Глава 1. Обзор состояния вопроса и Постановка задач исследования

1. Основные эксплуатационные свойства автомобиля

В общем случае понятие эксплуатационные свойства представляет собой группу свойств, определяющих степень приспособленности автомобиля (колесной машины) к эксплуатации в различных условиях [31, 36]. Различают следующие основные эксплуатационные свойства автомобиля:

1. Тягово-скоростные;

2. Топливно-экономические;

3. Проходимость;

4. Тормозные свойства;

5. Устойчивость, управляемость и маневренность;

6. Плавность движения;

7. Надежность;

8. Мощность, экономичность, токсичность отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, динамичность, грузоподъемность, пассажировместимость, комфортабельность, эргономичность.

Эксплуатационными свойствами автомобиля в разное время занимались и достигли значительных успехов Вейс Ю.А., Гришкевич А.И., Грошев А.М., Зимелев Г.В., Кравец В.Н., Кузьмин Н.А, Нарбут А.Н., Песков В.И., Руктешель О.С., Филькевич Б.С., Чудаков Е.А. и др.

Это именно те свойства, посредством которых реализуются [11]:

• Средние скорости транспортирования;

• Расход топлива, связанный с транспортированием;

• Безопасность движения автомобиля, выполняющего свои производственные функции;

• Возможность движения по дорогам различного качества, в том числе и по бездорожью.

Эксплуатационные свойства автомобиля определяют, в том числе эффективность и удобство его использования, зависят от конструкции автомобиля и его агрегатов, условий эксплуатации, качества топлива и смазочных материалов, технического состояния автомобиля и мастерства вождения.

1. Тягово-скоростные свойства

Совокупность свойств, определяющих возможные по характеристикам двигателя и сцеплению ведущих колес с дорожным покрытием диапазоны изменения скоростей движения автомобиля и его максимальные ускорения разгона.

Анализ расчетных показателей тягово-скоростных свойств колесной машины позволяет определять предельные дорожные условия, в которых еще возможно движение автомобиля, а также оценивать возможность буксировки в конкретных дорожных условиях прицепа заданной массы. Решение обратной задачи – задачи синтеза – дает возможность определить конструктивные параметры автомобиля, которые позволят:

• обеспечить заданные скорости движения и ускорения разгона в конкретных дорожных условиях;

• преодолеть заданные подъемы и буксировку прицепа заданной массы.

В зависимости от соотношения деформаций колеса и опорной поверхности различают четыре вида взаимодействия колеса с дорогой:

1) качение жесткого колеса по жесткой (практически недеформируемой) поверхности (рис. 1.1, а);

2) качение эластичного колеса по недеформируемой поверхности (рис. 1.1, б);

3) качение жесткого колеса по деформируемой (податливой) поверхности (рис. 1.1, в);

4) качение эластичного колеса по деформируемой поверхности (рис. 1.1, г).

Рис. 1.1. Виды взаимодействия колеса и опорной поверхности

Первый из рассматриваемых случаев относится к варианту качения стального колеса трамвая или поезда по рельсовому пути и в теории автомобиля обычно не используется. Три остальных случая характеризуют взаимодействие колеса автомобиля с различными дорожными поверхностями. При этом наиболее типичным является второй случай, соответствующий движению колеса с эластичной шиной по дороге с твердым покрытием (асфальт, асфальтобетон, брусчатка). В реальной эксплуатации встречается также третий случай, когда автомобиль движется по свежевыпавшему снегу и деформации шины значительно меньше деформаций снежного покрытия, а также четвертый случай, когда автомобиль (колесный трактор) движется по податливым грунтовым дорогам.

На рис.1.2 показаны основные геометрические параметры автомобильного колеса и шины. Здесь – диаметр наибольшего окружного сечения беговой дорожки шины ненагруженного колеса;

–посадочный диаметр обода; – ширина профиля шины;

–высота профиля шины; – коэффициент высоты профиля шины.

Очень важным, с точки зрения теоретических расчетов, является правильный выбор радиуса качения автомобильного колеса.

Рис. 1.2. Основные геометрические параметры и маркировка шины автомобильного колеса

В теории качения эластичного колеса по твердой (недеформируемой) поверхности оперируют четырьмя основными радиусами.

Свободный радиус – радиус наибольшего окружного сечения беговой дорожки шины ненагруженного колеса (т.е. при отсутствии его контакта с поверхностью дороги).

,

(1)

Статический радиус – расстояние от центра неподвижного колеса, нагруженного вертикальной силой , до опорной поверхности (рис. 1.3)

(2)

где – коэффициент вертикальной деформации шины;

–для радиальных шин легковых автомобилей;

–для шин грузовых автомобилей и автобусов, а также для диагональных шин легковых автомобилей.

Коэффициент зависит от величины вертикальной нагрузки на шину и от давления воздуха в шине, при этом с увеличением нагрузкиуменьшается, а с увеличением давления – увеличивается.

Динамический радиус – расстояние от центра катящегося колеса до опорной поверхности (рис. 1.4). На величину , точно также, как на, влияют вертикальная нагрузка на колесо и давление воздуха в шине. Кроме того, динамический радиус несколько увеличивается с ростом угловой скорости вращения колеса и уменьшается с ростом передаваемого колесом крутящего момента . Противоположное влияние ина изменениеобусловило то, что для дорог с твердым покрытием часто принимают.

Радиус качения (кинематический радиус) – отношение продольной скорости колеса к его угловой скорости вращения:

(3)

Радиус качения сильно зависит от величины и направления передаваемого колесом крутящего момента и сцепных свойств шины с дорожным покрытием. Если не превышает 60% значения, при котором наступает буксование колеса или его юз, то эту зависимость можно считать линейной. При этом в ведущем режиме зависимость имеет вид:

(4)

а в тормозном режиме (т.е. когда меняет направление)

(5)

где – радиус качения колеса в ведомом режиме (когда);

коэффициент тангенциальной эластичности шины.

Радиус качения колеса в ведомом режиме определяется экспериментально путем прокатывания нагруженного заданной вертикальной нагрузкойколеса на 5÷10 полных оборотов (оборотов) и замера его пути качения. Так как, то

(6)

Рассмотрим характерные случаи:

1. Ведомый режим:

Ситуацию иллюстрирует рис. 1.5, а. В этом случае:

2. Режим полного буксования (рис. 1.5, б).

(максимальный момент колеса по сцеплению с дорогой);

Тогда

3. Режим юза (рис. 1.5, в).

Тогда

Рис. 1.5. Радиусы качения колеса: а – ведомый режим; б – режим буксования;