2. Построение тяговой характеристики и графика мощностного баланса автомобиля

Цель работы: ознакомиться с урав­нением тягового баланса автомобиля, рассчитать окружные силы на ведущих колесах для каждой передачи (с1 по 5), построить тяговую характеристику и график мощностного баланса.

Теоретическая часть:

Уравнение F_к=F_+F_в+F_aj называется урав­нением тягового баланса автомобиля. В этом уравнении: - окружная сила на ведущих колесах; - сила сопротивления дороги; - сила сопротивления воздуха и - сила сопротивления разгону.

Графическое изображение уравне­ния тягового баланса в координатах сила — скорость на­зывается тяговой характеристикой автомобиля.

Тяговая характеристика автомобиля.

Окружная сила на ведущих колесах определяется соотношением

(1)

Крутящий момент на валу двигателя М_е находится по внешней характеристике двигателя. При этом имеется в виду, что

. (2)

В качестве радиуса качения используется статический радиус колеса

, (3)

здесь d – диаметр обода колеса, H – высота профиля шины.

Передаточное отношение трансмиссии

u_T=u_gu_i, (4)

здесь u_g-передаточное отношение главной передачи; u_i- передаточное отношение i-й передачи.

Максимальное значение окружной силы по условиям сцепления находится из соотношения

F_к= М/ r₀ = (+f)R_zвед, (5)

где R_zвед — нормальная реакция дороги, действующая на колеса ведущего мос­та автомобиля,  - коэффициент сцепления с дорогой.

Значения коэффициента сцепления в зависимости от типа покрытия приведены в таблице 4, а значения коэффициента сцепления в зависимости от состояния асфальтобетонного покрытия - в таблице 5 приложения.

Сила сопротивления дороги , (6)

Здесь G_a – вес автомобиля, (- угол подъема дороги).

Коэффициент сопротивления качению f для различных скоростей движения можно приближенно подсчитать по формуле: f=f₀+k_fv². (7)

рекомендуется принимать k_f=710^-6. При небольших скоростях движения .

Сила сопротивления воздуха определяется соотношением:

(8)

Здесь -коэффициент сопротивления воздуха; - максимальная площадь поперечного сечения автомобиля (м); - скорость движения автомобиля (м/сек).

Коэффициент сопротивления воздуха может быть подсчитан по формуле . (9)

Здесь - коэффициент лобового сопротивления; - плотность воздуха (=1.293кг/м³); -коэффициент учитывающий дополнительные сопротивления.

Пло­щадь лобового сопротивления А_в может быть определена по технической доку­ментации, а при ее отсутствии — при­ближенно по выражению

А_в=В_гН_г, (10)

где  — коэффициент заполнения пло­щади: для легковых автомобилей =0,78...0,8В_г и Н_г—наибольшие ширина и высота автомобилей соответственно.

Обычно на тяговой характеристике показывается суммарная сила сопротивления дороги и воздуха. Сила сопротивления разгону может быть найдена как разность окружной силы на соответствующей передаче и суммарной силе сопротивления.

Уравнение мощностного баланса иллюстрирует распределение мощ­ности двигателя по видам сопротивле­ний Р_k=Р_+Р_в+Р_aj.

Здесь Р_k - мощность, подводимая к ве­дущим колесам;

Р_ - мощность, затра­чиваемая на преодоление сопротивле­ния подъему и качению;

Р_в - мощность, затра­чиваемая на преодоление сопротивле­ния воздуха;

P_aj - мощность, затрачи­ваемая на разгон автомобиля.

Для получения уравнения мощностного баланса необходимо все члены уравнения тягового баланса умно­жить на скорость автомобиля.

Таким образом величину Р_k можно найти по соотношению

(11)

Величину Р+Рв, представляющую собой мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления движению, определим по

(12)

Уравнение мощностного баланса, представленное в гра­фическом виде, называется графиком мощностного баланса

График иллюстрирует зависимость мощности, подводимой к ведущим колесам, а также суммарной мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления дороги и воздуха, от скорости движения на различных передачах. Разность этих двух мощностей дает мощность, кото­рую можно реализовать для разгона автомобиля. В настоящей работе мы ограничимся построением графика мощностного баланса только для высшей передачи.

Практическая часть:

Исходные данные:

Полная масса: Ga=1720кг (G₁=1030кг, G₂=950кг)

Размеры сечения: B=1.720м, H=1.425м, =0.78

С_х=0.35

Шины: 185/65R15 (r_ст=0.290915м)

Передаточные числа:

главная передача: 4,056

коробки передач: I=3.615; II=2.053; III=1.393; IV=1.061; V=0.837

КПД трансмиссии: 0.96

Угол подъема дороги: 0˚

=0.7

f₀=0.02

1. Вычисляем предельное значение окружной силы на ведущих колесах:

F_к= (+f)R_zвед, =(0,7+0,02) * 1030 *9,8=7267,68 Н

Для каждой передачи по вычисляется .

u_T=u_gu_i

u_T1=u_gu₁ =4,056*3,615=14,66244

u_T2=u_gu₂ =4,056*2,053=8,326968

u_T3=u_gu₃=4,056*1.393=5,650008

u_T4=u_gu₄ =4,056*1,061=4,303416

u_T5=u_gu₅=4,056*0.837=3,394872

2. Начиная со скорости 5м/сек, с шагом 5 м/сек:

Вычисляем силу сопротивления дороги:

f=f₀+k_f v²

Вычисляем силу сопротивления воздуха: (коэффициент принимается равным 1)

,

=0,44 v²

3.Находим суммарную силу сопротивления и суммарную мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления движению:

Результаты вычислений заносим в таблицу:

v, м/сек	F, Н	FВ, Н	F+FВ, Н	P+PВ, Вт
5	344,02	10,81	354,84	1774,19
10	352,98	43,26	396,24	3962,35
15	367,9	97,33	465,23	6978,44
20	388,79	173,04	561,82	11236,42
25	415,64	270,37	686,01	17150,25
30	448,47	389,33	837,8	25133,9
35	487,26	529,92	1017,18	35601,34
40	532,02	692,14	1224,16	48966,53
45	582,75	875,99	1458,74	65643,43
50	639,45	1081,47	1720,92	86046
55	702,12	1308,58	2010,69	110588,22

4.Для каждой передачи ( начиная со скорости 5м/сек, с шагом 5 м/сек) :

Определяем обороты вала двигателя:

По внешней характеристики двигателя находятся значения крутящего момента Me и мощности, соответствующих вычисленным оборотам;

С помощью найденных ne и Me определяем окружные силы :

Находим Р_k(только для высшей передачи):

Результаты вычислений заносим в таблицы:

Передача №1
v, м/сек	ne1, об./мин	FK1, Н
5	2400	6930
10	4800	6245
15	7200	2821
20	-	-
25	-	-
30	-	-
35	-	-
40	-	-
45	-	-
50	-	-
55	-	-

Передача №2
v, м/сек	ne2, об./мин	FK2, Н
5	1363	3622,5
10	2726	3974,2
15	4089	3824,2
20	5452	3172,4
25	6815	2018,9
30	-	-
35	-	-
40	-	-
45	-	-
50	-	-
55	-	-

Передача №3
v, м/сек	ne3, об./мин	FK3, Н
5	924,8	2308,9
10	1849,7	2582
15	2774,5	2698,8
20	3699	2658,7
25	4624	2461,8
30	5549	2108
35	64738	1597,8
40	7398,7	930,7
45	-	-
50	-	-
55	-	-

Передача №4
v, м/сек	ne4, об./мин	FK4, Н
5	704,41	1691,4
10	1408,8	1882,45
15	2113,2	2004,27
20	2817,7	2056,82
25	3522	2040,12
30	4226,5	1954,16
35	4930,9	1798,95
40	5635,31	1574,48
45	6339,7	1280,747
50	7044	917,76
55	7748,5	485,5

Передача №5
v, м/сек	ne5, об./мин	FK5, Н	PK5, Вт
5	555,7	1295,5	6477
10	1111,39	1428,04	14280,5
15	1667	1526,6	22899
20	2222,8	1591,2	31823
25	2778,5	1621,7	40542,8
30	3334,2	1618,3	48547,95
35	3889,9	1580,8	55328,6
40	4445,58	1509,4	60374,7
45	5001,3	1403,9	63176,3
50	5557	1264,5	63223,3
55	6112,7	1091	60005,7

Строим тяговую характеристику с учетом ограничений окружной силы(рис2) и график мощностного баланса для высшей передачи (рис3).