Теория эксплуатационных свойст автомобилей

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Мая 2013 в 19:20, реферат

Описание работы

Развитие в России автомобильной промышленности обусловило широкое применение автомобилей во всех отраслях народного хозяйства, строительства и обороны страны.
В современных условиях приобретает большое значение теоретическое изучение, связанное с практическими задачами дальнейшего развития, совершенствования и эффективной эксплуатации отечественной автомобильной техники.
К числу первых исследований законов движения автомобиля следует отнести работу знаменитого российского ученого Н.Е.Жуковского, впервые предложившего в 1917 г. обоснованное научное изложение движения автомобиля на повороте. Его исследования движения трехколесной тележки позволили установить основные явления, возникающие при качении жестко связанных между собой колес, имеющих различные диаметры. Эти исследования послужили началом дальнейших работ в области энергетических циркуляционных явлений многоприводных автомобилей.

Файлы: 1 файл

Теория эксплуатационных свойств автомобилей.doc

— 1.70 Мб (Скачать файл)

 Примечание: cx, Н·с2/м·кг;  кw, Н·с24– аэродинамические коэффициенты ;              

                        F, м2– лобовая площадь автомобиля.

 

Для автомобилей, имеющих высокие  скорости движения, сила Рw имеет существенное значение. Сопротивление воздушной среды определяется относительной скоростью автомобиля и воздуха, поэтому при её определении следует учитывать влияние ветра.

Точка приложения результирующей силы сопротивления воздуха Рw (центр парусности) лежит в поперечной (лобовой) плоскости симметрии автомобиля. Высота расположения этого центра над опорной поверхностью дороги hw оказывает значительное влияние на устойчивость автомобиля при движении его с высокими скоростями.

      Увеличение Рw может привести к тому, что продольный опрокидывающий момент Рw·hw настолько разгрузит передние колеса машины, что последняя потеряет управляемость вследствие плохого контакта управляемых колес с дорогой. Боковой ветер может вызвать занос автомобиля, который будет тем более вероятен, чем выше расположен центр парусности.

Попадающий в пространство между  нижней части автомобиля и дорогой  воздух создает дополнительное сопротивление  движению за счет эффекта интенсивного образования вихрей. Для снижения этого сопротивления желательно передней части автомобиля придавать конфигурацию, которая препятствовала бы попадание встречного воздуха под его нижнюю часть, которая по возможности должна быть плоской.

По сравнению с одиночным  автомобилем коэффициент сопротивления воздуха автопоезда с обычным прицепом выше на 20…30%, а с седельным прицепом – примерно на 10%. Антенна, зеркало внешнего вида, багажник над крышей, дополнительные фары и другие выступающие детали или открытые окна увеличивают сопротивление воздуха.

При скорости движения автомобиля до 40 км/ч сила Рw меньше силы сопротивления качению Рf  на асфальтированной дороге. Свыше 100 км/ч сила сопротивления воздуха представляет собой основную составляющую тягового баланса автомобиля.  

Грузовые автомобили имеют плохо  обтекаемые формы с резкими углами и большим числом выступающих частей. Чтобы снизить Рw, на грузовиках устанавливают обтекатели и другие приспособления.

Сопротивление ускорению ( Рj ). При разгоне (замедлении)  автомобиль преодолевают силы инерции поступательно движущихся масс, а также моменты инерции ускоренно вращающихся масс.

Сила инерции Рjп поступательно движущейся массы автомобиля приложена в центре его массы и определяется по формуле:

Рjп = m(dv/dt) = (G/g)(dv/dt),

где   dv/dt - ускорение автомобиля.

Это уравнение справедливо, когда  все части машины движутся только поступательно.

В действительности значительные сопротивления  приходится также преодолевать на разгон вращающихся деталей двигателя и трансмиссии, а также колес. В связи с этим при определении полной силы сопротивления разгону Рj вводится коэффициент β (иногда его обозначают δвр), учитывающий влияние моментов инерции вращающихся частей:

                  Рj = β·Рjп = β·m·(dv/dt) =· β·(G/g)(dv/dt).

Очевидно, что коэффициент β всегда больше единицы.

Этот коэффициент β , учитывающий инерционность вращающихся масс двигателя, трансмиссии и колес автомобиля, зависит от многих факторов и прежде всего от квадрата передаточного числа коробки передач iкп :

                        β = (1,03…1,05) + (0,04…0,06)·iкп2.

Для практических расчетов можно пользоваться зависимостью:

                               β = 1,04 + 0,05·iкп2 .

Сила тягового (крюкового) сопротивления Ркр прицепных повозок определяется величиной сопротивления  прицепных машин. Сила сопротивления прицепов при выполнении машиной транспортных работ определяется формулой:

      Ркр = mп·g·fп  + mп·g ·sin α = mп·g(fп  + ·sin α) = Gп(fп + ·sin α),

где  mп и Gп – масса и вес прицепа;

         fп - коэффициент сопротивления качению прицепа.

 

Уравнение тягового баланса автомобиля

Уравнение тягового баланса показывает, как распределяется касательная  сила тяги Рк , возникающая в результате взаимодействия ведущих колес автомобиля с опорной поверхностью, на различные сопротивления движению:

-    сила сопротивления  качению Рf ;

  • сила сопротивления подъему Рh , которая является составляющей силы тяжести G автомобиля, параллельной его оси (G·sinα);
  • приведенная сила инерции Рj , возникающая при изменении скорости движения; при ускоренном движении берется со знаком плюс, при замедлении – со знаком минус;
  • сила сопротивления воздуха Рw .

В общем случае тяговый баланс автомобиля отображают следующей зависимостью:

                          Рк = Рf + Рw ± Рh ± Рj ,

Касательную силу тяги при установившемся движении подсчитывают как частное от деления ведущего момента на динамический радиус rд ≈ rк (радиус качения) ведущего колеса:

                                        Рк = Мк·iтр·ηт / rк ,

 где Мк – крутящий момент двигателя;

        iтр - передаточное число трансмиссии;

         ηт - КПД, учитывающий потери энергии в трансмиссии.

Если написать уравнение  силового баланса в виде:

                                    Рк - Рf - Рw = Рh + Рj ,

то выражение в правой части  уравнения показывает избыток силы тяги, который остается после учета затрат на преодоление сопротивления качению и воздуха, и может быть израсходован на преодоление подъема или разгона. Его называют запасом тяги и обозначают Ри. Следовательно, уравнение тягового баланса можно записать в виде:

                                         Ри = Рк - Рf - Рw .

При установившемся движении по горизонтальной дороге с максимальной скоростью  тяговая сила расходуется полностью  на преодоление сопротивления воздуха  и качения:

                                             Рк = Рf + Рw.

Если автомобиль используется в  качестве тягача, то в уравнение тягового баланса необходимо учитывать усилие на крюке Ркр.

Уравнение тягового баланса применяется  в теории автомобиля для определения  скорости движения при тех или  иных эксплуатационных условиях.

Тяговые возможности автомобиля удобно оценивать с помощью графической интерпретации тягового баланса. Наибольший интерес представляют максимальные значения тяговой силы, реализуемые на различных передачах и при различных скоростях движения. Очевидно, что они могут быть получены при работе двигателя с максимально возможной подачей топлива. График, показывающий изменение касательной силы тяги в функции скорости движения автомобиля, носит название графика тягового баланса автомобиля или тяговой характеристики (рис.1).

     Точки пересечения  кривой Рк с линией суммарного сопротивления (Рfw) соответствуют равенству этих сил, то есть возможности движения автомобиля с максимальной скоростью, равной величине vмах. Для снижения скорости водитель должен уменьшить подачу топлива, снизить Ме  двигателя. Если дорожные условия изменились (например, сила сопротивления качению возросла с Рf1 до Рf2 ), то при полной подаче топлива скорость автомобиля снижается и соответствует точке пересечения кривых Рк и Рf2. Точка перегиба кривой Рк на рис.1 соответствует скорости, при которой автомобиль преодолевает максимальное сопротивление, развивая тяговое усилие Рк мах. При включении низшей передачи касательная сила тяги Рк увеличивается, и автомобиль может преодолевать большие сопротивления.

 

                     Рис.1. Тяговая характеристика автомобиля.

 

                   Мощностной баланс автомобиля

Распределение мощности двигателя  по отдельным видам сопротивлений носит название мощностного баланса и может быть представлено в виде следующего уравнения:

                         Nе  = Nт + Nf + Nw ± Nh ± Nj , или

                        Nе·ηт = v·(Рf + Рw ± Рh ± Рj),

где  ηт,  v – КПД трансмиссии и скорость движения автомобиля.

Мощность, потерянная в трансмиссии машины, может быть определена как:

                                   Nт = Nе (1 - ηт).

Потери мощности на самопередвижение машины (мощности сопротивления качению) определяется по формуле:

                                       Nf  = Рf·v  = f·G·v ,

где  Рf - сила сопротивления качению;

        G - сила тяжести (вес) машины;

         f - коэффициент сопротивления качению.

Мощность сопротивления подъему  может быть определена по формуле:

                       Nh = Рh·v = G·v·sin α ,

где   Рh - сила сопротивления подъема;

          α - угол подъема.

При движении под уклон величина Nh берется со знаком минус.

Мощность сопротивления разгону  определяется так:

                              Nj = Рj ·v = G·v·β·(dv/dt)·(1/g) ,

где Рj – сила сопротивления разгону;

     β - коэффициент учета влияния на разгон вращающихся масс;

     g - ускорение свободного падения;

     dv/dt - ускорение автомобиля.

В случае замедленного движения Nj берется со знаком минус.

При движении автомобиля возникают различные сопротивления, величина которых зависит от эксплуатационных и конструктивных факторов (см. предыдущий параграф). На преодоление сопротивлений расходуется определенная мощность двигателя, что непосредственно влияет на производительность автомобиля.

Пример расчета и  построения диаграммы мощностного  баланса автомобиля.

  Выше отмечалось, что мощностной баланс автомобиля представляет собой зависимость мощности Nк на колесах автомобиля для всех передаточных отношений iкп в коробке переключения передач, мощности сопротивлений качению и воздуха от скорости движения машины v.

                              

      Рк = Рf + Рw.              Рf = G ·f.              Рw = кw ·F·v2

             В таблице 3 в качестве примера представлены данные расчета параметров мощностного баланса легкового автомобиля типа ВАЗ- 2109 (с 5-искоростной КП: iкп= 3,636; 1,950; 1,357; 0,941; 0,748) для двух вариантов дорожных условий (сухое асфальтовое покрытие f01 =0,015 и твердая грунтовая дорога f02 = 0,03).

Величины коэффициента сопротивления  качению для различных скоростей движения автомобиля подсчитаны по зависимости и приведены в таблице 2.

                                                               Таблица 2.

км/ч

20

50

80

100

130

160

190

   f1

  -

0,015

0,017

0,020

0,023

0,028

0,034

0,042

   f2

  -

0,030

0,034

0,040

0,046

0,056

0,068

0,084


Величины максимальных значений скоростей  должны совпадать с результатами, полученными из графика мощностного баланса автомобиля.

 

                

     Рис.2. Диаграмма мощностного баланса  автомобиля.

                                                                        

                                                                                 Таблица 3.

 

 

 для различных передач

     1

     2

    3

     4

     5

1

1100

1,370

1,370

1,370

1,370

1,370

2

2000

16,188

16,188

16,188

16,188

16,188

3

3000

29,282

29,282

29,282

29,282

29,282

4

3400

33,510

33,510

33,510

33,510

33,510

5

4000

38,731

38,731

38,731

38,731

38,731

6

5000

44,684

44,684

44,684

44,684

44,684

7

5600

46,499

46,499

46,499

46,499

46,499

        iкп

3,636

1,950

1,357

0,941

0,748


 

 

Самостоятельные работы студентов

 

Тема: Тяговый баланс автомобиля.

Информация о работе Теория эксплуатационных свойст автомобилей