, как показано на рис. 50, а.

Вначале строят тяговую характеристику автомобиля (см. § 3 гл. VII). В нижней части графика наносят кривую Рд, построен­ ную для одного значения коэффициента ф. Кривую силы сопро­ тивления воздуха Р„ строят, откладывая значения этой силы вверх от соответствующих значений силы Рд.

Кривая суммарного сопротивления Рд + Р D определяет вели­ чину тяговой силы, необходимой для движения автомобиля с пос­ тоянной скоростью. Если при некоторой скорости кривая Р т про­ ходит выше кривой Рд + P D, то отрезки Р 3, заключенные между этими кривыми, представляют собой нереализованную часть («запас») силы, которую можно использовать для преодоления повышенного сопротивления дороги или для разгона автомо­ биля.

При помощи полученного графика силового баланса можно определить основные показатели динамичности автомобиля при равномерном его движении. Так, например, максимальную ско­

корение равны нулю. Если кривая Рт проходит ниже суммарной кривой, то автомобиль движется замедленно.

116

Для определения максимального сопротивления дороги, кото­ рое может преодолеть автомобиль при равномерном движении, например, со скоростью иъ нужно из ординаты P,t вычесть отре­ зок ab, равный в выбранном масштабе силе Р ъ при скорости vy. Сумма отрезков Р 3 и Ьс в том же масштабе представляет собой СИЛу Рд max-

Чтобы учесть возможность буксования ведущих колес, нужно, определив для заданного значения сржсилу сцепления Р сц ~ фжС2, провести горизонтальную линию, как показано на рис. 50, а.

движение в этой зоне невозможно. Поэтому для рассматриваемого

Рис. 50. Силовой баланс автомобиля:

о —общий вид; б —силовой баланс автомобиля, принятого к расчету

примера безостановочное движение на четвертой, третьей и вто­ рой передачах возможно во всем интервале скоростей от мини­ мальной до максимальной. На первой же передаче движение без буксования колес при полной нагрузке двигателя возможно лишь со скоростью, большей или равной скорости v2. Для движения на первой передаче со скоростью, которая меньше скорости v2, необ­ ходимо прикрыть дроссельную заслонку и тем самым уменьшить силу Р т.

Силовой баланс принятого к расчету автомобиля, построен­ ный рассмотренным выше способом, показан на рис. 50, б. Макси­ мальная расчетная скорость согласно этому графику при движении по асфальтобетонному покрытию равна 39,5 м/с.

117

В уравнении силового баланса, написанном для общего слу­ чая движения, все силы сопротивления условно обозначены со знаком плюс. Однако в зависимости от характера движения силы Ри и Рп могут быть нлп силами сопротивления, или движу­ щими силами. При движении на подъеме (+а), а также при раз­ гоне автомобиля (+;) значения этих сил в уравнение (126) нужно подставлять со знаками плюс, а в случаях движения на спуске (—а) п с замедлением (—/) — со знаками минус.

§ 2. МОЩНОСТНОЙ БАЛАНС АВТОМОБИЛЯ

Для анализа динамических свойств автомобиля можно вместо соотношения сил использовать сопоставление тяговой мощности У т с мощностью, необходимой для преодоления сопротивления движению. По аналогии с уравнением силового баланса (126) уравнение мощностного баланса можно написать в следующем виде:

Вниз от кривой У е отложим значения мощности У тр, затрачивае­ мой на преодоление трепня в трансмиссии, в результате чего полу­ чим кривую У т. Если величина мощности У тр неизвестна, то мощ­ ность У т определяют по формуле У т = ртрУ,,.

Внизу наносят график У д = / (v), для построения которого значения мощности У д определяют по формуле (104). Если счи­ тают, что коэффициент / = const, то этот график представляет собой наклонную прямую, проходящую через начало координат. Для скорости, большей 14—16 м/с, следует учитывать зависимость коэффициента / от скорости и определять его, например, по фор­ муле (100). Вверх от кривой 7УД откладывают значения мощности сопротивления воздуха У в (см. кривую У д + У в). Отрезки орди­ нат между кривой Уд + N B и осью абсцисс представляют собой суммарную мощность, затрачиваемую на преодоление сопротив­ лений дороги и воздуха. Отрезки же У 3, заключенные между кри­ выми У т и У д + У в, являются запасом мощности, который может быть израсходован на преодоление повышенного сопротивления дороги или на разгон автомобиля. При равномерном движении мощность У т расходуется только на преодоление сопротивлений до­

118

роги и воздуха. Если дроссельная заслонка открыта полностью, то на­ ибольшую скорость Ушах автомобиль развивает, когда мощность N T равна сумме мощностей NR и 7VB (тонка А на рис. 51, а). Для равномерного движения по той же дороге со скоростью, меньшей Ушах, водитель должен прикрыть дроссельную заслонку. Напри­ мер, для движения со скоростью vxзаслонку следует прикрыть так, чтобы мощность 7VT изменялась по кривой, показанной на рис. 51, а штриховой линией.

График мощностпого баланса для всех передач строят таким же образом, только вместо Одной пары кривых N е и N rр наносят несколько в зависимости от числа ступеней в коробке передач (см. рис. 51, б). При изменении передаточного числа iKизменяется лишь скорость автомобиля, мощность же N е, а также мощность N Tр, если не учитывать изменения к. п. д. трансмиссии на различ­ ных передачах, остаются без изменения.

о)

Рис. 51. Мощиостноп баланс автомобиля:

а — на высшей передаче; б — на всех передачах

При расчетах в уравнение мощностного баланса, написанное для общего случая движения, мощности N a и N n при движении на подъеме, а также при разгоне автомобиля нужно подставлять со знаками плюс, а в случаях движения на спуске и с замедле­ нием — со знаками минус.

Степенью использования мощности двигателя И называют отно­ шение мощности, необходимой для движения автомобиля, к мощ­ ности, которую двигатель может развить при полностью открытой дроссельной заслонке:

119