Курс лекций по дисциплине:
«Автомобили.
Теория эксплуатационных свойств»
Преподаватель: доцент каф. «АиАх»
Якимов Михаил Ростиславович
Выполнил:
Клеванов Сергей
Лобов Алексей
ПГТУ 2006
Лекция №1
«Основы Теории Эксплуатационных свойств»
Теория эксплуатационных свойств(в дальнейшем ТЭС) изучает законы мобильных наземных механических систем с использованием метода математического моделирования. Математическое моделирование в данной дисциплине представляет собой изложение процессов, происходящих в системе в виде формул.
Цель дисциплины:
-
Установить зависимость между Автомобильным Транспортным Средством ( далее АТС) и условиями его эксплуатации.
-
Вывить влияние различных показателей.
-
Определить параметры АТС при проектировании
На практике все свойства автомобиля делятся на связанные с движением и несвязанные с данным процессом, примеры таких средств см. в Таблице 1
Таблица 1
Связанные с движением |
Несвязанные с движением |
Тягово-скоростные свойства |
Вместимость |
Тормозные свойства |
Прочность, долговечность |
Топливная экономичность |
Приспособленность к ТО и ремонту |
Управляемость |
Приспособленность к погрузочно/разгрузочным работам |
Поворачиваемость |
Удобность посадки/высадки |
Маневренность |
- |
Устойчивость |
- |
Проходимость |
- |
Плавность хода |
- |
Экологичность |
- |
Безопасность движения |
- |
Далее рассмотрим зависимость тех или иных свойств с различными узлами автомобиля:
Тягово-скоростные свойства Трансмиссия
Двигатель Топливная экономичность
Экологичность
Проходимость Подвеска
Плавность хода
Рулевое управление Управляемость
Поворачиваемость
Маневренность Тормозная система
Безопасность движения
Тормозные свойства
Краткий экскурс в историю дисциплины.
Становлении ТЭС и ,вообще изучение и развитие, Автомобильной науки в России датируется 1924-1931, в течение этих лет был разработан первый отечественный автомобиль «Амо Ф15» на базе Лаборатории при НАМИ.
Отцом-основателем данной науки по праву считается
профессор Е.А. Чудаков, он руководил первыми испытаниями в данной отрасли. Его перу принадлежат такие работы как:
-
«Динамическое и экономическое исследование автомобиля», 1928г.
-
«Тяговый расчет автомобиля», 1930г.
-
«Теория автомобиля», 1935г.
Дальнейшее развитие науки проводили такие ученые, как Зимелев, Фалькевич, Яковлев, Бухарин, Литвинов.
Тягово-скоростные свойства атс.
Тягово-скоростные свойства АТС используются для оценки эффективности работы двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС).
Основные показатели работы ДВС в большинстве своем основаны на эмпирических выводах.
Эффективные показатели работы(далее ЭПР):
-
Эффективная мощность (Ме) [измеряется в Киловаттах, кВт]
-
Эффективный крутящий момент (Ge) [ в Ньютонах на метр, Н*м ]
-
Эффективный расход топлива (Ne) [в (Кг*кВт)/ч]
Зависимость показателей от частоты вращения коленчатого вала, называются скоростной характеристикой автомобиля.
Существует два типа характеристик:
-
Полная- при максимальной подаче топлива (единственная)
-
Частичная – при различных подачах топлива (большое количество, в % от подачи топлива )
Ne = Nh* λD(a + b* λD – c* λD^2) [кВт],
где Nh – номинальная мощность = Nmax,
λD- коэффициент динамичности на практике равный отношению оборотов.
λD > 1 – двигатель недогружен
λD < 1 – двигатель перегружен
|
a |
b |
c |
Карбюраторный вигатель |
1 |
1 |
1 |
4-х тактный |
0.53 |
1.56 |
1.09 |
2-х тактный |
0.87 |
1.13 |
1 |
Me= (Ne/Wg) * 10^3 [Нм]
Ge = (Gt/Ne) * 10^3 = Ge(Nh) * (at – bt * λD + ct* λD^2)
где Gt – часовой расход топлива при минимальной частоте вращения
Чаще всего изображают на графике:
Лекция №2
Эффективные показатели работы подведенные к ведущим колесам автомобиля.
-
Мк = Ме * Uтр * hтр – момент, приведенный к колесу.
Uтр – передаточное отношение трансмиссии
Ме – Момент двигателя
Hтр – КПД трансмиссии
-
Касательная сила тяги на колесе:
Рк= Uк/rk (радиус колеса)
Mh = (Nh/Wh) * 10^3 [Н*м] – номинальный момент
-
Скорость колеса:
V = Wk * rдин = (Wтр/ Uтр) * rдин
-
Мощность на колесе:
Nk= Ne* hтр (Ne- мощность двигателя)
Трансмиссия нужна: для передачи крутящего момента от двигателя к колесу.
Коробка передач нужна для расширения возможности регулирования Мк и Ме.
Диаграмма связи эффективных показателей работы двигателя и показателей, подведенных к колесу.
Динамический радиус колеса уменьшится, если нагрузка будет увеличиваться, тогда скорость упадет и как следствие произойдет буксование.
Рк1(Н) – касательная сила на колесе на соответствующей передаче при номинальной скорости вращения.
(*) – запас при нагрузке
Лекция №3
Кинематика ведущего колеса. Динамика.
Три случая качения ведущего колеса:
- Свободное (чистое)
- Качение с буксованием
- Качение со скольжением
Чистое качение:
Vo = Wk *rkдин
rкин=rk
Vот = 0 = Vпост- Vt
Va = Vпост + Vt = 2 Wr * rk
Качение со скольжением:
Vo(ск)= Vo * Vск = Wk* rkдин.
rдин>rk
Качение с буксованием:
rдин<rk
Vб=(Vt-Vo)/ Vt- коэффициент буксования
Hб= Vo(раб.) / Vтеор
Лекция №4
Динамика ведомого колеса на твердой дороге.
Gt- масса автомобиля
rдин<rk
Рх- продольная сила тяги(направление зависит от хар-ра движения)
Rх- продольная реакция поверхности дороги(направление зависит от движения)
Rz- нормальная реакция поверхности дороги
аf- расстояние, на которое реакция Rz отстоит от оси колеса.
Сумма силн на оси:
Рх=Rх
-Gt + Rz=0
Rz *af = Rx* r дин
Rx= Rz * (af/rдин)
f= af/rдин – коэффициент сопротивления качения
Rx = Rz * f = Pf – сила сопротивления качению
Rz* af = Mf – момент сопротивления качению
Pf= Mf/ rдин-
Даграмма гистерезесных потерь:
-
сжатие
-
растяжение
(чем больше S м/у линиями тем больше потери на внутренне трение)
При растяжении шина имеет конечное время релаксации.
Кроме шины на гистерезисную петлю влияет тип поверхности.
Шины бывают двух видов:
- радиальные
- диагональные
У радиальной шины коэффициент сопротивления качению меньше, чем у диагональной.
f = 0.018 – 0.02 (для диагональных на сухом асфальте)
f = 0.015 – 0.017 (для радиальной)
С увеличением гистерезисных потерь (на внутреннее трение) коэффициент сопротивления качения увеличивается.
Гистерезисные потери – это, в конечном счете, тепловые потери.
С увеличением радиуса колеса коэффициент сопротивления качению уменьшается (зависит от поверхности дороги и давления шин)
f зависит от скорости:
f(v) = ft * (1+ (v^2/1500)) – для диагональной шины
f(v)= ft * (1+ 0.0216* V^2) - для радиальной шины
С увеличением скорости коэффициент сопротивления качению увеличивается.
Коэффициент сцепления колеса с дорогой:
f=Pkf/ Rz – касательная сила тяги по сцеплению с дорогой
Pkf=f*Rz= f*mавт*g
f=0.7-0.8 – для сухого асфальта(в противном случаем, когда асфальт мокрый 0.45-0.5)
f=0.08-0.1 - лед
Лекция №5
Динамика и КПД ведущего колеса.
Eх:Рх=Rx
Ey:Gt=Rz
EM:Mk-Rz*af-Rx*rдин=0
Мк/rдин=Рк- касательная сила тяги
Rx= Pk-Pf – разность касательной силы тяги и сопротивления качения= толкающая сила.
КПД ведущего колеса:
hk= Nпол/Nподв=Rx*Vраб/Mk*Wk=(Pk-Pf)*Vраб/Pk*rдин*Wk=
=(1- Pf/Pk)*Vраб/Vтеор=hf*hб
hб- КПД буксования ведущего колеса
hf-КПД, учитывающее потери на споротивление качения
Kf=Pf/Pk=p-коэффициент потерь на колесах
hf=р – если нет буксования то hk=hf=1-Pf/Pk=1-p
Сцепление колес с дорогой:
Pkf -касательная сила тяги сцепления
Сила сцепления колес с дорогой в продольном направлении уменьшается на боковых уклонах, вероятность буксования больше(касательная сила тяги Рк больше чем Pkf)
С увеличением скорости движения колеса коэффициент сцепления уменьшается.