Лекция № 2 характеристика взаимодействия транспортных средств с разными поверхностями и профилями дорог

Тяговый баланс. Возможности автомобиля по выполнению транспортной работы определяются, с одной стороны, его мощностью, с другой стороны – сопротивлениями движению, которые поглощают часть этой мощности. Мощность автомобиля N в ваттах – это произведение тяговой силы P_Тв ньютонах на скоростьv в м/с: N = P_Тv. Для наших расчетов это самая удобная формула.

Автомобиль заставляет двигаться продольная реакция дороги, воздействующая на ведущие колеса. Если колесо не пробуксовывает, т. е. не проскальзывает относительно дороги, реакция дороги и касательная сила равны друг другу по модулю, хотя направлены в разные стороны.

Обычно эту продольную реакцию называют "тяговая сила". Она возникает под действием эффективного крутящего момента M_e на коленчатом валу двигателя, преобразованного трансмиссией автомобиля (рис. 1). Сцепление передает этот момент на входной вал коробки передач; на выходном валу коробки передач момент остается таким же или преобразуется (увеличивается или уменьшается) в зависимости от того, каково передаточное число включенной передачи. Далее через карданный вал момент поступает на входной вал главной передачи, которая его увеличивает и передает через полуоси на ведущие колеса.

Тяговая сила в ньютонах (при данной частоте вращения коленчатого вала n в мин^–1, т.е. количестве оборотов в минуту)

где M_e – эффективный крутящий момент двигателя, Н·м (определяется по внешней скоростной характеристике двигателя, рис. 2); i_к, i₀ – передаточные числа коробки передач и главной передачи; _тр – КПД трансмиссии; r_К – динамический радиус колеса (или же радиус качения без проскальзывания), м.

Тяговая сила расходуется на преодоление силы суммарного дорожного сопротивления P_, силы сопротивления воздуха P_W, силы сопротивления движению на уклон P_i и силы инерции Pj:

где m – масса автомобиля, кг; a – ускорение автомобиля, м/с².

Постоянно действуют первые две составляющие. Уклоны (подъемы и спуски) есть не везде. Сила инерции P_j появляется при разгоне и замедлении автомобиля (в городских условиях – это преобладающая часть времени движения). Приемистость, маневренность и возможность развивать высокую техническую скорость определяется запасом тяговой силы, т. е. разностью P_T – P_ – P_W , который можно использовать для разгона автомобиля.

Сила сопротивления воздуха в ньютонах

где kF – фактор обтекаемости; v – скорость, км/ч; F – лобовая площадь автомобиля, м²; k – коэффициент обтекаемости:

где C_Х– коэффициент аэродинамического сопротивления, _В – плотность воздуха, кг/м³.

В нормальных условиях (Т₀ = 293 К, Р₀ = 101325 Па) _В = 1,204 кг/м³.

При давлении Р (в Па) и температуре Т (в С) плотность можно вычислить по формуле Клапейрона-Менделеева

где 287,14 – газовая постоянная для воздуха.

Сопротивление воздуха заметно проявляется на высоких скоростях, а при малых и средних скоростях оно невелико. Поэтому основная часть постоянных сопротивлений – это суммарные дорожные сопротивления

где  – коэффициент суммарных дорожных сопротивлений.

Таблица 3