Лекция 4.2. Анализ динамических характеристик колёсной машины

4.2.1. Анализ динамических характеристик колёсной машины при её работе в различных дорожных условиях

Как было отмечено в предыдущей лекции, анализ динамических характеристик сводится к оценке динамических свойств колёсной машины и их показателей. С помощью динамических характеристик можно сравнивать колёсные машины по динамическим свойствам и их показателям.

Кроме того с помощью динамической характеристики можно решать различные задачи, возникающие при эксплуатации колёсной машины. Рассмотрим некоторые случаи её применения.

1. Пусть требуется определить на какой передаче должен работать автомобиль в заданных дорожных условиях, характеризуемых величиной приведённого коэффициента дорожных сопротивлений, в случае установившегося движения и какую он при этом сможет развивать максимальную скорость.

Так как при установившемся движении , то откладываем по оси абсцисс значение (на рис. 22) в заданном масштабе. Допуская, что коэффициент при изменении скорости движения постоянен, проведём через вершину отложенного отрезка горизонталь до пересечения с кривыми динамического фактора. Кривая, на которой располагается точка пересечения, определяет искомый номер передачи (в данном случае 3), а проекция этой точки на ось абсцисс указывает возможное максимальное значение скорости движения .

Однако полученные данные следует проверить с точки зрения возможности их реализации по условиям сцепления с дорогой, поскольку при построении динамической характеристики учитывались только тяговые свойства автомобиля по двигателю. Динамический фактор по сцеплению для автомобиля с задними ведущими колёсами определим по формуле

,

где - сила сопротивления воздуха при скорости движения автомобиля , определяемая по известной формуле; - полный вес автомобиля.

Если , то движение автомобиля в заданных условиях возможно на передаче со скоростью .

Если , то в таком случае движение автомобиля в заданных условиях невозможно и следует изменить условия движения.

2. Пусть требуется определить максимальный угол подъёма, который автомобиль сможет преодолеть на указанной дороге.

Так как требуется определить максимальный угол подъёма, то следует взять по динамической характеристике максимальное значение динамического фактора на 1-ой передаче и соответствующую ему скорость движения автомобиля.

По известной скорости движения автомобиля рассчитываем значение силы сопротивления воздуха и величину динамического фактора по сцеплению .

Если максимальный динамический фактор , то приравняв , определяем угол из соотношения

,

где - коэффициент сопротивления качению на указанной дороге.

Для обычных дорог с их относительно небольшими уклонами , поэтому допустимо фактор сопротивления (приведённый коэффициент сопротивления дороги) представить в виде

,

где - уклон дороги, примерно равный .

Тогда максимальный уклон дороги , который преодолеет автомобиль на указанной дороге можно определить по формуле

.

Если максимальный динамический фактор , то по величине определяем режим движения автомобиля и, зная скорость движения, уточняем значение динамического фактора по сцеплению методом последовательных приближений. Обычно уже первое приближение даёт точность 5%, поэтому ограничиваются им. Далее решение этой задачи осуществляется по изложенной методике, только вместо принимается уточнённое значение , определённое по первому приближению.

Эту задачу можно решать для любых точек динамической характеристики, определяя угол подъёма при заданной величине динамического фактора.

Угол преодолеваемого подъёма можно увеличить, если учесть силу инерции автомобиля. Тогда согласно соотношению динамического фактора и фактора сопротивления при неустановившемся движении величина уклона дороги может быть определена по формуле

.

Поэтому перед преодолением подъёма автомобиль разгоняют для накопления кинетической энергии. Наибольший угол подъёма, который может быть преодолён автомобилем с разгона, называется динамическим. Он всегда больше угла подъёма, определяемого по динамической характеристике для установившегося движения. Разница между этими углами тем больше, чем выше скорость, с которой автомобиль преодолевает подъём, и чем меньше длина подъёма.

3. Пусть требуется определить по динамической характеристике наибольшие дорожные сопротивления, которые сможет преодолевать автомобиль, двигаясь на той или иной передаче в установившемся режиме движения.

Так как в этих случаях должны быть использованы максимальные значения динамического фактора, то работа должна проводиться на режимах, соответствующих точкам перегиба кривых динамического фактора. Поэтому ординаты таких точек соответствуют искомым максимальным значениям и т.д. приведённого коэффициента дорожных сопротивлений, преодолеваемых автомобилем соответственно на первой, второй и последующих передачах.

Однако полученные данные следует проверить с точки зрения возможности их реализации по условиям сцепления с дорогой. Если на рассматриваемой передаче, то решение верно, а если на рассматриваемой передаче, то , определённому по первому приближению.

4.2.2. Анализ динамических характеристик колёсной машины при её работе с различными коэффициентами нагрузки

Динамическую характеристику можно использовать и для анализа динамических свойств колёсной машины или автопоезда при различных вариантах весовой нагрузки. В этом случае динамическую характеристику строят для снаряженного веса колёсной машины и дополняют её верхней осью абсцисс, на которой откладывают значения коэффициента нагрузки колёсной машины. Из точек, соответствующих значениям коэффициента , проводят вертикали через всю характеристику до пересечения с нижней осью абсцисс. Такая дополненная характеристика, построенная по методу профессора Н.А. Яковлева, показана на рисунке 23. Её называют универсальной динамической характеристикой колёсной машины.

Прежде чем приступить к рассмотрению универсальной динамической характеристики, введём понятие о коэффициенте нагрузки колёсной машины, понимая под этим отношение данного веса колёсной машины к её снаряженному весу , равному весу колёсной машины без груза. Обозначим этот коэффициент буквой . Его минимальное значение .

Так как динамический фактор колёсной машины при одинаковых прочих параметрах изменяется обратно пропорционально её весу, то масштабы динамического фактора на характеристике должны быть разными для каждого значения коэффициента нагрузки. На вертикали, проведённой через точку , откладывают значения динамического фактора для снаряженного веса колёсной машины и строят для неё динамическую характеристику. На вертикали масштаб динамического фактора должен быть вдвое больше, чем на вертикали . Соединяют наклонными прямыми отрезки на вертикали с соответствующими по длине отрезками вертикали . Точки пересечения этих прямых с построенными на характеристике вертикалями образуют на них масштабные шкалы динамического фактора для соответствующего варианта нагрузки колёсной машины.

С помощью универсальной динамической характеристики можно определить, на какой передаче и с какой максимальной скоростью сможет равномерно двигаться колёсная машина в заданных дорожных условиях при коэффициенте нагрузки .

Для этого на обеих вертикалях характеристики с учётом их масштабов отложим заданное значение приведённого коэффициента дорожных сопротивлений. Вершины отложенных отрезков соединим штриховой линией, как показано на рисунке 23. В частном случае она может совпадать с одной из ранее проведённых наклонных линий. Через точку пересечения штриховой линии с вертикалью проведём горизонталь до пересечения с кривой динамического фактора, построенного для снаряженного веса колёсной машины. Номер кривой указывает, на какой передаче сможет работать колёсная машина при рассмотренном варианте нагрузки (в данном случае на - ой передаче). Искомую скорость движения находим, спроектировав на нижнюю ось абсцисс точку пересечения горизонтали с кривой динамического фактора на - ой передаче.

Аналогично с помощью универсальной динамической характеристики можно решать задачи по определению угла подъёма пути и наибольших дорожных сопротивлений при движении колёсной машины с различными вариантами его весовой нагрузки, опираясь на методику решения этих задач с использованием динамической характеристики колёсной машины.