1.4 Баланс мощности автомобиля
Балансом мощности называется уравнение, показывающее распределение подводимой к ведущим колесам мощности РТ по видам сопротивления.
Тяговая мощность автомобиля в зависимости от частоты вращения:
РТ = РК = Ре * ηТ,
где РК – мощность на колесах автомобиля, кВт;
Ре – мощность двигателя при определенных оборотах коленчатого вала, кВт;
ηТ – коэффициент полезного действия трансмиссии.
РТ(80) = 4,4 * 0,91 = 4 кВт
РТ(180) = 20 * 0,91 = 18,2 кВт
РТ(260) = 34 * 0,91 = 30,94 кВт
РТ(340) = 50,3 * 0,91 = 45,77 кВт
РТ(420) = 61,2 * 0,91 = 55,69 кВт
РТ(500) = 68 * 0,91 = 61,88 кВт
Мощность, затраченная на сопротивление качению:
Рf = Ff * Va,
где Ff – сила сопротивления качению на высшей передаче, кН;
Va – скорость автомобиля, м/с
Рf(80) = 0,29 * 5,85 = 1,7 кВт
Рf(180) = 0,29 * 13,16 = 3,82 кВт
Рf(260) = 0,32 * 19 = 6,1 кВт
Рf(340) = 0,35 * 24,85 = 8,7 кВт
Рf(420) = 0,38 * 30,7 = 11,67 кВт
Рf(500) = 0,42 * 35,85 = 15,1 кВт
Затраты мощности на преодоление сопротивления воздуха:
Рwx = Fwx * Va,
где Fwx – сила сопротивления воздуха, кВт;
Va – скорость автомобиля, м/с
Рwx(80) = 0,03 * 5,85 = 0,17 кВт
Рwx(180) = 0,17 * 13,16 = 2,24 кВт
Рwx(260) = 0,36 * 19 = 6,84 кВт
Рwx(340) = 0,62 * 24,85 = 15,41 кВт
Рwx(420) = 0,95 * 30,7 = 29,17 кВт
Рwx(500) = 1,29 * 35,85 = 46,25 кВт
Все полученные значения заносятся в таблицу 3.
Таблица 3
Результаты
расчетов мощностного баланса автомобиля
ГАЗ 3221
|
ωе, с-1 |
80 |
180 |
260 |
340 |
420 |
500 |
|
Ре, кВт |
4,4 |
20 |
34 |
50,3 |
61,2 |
68 |
|
РТ, кВт |
4 |
18,2 |
30,94 |
45,77 |
55,69 |
61,88 |
|
Рf, кВт |
1,7 |
3,82 |
6,1 |
8,7 |
11,67 |
15,1 |
|
Рwx, кВт |
0,17 |
2,24 |
6,84 |
15,41 |
29,17 |
46,25 |
|
Рf + Рwx, кВт |
1,87 |
6,06 |
12,94 |
24,11 |
40,84 |
61,35 |
По результатам расчета строится графическая зависимость тяговой мощности от скорости движения автомобиля. Также строится зависимость потерь мощности на преодоление сил сопротивления движения от скорости движения на высшей передаче.
1.5 Динамический фактор автомобиля
Динамической характеристикой автомобиля называется зависимость динамического фактора по тяге от скорости на различных передачах.
Динамический фактор D – безразмерная величина, представляющая собой разность между тяговой силой на ведущих колесах FТ и силой сопротивления воздуха Fwx к полной силе тяжести (весу) автомобиля Ga.
D = (FT - Fwx) / Ga,
где FT – тяговая сила на колесах, кН
Fwx – сила сопротивления воздуха, кН
Ga – вес автомобиля, кН
Рассчитываем силу сопротивления воздуха Fwx при движении на всех передачах, кроме пятой.
Fwx = 0,5 * Cx * ρB * Ax * Va2,
где Cx – коэффициент обтекаемости автомобиля. Примем Cх = 0,5;
ρB – плотность воздуха. ρB = 1,225 кг/м3;
Ax – площадь наибольшего поперечного сечения автомобиля, м
Ax = αП * Вг * Нг,
где αП – коэффициент полноты сечения. Примем αП = 0,75;
Вг – ширина автомобиля. Вг = 1,966 м;
Нг – высота автомобиля. Нг = 2,2 м.
Площадь наибольшего поперечного сечения автомобиля Ах
Ах = 0,75 * 1,966 * 2,2 = 3,24 м
Первая передача
На первой передаче в виду малого значения скорости сила сопротивления воздуха практически равна нулю.
Вторая передача
Fwx(80) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 2,122 = 0,004 кН
Fwx(180) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 4,772 = 0,02 кН
Fwx(260) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 6,892 = 0,05 кН
Fwx(340) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 9,022 = 0,08 кН
Fwx(420) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 11,142 = 0,12 кН
Fwx(500) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 13,262 = 0,17 кН
Третья передача
Fwx(80) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 3,562 = 0,01 кН
Fwx(180) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 8,012 = 0,06 кН
Fwx(260) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 11,562 = 0,13 кН
Fwx(340) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 15,122 = 0,23 кН
Fwx(420) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 18,682 = 0,35 кН
Fwx(500) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 22,242 = 0,49 кН
Четвертая
передача
Fwx(80) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 4,962 = 0,02 кН
Fwx(180) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 11,172 = 0,12 кН
Fwx(260) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 16,132 = 0,26 кН
Fwx(340) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 21,12 = 0,44 кН
Fwx(420) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 26,062 = 0,67 кН
Fwx(500) = 0,5 * 0,5 * 1,225 * 3,24 * 31,022 = 0,95 кН
Рассчитываем динамический фактор при движении на разных скоростях
D1 = (FT1 – Fwx1) / Ga
D1(80) = (3,29 – 0) / 32 = 0,1
D1(180) = (6,6 – 0) / 32 = 0,21
D1(260) = (7,77 – 0) / 32 = 0,24
D1(340) = (8,79 – 0) / 32 = 0,28
D1(420) = (8,65 – 0) / 32 = 0,27
D1(500) = (8,08 – 0) / 32 = 0,25
D2 = (FT2 – Fwx2) / Ga
D2(80) = (1,9 – 0,004) / 32 = 0,06
D2(180) = (3,81 – 0,02) / 32 = 0,12
D2(260) = (4,49 – 0,05) / 32 = 0,14
D2(340) = (5,08 – 0,08) / 32 = 0,16
D2(420)
= (5 – 0,12) / 32 = 0,15
D2(500) = (4,67 – 0,17) / 32 = 0,14
D3 = (FT3 – Fwx3) / Ga
D3(80) = (1,13 – 0,01) / 32 = 0,035
D3(180) = (2,27 – 0,06) / 32 = 0,07
D3(260) = (2,68 – 0,13) / 32 = 0,08
D3(340) = (3,03 – 0,23) / 32 = 0,09
D3(420) = (2,98 – 0,35) / 32 = 0,08
D3(500) = (2,78 – 0,49) / 32 = 0,07
D4 = (FT4 – Fwx4) / Ga
D4(80) = (0,81 – 0,02) / 32 = 0,02
D4(180) = (1,63 – 0,12) / 32 = 0,05
D4(260) = (1,92 – 0,26) / 32 = 0,05
D4(340) = (2,17 – 0,44) / 32 = 0,05
D4(420) = (2,14 – 0,67) / 32 = 0,04
D4(500) = (2 – 0,95) / 32 = 0,03
D5 = (FT5 – Fwx5) / Ga
D5(80) = (0,69 – 0,03) / 32 = 0,02
D5(180) = (1,38 – 0,17) / 32 = 0,04
D5(260) = (1,63 – 0,36) / 32 = 0,04
D5(340) = (1,84 – 0,62) / 32 = 0,04
D5(420) = (1,81 – 0,95) / 32 = 0,03
D5(500) = (1,69 – 1,29) / 32 = 0,01
Полученные
результаты заносим в таблицу 4.
Таблица 4.
Результаты расчета динамического фактора автомобиля ГАЗ – 3221
|
1-я передача |
Va1 , м/с |
1,23 |
2,76 |
3,98 |
5,21 |
6,43 |
7,66 |
|
FT1 , кН |
3,29 |
6,6 |
7,77 |
8,79 |
8,65 |
8,08 | |
|
D |
0,1 |
0,21 |
0,24 |
0,28 |
0,27 |
0,25 | |
|
2-я передача |
Va2 , м/с |
2,12 |
4,77 |
6,89 |
9,02 |
11,14 |
13,26 |
|
FT2 , кН |
1,9 |
3,81 |
4,49 |
5,08 |
5 |
4,67 | |
|
Fwx2 , кН |
0,004 |
0,02 |
0,05 |
0,08 |
0,12 |
0,17 | |
|
D |
0,06 |
0,12 |
0,14 |
0,16 |
0,15 |
0,14 | |
|
3-я передача |
Va3 , м/с |
3,56 |
8,01 |
11,56 |
15,12 |
18,68 |
22,24 |
|
FT3 , кН |
1,13 |
2,27 |
2,68 |
3,03 |
2,98 |
2,78 | |
|
Fwx3 , кН |
0,01 |
0,06 |
0,13 |
0,23 |
0,35 |
0,49 | |
|
D |
0,035 |
0,07 |
0,08 |
0,09 |
0,08 |
0,07 | |
|
4-я передача |
Va4 , м/с |
4,96 |
11,17 |
16,13 |
21,1 |
26,06 |
31,02 |
|
FT4 , кН |
0,81 |
1,63 |
1,92 |
2,17 |
2,14 |
2 | |
|
Fwx4 , кН |
0,02 |
0,12 |
0,26 |
0,44 |
0,67 |
0,95 | |
|
D |
0,02 |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
0,04 |
0,03 | |
|
5-я передача |
Va5 , м/с |
5,85 |
13,16 |
19 |
24,85 |
30,7 |
35,85 |
|
FT5 , кН |
0,69 |
1,38 |
1,63 |
1,84 |
1,81 |
1,69 | |
|
Fwx5 , кН |
0,03 |
0,17 |
0,36 |
0,62 |
0,95 |
1,29 | |
|
D |
0,02 |
0,04 |
0,04 |
0,04 |
0,03 |
0,01 |
По полученным данным строим график зависимости динамического фактора от скорости движения автомобиля. На этом же графике откладываем коэффициент сопротивления качению на горизонтальном участке дороги.
