Сила крюкового сопротивления

Уравнение тягового баланса показывает, как распределяется касательная сила тяги Р_к , возникающая в результате взаимодействия ведущих колес автомобиля с опорной поверхностью, на различные сопротивления движению:

- сила сопротивления качению Р_f ;

- сила сопротивления подъему Р_h , которая является составляющей силы тяжести G автомобиля, параллельной его оси (G·sinα);

- приведенная сила инерции Р_j , возникающая при изменении скорости движения; при ускоренном движении берется со знаком плюс, при замедлении – со знаком минус;

- сила сопротивления воздуха Р_w .

В общем случае тяговый баланс автомобиля отображают следующей зависимостью:

или Р_к = Р_f + Р_w ± Р_h ± Р_j ,

Касательную силу тяги Р_к при установившемся движении подсчитывают как частное от деления ведущего момента на радиус r_к качения ведущего колеса:

,

где М_е – крутящий момент двигателя;

М_к - крутящий момент, подведенный к ведущим колесам автомобиля;

u_Т - передаточное число трансмиссии (u_Т = u_кп u₀);

η_Т - КПД, учитывающий потери энергии в трансмиссии.

Если написать уравнение силового баланса в виде:

Р_к - Р_f - Р_w = Р_h + Р_j ,

то выражение в правой части уравнения показывает избыток силы тяги, который остается после учета затрат на преодоление сопротивления качению и воздуха, и может быть израсходован на преодоление подъема или разгона. Его называют запасом тяги и обозначают Р_и. Следовательно, уравнение тягового баланса можно записать в виде:

Р_и = Р_к - Р_f - Р_w .

При установившемся движении (Р_j = 0) по горизонтальной дороге (Р_h = 0) с максимальной скоростью тяговая сила расходуется полностью на преодоление сопротивления воздуха и качения:

Р_к = Р_f + Р_w.

Если автомобиль используется в качестве тягача, то в уравнение тягового баланса необходимо учитывать усилие на крюке Р_кр.

Уравнение тягового баланса применяется в теории автомобиля для определения скорости движения при тех или иных эксплуатационных условиях.

Тяговые возможности автомобиля удобно оценивать с помощью графической интерпретации тягового баланса. Наибольший интерес представляют максимальные значения тяговой силы, реализуемые на различных передачах и при различных скоростях движения. Очевидно, что они могут быть получены при работе двигателя с максимально возможной подачей топлива (работа двигателя по внешней скоростной характеристике).

График, показывающий изменение касательной силы тяги в функции скорости движения автомобиля, носит название графика тягового баланса автомобиля или тяговой характеристики (рис.2).

Точки пересечения кривой Р_к с линией суммарного дорожного сопротивления (Р_f+Р_w) соответствуют равенству этих сил, то есть возможности установившегося движения (Р_j=0) автомобиля на горизонтальном участке дороги (Р_h=0) с максимальной скоростью, равной величине v_мах. Если дорожные условия изменились (например, сила сопротивления качению возросла с Р_f1 до Р_f2), то при полной подаче топлива скорость автомобиля снижается и соответствует точке пересечения кривых Р_к и Р_f2+Р_w. Точка перегиба кривой Р_к на рис.2 соответствует скорости, при которой автомобиль преодолевает максимальное сопротивление, развивая тяговое усилие Р_{к мах}. При включении низшей передачи касательная сила тяги Р_к увеличивается, и автомобиль может преодолевать большие сопротивления.

При построении тяговой характеристики автомобиля целесообразно параллельно оси абсцисс v нанести шкалы угловой скорости ω (или частоты вращения n, где ) коленчатого вала двигателя, соответствующие движению автомобиля на различных пере­дачах. Рекомендуется пользоваться выбранными ранее значениями ω или n (при расчете внешней скоростной характеристики), приводя в соответствие с ними скорости автомобиля на разных передачах:

.

Задавшись размерами графика, по значению максимальной скоро­сти v_max автомобиля определяют длину шкалы скорости. Такой же долж­на быть и шкала угловых скоростей (частот вращения) коленчатого вала двигателя на высшей передаче (рис. 2). При постоянной угловой скорости вала двигателя скорости автомобиля на раз­личных передачах обратно пропорциональны передаточным числам ко­робки передач:

и т.д.

Вследствие этого размер одного деления шкалы угловой скорости, например, для первой передачи, должен быть в u₁ раз меньше размера деления шкалы для прямой передачи.

При помощи графика силового баланса можно определить основные показатели динамичности автомобиля при равномерном движении. Так, например, максимальную скорость v_max определяют по абсциссе точки пересечения кривых Р_f +Р_w = Р_к и, когда запас силы тяги, а, следовательно, и ускорение равны нулю. Если кривая Р_к проходит ниже кривой Р_f +Р_w, то автомобиль может двигаться только замедленно.

Чтобы учесть возможность буксования ведущих колес, нужно, опре­делив для заданного коэффициента сцепления φ силу сцепления (Р_φ = G_φ· φ), провести горизонтальную линию, как показано на рис. 2. В зоне, расположенной ниже этой линии, соблюдается условие Р_к < Р_φ, а в зоне выше нее длительное движение автомобиля невозможно. Для рас­сматриваемого примера (рис. 2) безостановочное движение автомобиля при полной нагрузке двигателя по сухой асфальтовой дороге (φ=0,8...0,9) возможно на всех передачах. Движение автомобиля по мокрому асфальту (φ=0,35...0,6) уже на второй передаче становится проблематичным, однако, при этом на высших передачах автомобиль может перемещаться без пробуксовки ведущих колес. На обледенелой дороге (φ=0,1...0,2) движение машины при полной нагрузке двигателя без буксования колес практически не возможно во всем интервале скорос­тей от минимальной до максимальной.