График силового баланса

 

    Построение графика силового баланса начинается с определения всех сил, действующих на автомобиль, записанных в виде уравнения тягового баланса

                                           ,                                  (9)

 

где  –  сила тяги или окружная сила на ведущих колесах, Н;

 –  сила сопротивления качению, Н;

 –  сила сопротивления подъему, Н;

 –  сила сопротивления воздуха, Н;

 –  сила сопротивления разгону, Н;

Полная окружная сила P_k на ведущих колёсах определяется по формуле:

                                        ,                              (10)

 

где: М_е’ – текущее значение крутящего момента двигателя, соответствующее угловой скорости ω_е и рассматриваемой скорости движения автомобиля,  умноженное на коэффициент коррекции К , учитывающий реальные условия эксплуатации (для легковых автомобилей принимают 0,9; для грузовых двухосных –   0,88; для многоосных – 0,85; для автобусов – 0,83), Нм ;

Текущее значение крутящего момента двигателя М_е’ определяется по формуле:

                                           М_е’ = М_е ·К_р ,                                 (11)

 

и_тр – передаточное отношение трансмиссии. Определяется по формуле:

 

                                        и_тр = и_кп ·и_гп ^.и_дп,                              (12)

 

где и_кп – передаточное отношение КПП (для каждой передачи, из исходных данных);

и_гп – передаточное отношение главной передачи (из исходных данных).

   η_тр – КПД трансмиссии. Определяется по формуле:

 

h _тр = 0,98 ^k ×0,97 ^l ×0,99 ^m ,                                         (13)

 

где  k* – число пар цилиндрических шестерён, передающих энергию на данной передаче;

l *– число пар конических и гипоидных шестерён;

m* – число карданных шарниров.

   r_k – радиус качения колеса, м. Определяется по формуле:

 

                              r = 0,5 d + В ,                                                   (14)

 

где   d ** – диаметр обода, м;

   В** – номинальная ширина профиля, м;

  ** –  Н/В – коэффициент тангенциальной жесткости шин, показывающий отношениевысоты профиля шины Н к ширине В;

   –  коэффициент вертикальной деформации шины, принимается 0,95-0,97.

    Для отечественных шин r можно определить по таблицам на стр.644-659 .

Скорость движения автомобиля при частоте вращения коленчатого вала w _e и соответствующей передаче определяется по формуле:

                                                     

                                V_a = ω_e · r_k /и_тр ,                                                                                                                       (15)

 

где     V_a – скорость автомобиля, м/с.

* –  значения k , l , m определяются студентом, самостоятельно, исходя из конструкции трансмиссии, заданного автомобиля и согласовываются с преподавателем;

** –  значения d , В,  определяются, из маркировки шин (исходные данные), в соответствии с указаниями стр. 636-643 .

Сила сопротивления дороги равна, Н:

                                                     

Р_ψ = Р _f + P_i ;                                            (16)

 

Р _f = f · G_a · cos   ,                                    (17)

 

где f – коэффициент сопротивления качения;

G_а –  вес автомобиля, Н;

– угол уклона дороги, град.        

                                           Р _i = G_a · sin ;                                (18)

 

С учетом того, что · sin tq = i – характеристика подъема:

                                   Р _ψ  = G_a ·( f + i ) ≈ G_a · ψ.                        (19)

 

где  ψ – коэффициент суммарного дорожного сопротивления;

Значения Р_ψ рассчитываются для горизонтального дороги с асфальтобетонным покрытием, следовательно ψ = f.

Величина коэффициента сопротивления качения для малой скорости, до 50 км/ч, принимается равной f_o = 0,015.

Для скоростей движения, больших 50 км/ч, коэффициент сопротивления качения определяется по формуле:

 

                                    f = f_o ·[1+(0,020· V_a) ² ],                          (20)

 

где V_a – скорость автомобиля, м/с.

Сила сопротивления воздуха Р_В определяется по формуле:

 

                                        Р_В = k _В · F · V_a ²,                                        (21)

 

где k _В – коэффициент сопротивления воздуха, Н·с² ·м ^-4;

F – площадь лобового сопротивления, м ²;

V_a – скорость автомобиля, м/с.

Коэффициент сопротивления воздуха принимается равным:

–  для легковых автомобилей k _В = 0,17- 0,3 Н·с² ·м ^-4

–  для автобусов k _В = 0,25- 0,4 Н·с² ·м ^-4

–  для грузовых автомобилей k _В = 0,5- 0,7 Н·с² ·м ^-4

–  для автопоездов k _В = 0,55- 0,9 Н·с² ·м ^-4

Площадь лобового сопротивления приближенно может быть определена по выражению:

                                          F = ·В_г ·Н_г ,                                        (22)

                                                                                                         

где    – коэффициент заполнения площади (для легковых автомобилей  = 0,78-0,8; для грузовых = 0,75-0,9);

В_г и Н_г –  габаритная ширина и высота автомобиля соответственно, м.

Сила сопротивления разгону автомобиля Р –  это сила его инерции:

 

                                      Р = m dv / dt,                                         (23)

где   –  коэффициент учета вращающихся масс. Приближенно определяется по эмпирической формуле:   

                                         

                                         =  + u _кп + 1                                     (24)

 

где   u _кп – передаточное число коробки перемены передач на каждой передаче (из исходных данных);  

    Для одиночных автомобилей принимают:   = 0,03 - 0,05; = 0,04 - 0,06.   

    m –  масса автомобиля, кг;

    dv / dt – ускорение автомобиля, м/с .

     Сила сопротивления разгону рассчитывается из уравнения силового баланса или определяется графически из тяговой характеристики.

Результаты расчёта параметров для построения графиков тяговой характеристики приведены в таблице 4.

 Таблица 4

Результаты расчета*

Параметры		Размерность	Значения параметров
		1/с
		Нм
1-я		м/с
		Н
2-я		м/с
		Н
3-я		м/с
		Н
		Н
4-я		м/с
		Н
		Н
5-я (прямая)		м/с
		Н
		–
		Н
		Н
		Н

 

         

        На рис.2 приведен пример тяговой характеристики автомобиля.

                   

Рис. 2. Тяговая характеристика автомобиля

 

________________________________________________________________

 * Если Ваш автомобиль имеет пять и более передач, то и для них проводятся аналогичные расчеты. Для автомобилей имеющих демультипликатор (автомобили повышенной проходимости) дополнительно необходимо посчитать показатели тягово-скоростных свойств на первой пониженной и первой повышенной передачах.

3.3. Мощностной баланс автомобиля

Для получения графического изображения мощностного баланса автомобиля, воспользуемся следующим уравнением:

 

    (25)

   
или                                  N_k = N_f + N_i + N_B + N _и ,                                  (26)

 

где N_k – мощность, подводимая к ведущим колёсам, кВт;

N_f – мощность, затрачиваемая на сопротивление качению, кВт;

N_i – мощность, сопротивлению подъёму, кВт;

N_B – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт;

N _и – мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля, кВт.

       

 Результаты расчетов сводятся в таблицу 5.

 

Таблица 5

Результаты расчета

 

Параметры		Размерность	Значения параметров
1-я Низшая		м/с
		кВт
2-я Низшая		м/с
		кВт
1-я		м/с
		кВт
2-я		м/с
		кВт
3-я		м/с
		кВт
4-я		м/с
		кВт
5-я		м/с
		кВт
		кВт
		кВт
		кВт

На основании данных таблицы 5 стоим график мощностного баланса автомобиля.

На графике (рис. 3) изображена зависимость мощности, подводимой к ведущим колёсам, а также суммарной мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления дороги и воздуха, от скорости движения на различных передачах.

Разность этих двух мощностей даёт мощность, которую можно реализовать для разгона автомобиля.

 

  
               Рис. 3. График мощностного баланса автомобиля