3.14. Силовой баланс автомобиля при различной нагрузке

Практическое применение рассмотренного выше силового ба­ланса автомобиля затруднительно, так как для определения пока­зателей тягово-скоростных свойств необходимо построить отдель­ные графики для разных значений нагрузки на автомобиль. Это связано с тем, что при изменении нагрузки сила сопротивления дороги Р_Д и суммарная сила сопротивления дороги и воздуха Р_д + Р_В изменяются и для их вычисления требуются дополнительные зат­раты времени.

Более универсальным является рассмотренный ниже метод силового баланса автомобиля при различной нагрузке. В этом слу­чае строится только один график силового баланса для всех экс­плуатационных нагрузок автомобиля.

В основу метода силового баланса автомобиля при различной нагрузке положено уравнение его движения (3.20), представлен­ное в следующем виде:

или

где — свободная тяговая сила.

Безостановочное движение автомобиля возможно при выпол­нении

условия ; автомобиль движется без буксования веду­щих колес в том случае, если .

Для оценки тягово-скоростных свойств при различной нагруз­ке на автомобиль строится график его силового баланса (рис. 3.23).

Методика построения графика силового баланса такова:

• строят тяговую характеристику автомобиля ;

• на график тяговой характеристики наносят кривые свобод­ной тяговой силы Р_св для различных передач;

• слева от графика тяговой характеристики автомобиля строят вспомогательный график для определения коэффициента сопро­тивления дороги ψ. С этой целью ось абсцисс продолжают влево и на нее в произвольном масштабе наносят шкалу коэффициента сопротивления дороги ψ;

• справа от графика тяговой характеристики автомобиля стро­ят вспомогательный график для определения коэффициента сцепления колес с дорогой ψ_х. Для этого ось абсцисс продолжают вправо на нее в произвольном масштабе наносят шкалу коэффициента сцепления ψ_x.;

• из начала координат вспомогательных графиков проводят лучи, соответствующие различным значениям нагрузки на авто­мобиль.

Для определения углов наклона лучей нагрузки на левом вспо­могательном графике задают какое-либо значение свободной тя­говой силы Р_св, откладывают это значение на оси ординат и про­водят горизонтальную прямую. Затем по формуле

Рис. 3.23. График силового баланса автомобиля при различной нагрузке

:находят значения коэффициента ψ для разных нагрузок (Н = 0 % при G - G₀; Н = 100 % при G = G_а и т. д., где G — вес автомобиля при заданной нагрузке Н, представляющей собой долю груза, %, который может быть перевезен на данном автомобиле; (G₀ — вес снаряженного (порожнего) автомобиля; G_а — вес автомобиля при полной нагрузке). Из точек, соответствующих найденным значе­ниям коэффициента ψ, проводят вертикали до пересечения с горизонтальной линией, проходящей через точку, отвечающую выб­ранному значению свободной тяговой силы Р_св. Полученные точ­ки пересечения соединяют с началом координат левого вспомо­гательного графика и у каждого луча указывают соответствующее значение нагрузки на автомобиль, % или пасс.

Для определения углов наклона лучей нагрузки на автомобиль на правом вспомогательном графике задают какое-либо значение тяговой силы Р_т, откладывают это значение на оси ординат и про­водят горизонтальную линию. Затем по формуле

находят значения коэффициента у для разных нагрузок (Н = 0 % при G = G₀; Н = 100 % при G = G_a и т.д., где G — вес автомобиля при заданной нагрузке Н, представляющей собой долю груза, %, который может быть перевезен на данном автомобиле; G₀ — вес снаряженного (порожнего) автомобиля; G_а — вес автомобиля при полной нагрузке). Из точек, соответствующих найденным значе­ниям коэффициента ψ, проводят вертикали до пересечения с горизонтальной линией, проходящей через точку, отвечающую выб­ранному значению свободной тяговой силы Р_св. Полученные точ­ки пересечения соединяют с началом координат левого вспомо­гательного графика и у каждого луча указывают соответствующее значение нагрузки на автомобиль, % или пасс.

Для определения углов наклона лучей нагрузки на автомобиль на правом вспомогательном графике задают какое-либо значение тяговой силы Р_т, откладывают это значение на оси ординат и про­водят горизонтальную линию. Затем по формуле

находят значения коэффициента сцепления для разных нагрузок (Н = 0 % при G₀₂; Н = 100 % при G_а2 и т.д., где G₂ — вес, приходя­щийся на задние (ведущие) колеса автомобиля при заданной на­грузке; G₀₂ и G_а2 — вес, приходящийся на ведущие колеса соот­ветственно снаряженного автомобиля и автомобиля при полной нагрузке).

Вес автомобиля при заданной нагрузке

где G_ГР — полезная нагрузка на автомобиль, Н (грузовые автомо­били) или пасс, (легковые автомобили, автобусы).

Вес на ведущие колеса при заданной нагрузке

где (G₀₂ и G_a2 )— вес, приходящийся на ведущие колеса соответственно снаряженного автомобиля и с полной нагрузкой, Н или пасс.

Через точки, соответствующие найденным значениям коэф­фициента сцепления φ_х при разных нагрузках на автомобиль и ве­дущие колеса, проводят вертикальные линии до пересечения с горизонталью, которая проходит через точку, отвечающую выб­ранному значению тяговой силы P_T Полученные точки пересече­ния соединяют с началом координат правого вспомогательного графика и соответствующих лучей указывают значения нагрузки на автомобиль, % или пасс. При расчете нагрузок используют зна­чения G₀₂ и G_а2 из технической характеристики автомобиля.

С помощью графика силового баланса автомобиля при различ­ной нагрузке можно решить ряд задач по анализу и оценке тягово-скоростных свойств автомобиля. При этом из четырех параметров (скорость автомобиля , нагрузка на автомобиль Н, коэффициент сопротивления дороги и коэффициент сцепления колес с дорогой_х) можно определить два любых параметра по двум другим заданным. При этом найденные значения коэффициента сопротивления дороги являются максимально возможными, а значения коэффициента сцепления _х — минимально необходи­мыми для движения автомобиля при различных нагрузках.

Рассмотрим несколько примеров решения задач

Пример 1. Известны скорость автомобиля _] и нагрузка Н, (50 %). Необходимо определить, какое максимальное сопротив­ление дороги, характеризуемое коэффициентом ψ₁, может пре­одолеть автомобиль и какой минимальный коэффициент сцепления φ_x1 необходим для движения без буксования ведущих колес в этом случае.

Найдем значение известной скорости движения ₁на оси абс­цисс тяговой характеристики автомобиля и проведем вертикаль до пересечения с кривыми тяговой силы Р_T и свободной тяговой силы Р_св. Из точки пересечения вертикали с кривой Р_св проведем горизонтальную линию влево, до пересечения с лучом заданной нагрузки Н₁ = 50 %, и из полученной точки опустим перпендику­ляр на ось абсцисс левого дополнительного графика, определяя при этом максимальное значение коэффициента сопротивления дороги ψ₁ Затем из точки пересечения вертикали с кривой тяго­вой силы Р_T проведем вправо горизонтальную линию до пересече­ния с лучом нагрузки Н₁ = 50 % и, опустив из точки пересечения перпендикуляр на ось абсцисс правого дополнительного графи­ка, найдем минимальный коэффициент сцепления φ_x1 который необходим для движения автомобиля без буксования ведущих ко­лес.

П р и м е р 2. Известны коэффициент сопротивления дороги ψ₂ и нагрузка Н₂ (100 %). Требуется определить, с какой скоростью v₂ может двигаться автомобиль на II передаче и какой коэффициент сцепления φ_Х2 обеспечит движение без буксования ведущих колес.

На оси абсцисс левого графика найдем значение коэффициен­та сопротивления дороги φ_x2 и проведем вертикальную линию до пересечения с лучом заданной нагрузки Н₂ = 100 %. Из получен­ной точки пересечения проведем горизонтальную линию вправо, до пересечения с кривой Р_св на II передаче, и, опустив перпенди­куляр на ось абсцисс тяговой характеристики, определим иско­мую скорость ₂. Затем для найденной скорости определим тяго­вую силу Р_т на II передаче, проведем через точку, соответствую­щую этому значению Р_т, горизонталь вправо, до пересечения с лучом нагрузки Н₂ = 100 %, и, опустив перпендикуляр, найдем минимальный коэффициент сцепления φ_Х2, необходимый для дви­жения автомобиля без буксования ведущих колес.

П р и м е р 3. Известны коэффициенты ψ₃ и φ_x3. Следует опреде­лить скорость движения ₃ нагрузку Н₃ на автомобиль.

Из точек, соответствующих значениям коэффициентов ψ₃ и φ_хз на осях абсцисс дополнительных графиков, проведем вертикали до пересечения с лучами всех нагрузок, а из точек пересечения — горизонтали до пересечения с кривыми Р_св и Р_T на всех передачах. Полученные точки пересечения, расположенные на одних верти­калях при одинаковых нагрузках, соответствуют искомым скоро­сти движения v₃ и нагрузке Н₃ ==100 % на автомобиль.

Метод силового баланса удобен для анализа тягово-скоростных свойств конкретного автомобиля. Сравнивать же разные авто­мобили этим методом затруднительно, так как значения тяговой силы у них могут отличаться в несколько раз, да и масса их также неодинакова.

Поэтому для сравнительной оценки тягово-скоростных свойств разных автомобилей удобнее пользоваться их динамическими фак­торами и динамическими характеристиками.