5.1. Розрахунок та аналіз тягово-динамічних якостей автомобіля

Для запису результатів розрахунків слід підготувати таблицю (табл. 5.1). Колонки 2 і 3 таблиці попередньо заповнюємо даними швидкісної характеристики двигуна.

5.1.1.Розрахунок тягової характеристики автомобіля

Тяговою, або дотичною силою тяги, називають відношення моменту, підведеного до ведучих коліс, до динамічного радіусу кочення ведучих коліс.

Тяговою характеристикою автомобіля називають зображену у вигляді графіка залежність тягової сили від швидкості руху автомобіля. Тягова характеристика може будуватися на основі результатів випробувань автомобіля, або на основі розрахунків.

Тягову силу Р_к в Н обчислюємо для кожної передачі і для кожного режиму роботи двигуна за формулою

Р_к = (М_ді· і_трz· η_трz)/r_к, (5.1)

де М_ді - крутний момент двигуна по швидкісній характеристиці, Н·м;

і_трz та η_трz - передаточне число та ККД трансмісії на даній передачі:

r_к - динамічний радіус ведучих коліс, м.

Результати обчислень записуємо до колонки 4 таблиці розрахунків.

Швидкість руху автомобіля в м/с визначається за наступною залежністю

, (5.2)

де n_д - поточне значення кількості обертів валу двигуна, хв^-1.

Результатами розрахунку заповнюємо колонку 6 розрахункової таблиці. За результатами розрахунків можуть будуватися графіки залежності дотичної сили Р_к від швидкості руху автомобіля V – тягова характеристика автомобіля (рис. 5.1). У лабораторній роботі цю характеристику не будуємо.

5.1.2. Силовий баланс та баланс потужності автомобіля

Для аналізу тягової динаміки автомобіля тягової характеристики виявляється замало. Тягову динаміку можна аналізувати методами силового балансу, балансу потужності та методом динамічної характеристики.

По методу силового балансу на тягову характеристику наносять графіки сил, що діють у напрямку руху і в сукупності складають рівняння силового балансу автомобіля, в залежності від швидкості його руху

Р_к = Р_ψ + P_w + P_j = f(V). (5.3)

Сила опору рухові автомобіля Р_ψ в Н, що створюється сумарним опором дороги і складається з сили опору коченню P_f та сили на подолання підйому Р_і, становить

Р_ψ = P_f + Р_і = G_a·(f·cosα +sinα) = G_a·ψ, (5.4)

де G_a = m·g - повна вага завантаженого автомобіля, Н;

m - маса автомобіля з вантажем, кг;

g = 9,81 - прискорення вільного падіння, м/с².

Таблиця 5.1

Результати розрахунку тягових показників автомобіля (приклад)

№ п.п.	nд, хв-1	Мд, кН·м	Рк, кН	Nк, кВт	V, м/с	Nψ, кВт	Рw, кН	Nw, кВт	Nj, кВт	Dо -	D -
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1 передача, передаточне число і = 40,5, ККД = 0,881.
1	1320	364	24,2	44,3	1,8	5,0	0,0	0,0	39,3	0,48	0,24
2	1760	344	22,2	55,9	2,4	6,7	0,0	0,0	49,2	0,46	0,23
3	2200	300	19,9	60,7	3,0	8,3	0,0	0,1	52,3	0,39	0,20
4	2420	265	17,6	59,0	3,4	9,2	0,0	0,1	49,7	0,35	0,17
5	2640	230	15,3	55,9	3,7	10,0	0,0	0,1	45,7	0,30	0,15

Значення коефіцієнта опору коченню f та приведеного коефіцієнта опору шляху ψ під час руху автомобіля змінюються в широких межах, бо залежать від багатьох випадкових факторів. При розрахунках приймають їх значення постійним, рівним середньому, визначеному завданням. Через це складова Р_ψ на графіку силового балансу буде зображуватися у вигляді прямої, паралельної осі абсцисс, і до розрахункової таблиці її можна не вписувати.

Сила опору повітря P_w в Н визначається в залежності від швидкості руху за формулою

P_w = k·F·V², (5.5)

де k·F - фактор опору повітря, (Н·с²)/м². Числове значення фактору приймається із додатка 15;

V - швидкість руху автомобіля, м/с.

Рис. 5.1. Силовий баланс автомобіля (приклад побудови)

Сила P_j, яка входить до балансу сил, є вільною силою, що створює прискорення автомобіля. Для рівномірного руху автомобіля водій повинен зменшити потужність двигуна, зменшуючи подачу палива чи паливно-повітряної суміші, та приводячи тим самим у відповідність дотичну силу силам опору рухові. У разі від'ємного значення сили P_j автомобіль може рухатися лише сповільнено, бо визначення P_j проведено для зовнішньої швидкісної характеристики двигуна де збільшення потужності неможливо. Для запису до розрахункової таблиці значення сили P_j знаходять з рівняння балансу сил

Р_j = Р_к – (Р_ψ + Р_w). (5.6)

Після нанесення на тягову характеристику графіків сил

P_ψ = f(V) та (Р_ψ + P_w) = f(V),

одержують характеристику силового балансу (рис. 5.1). Цю характеристику у лабораторній роботі не будуємо.

У деяких випадках зручнішим за метод силового балансу виявляється метод аналізу балансу потужності автомобіля. Згідно з цією методикою обчислюють залежності складових балансу потужності в функції швидкості руху автомобіля

N_e = N_тр + N_f + N_і + N_w + N_j = f(V). (5.7)

Втрати потужності в трансмісії автомобіля залежать від швидкості руху, величини навантаження, температури і якості масла для мащення агрегатів трансмісії, технічного стану деталей. Широкий діапазон зміни цих параметрів не дозволяє точно врахувати всі складові витрат окремо і тому на стадії проектування обмежуються спрощеним уявленням про витрати в трансмісії, вважаючи ККД для кожної передачі η_z постійною величиною (розраховані раніше). При такому уявленні про ККД трансмісії втрати потужності при передачі її від двигуна до рушія в кВт також будуть постійними

N_тp = N_е·(1 – η_z), (5.8)

де N_e - потужність двигуна (кВт) по швидкісній характеристиці.

Потужність на окружності ведучого колеса в кВт становить

N_к = N_e – N_тp = N_e· η_z. (5.9)

Потужність підводиться до рушія і створює дотичну силу тяги. Значення N_к, обчислене для кожного режиму, має складати колонку 5 розрахункової табл.5.1.

Складові N_f + N_і = N_ψ виражають втрати потужності на подолання опору шляху Р_ψ і визначаються в кВт за залежністю

(5.10)

де P_ψ та V − сила та швидкість, відповідно, Н та м/с.

Розраховані для кожного режиму значення N_ψ заносимо до колонки 7 розрахункової табл.5.1.

Величина витрат потужності на подолання опору повітря N_w в кВт визначається за формулою

. (5.11)

Розраховані значення N_w вписуємо до колонки 9 розрахункової таблиці.

Запас потужності двигуна, який може бути використаний на створення прискорення автомобіля N_j в кВт, становить

(5.12)

або

N_j = N_e – (N_тp + N_f + N_і + N_w). (5.13)

Знайденими значеннями заповнюємо колонку 10 розрахункової табл.5.1.

За одержаними значеннями складових будуємо графік балансу потужності автомобіля (рис. 5.2), який у лабораторній роботі не приводимо.

Практичне використання силового балансу та балансу потужності має деякі незручності: для аналізу руху автомобіля в різних умовах доводиться наносити ряд кривих, що затрудняє подальшу роботу з графіками. Крім того, ці методи не дозволяють порівнювати динамічні якості машин з різною вагою, або однієї машини при різному ступені завантаження.

Від цих недоліків вільний метод аналізу руху автомобіля за допомогою динамічної характеристики.

Рис. 5.2. Баланс потужності автомобіля (приклад)