Влияние эксплуатационных факторов на тягово-скоростные свойства.

Скорости автомобиля стандартизированы. Нижний предел Максимальной скорости составляет 75 км/ч для полностью нагруженных автомобилей и автопоездов на горизонтальной дороге с твердым покрытием и 30 км час на подъеме крутизной 3%. Максимальная скорость большинства современных грузовых автомобилей 80-100 км/ч, а легковых автомобилей 100-200 км/ч.

Условия, при которых автомобиль должен развивать максимальную скорость, следующие: горизонтальная дорога с твердым покрытием (асфальт, бетон с Fk=0,015-0,05), максимальный преодолеваемый подъем на первой передаче по хорошей дороге в общем случае Imax=0,3-0,5.

Ne Mk

Mk

Также важнейший параметр двигателя – мощность. При повышении мощности улучшаются его динамические свойства, автоматически увеличивается его средняя скорость. Но при этом повышается масса и размеры двигателя, его стоимость, снижается экономичность.

Ne – расчетное значение

Va - скорость автомобиля

nn - значение частоты вращения вала двигателя

nv - частота вращения вала двигателя при максимальной скорости

Mk – момент двигателя.

Скоростная характеристика двигателя, совмещенная с характеристикой скорости движения автомобиля.

Сила сопротивления воздуха Pw состоит из нескольких составляющих, основной из которых является сила лобового сопротивления. Последняя возникает вследствие того, что при движении автомобиля впереди него создается избыточное давление (подпор) воздуха, а сзади пониженное (в сравнении с атмосферным давлением).

Чем больше разница впереди и сзади автомобиля, тем больше лобовое сопротивление. А разница давлений, в свою очередь, зависит от формы автомобиля и скорости его движения. Произведение k*F характеризуемое обтекаемость, называют фактором обтекаемости; k определяют экспериментально в аэродинамической трубе.

В процессе эксперимента силу Pw и скорость движения воздуха в трубе Va. Из технической документации узнают площадь сечения F, а коэффициент k вычисляют по формуле

Pw = kFva2

Значение коэффициента сопротивления воздуха k (H*c2/m4) для автомобилей разных типов:

Автомобили гоночные - 0,13 – 0,15

легковые - 0,15 – 0,35

грузовые - 0,5 - 0,7

автобусы - 0,25 – 0,4

автопоезда- 0,55 - 0,95.

При скорости до 40 км/ч сила Pw меньше сопротивление силы качения на асфальтированной дороге, вследствие чего ее не учитывают.

Свыше 100 км/ч сила сопротивления воздуха представляет собой основную составляющую тягового баланса. Чтобы снизить ее на грузовиках устанавливают обтекатели и другие приспособления.

Сила сопротивления качению Pf при движении автомобиля по твердым дорогам обусловлена главным образом гистерезисными потерями, доля которых достигает 90 – 95% общих потерь энергии на качении. К числу других факторов, формирующих силу сопротивления качению, относится проскальзывание шины относительно дороги и сопротивление воздуха.

Колеса автомобиля работают в разных условиях по нагрузке, передаваемому моменту, геометрии и физическому состоянию дороги. Поэтому общую силу сопротивлению качению принято определять по формуле:

Pf=fkGacosa

fk – коэффициент сопротивления качению

Ga – полный вес автомобиля

a – угол уклона дороги.

На дорогах с твердым покрытием наиболее существенным является характер неисправностей, определяющих деформацию шины и подвески, а, следовательно, и потери энергии.

Значение коэффициента сопротивления качению при различных условиях движения машины.

Сопротивление качению зависит от скорости движения автомобиля: до 50 км/ч оно приблизительно постоянное, а свыше 100 км/ч оно интенсивно растет. Это объясняется резким усилением колебания шины и увеличением затрат энергии на ударах.

При очень больших скоростях впереди колеса деформируется воздушное уплотнение. В теории автомобиля принято несколько эмпирических зависимостей для определения коэффициента сопротивления качению. Одна из них имеет следующий вид.

fa=f0 [1+(0,06va)2]

f0 – коэффициент сопротивления качению при скорости движения менее 50 км/ч.

Сила Pi является составляющей силы тяжести машины. Она приложена в центре масс автомобиля и направлена параллельно поверхности дороги.

Pi=Gasina

Сила инерции Pj обусловлена неравномерностью поступательного движения автомобиля (Pjп) и вращающихся деталей как двигателя, так и автомобиля. (Pjbp).

Pj=Pjп+ Pjbp

Pjп=maja

ma – масса автомобиля;

ja – ускорение или замедление в поступательном движении автомобиля.

В пределах изменения скорости движения автомобиля коэффициент сопротивления качению принимают постоянным. Следовательно Pf=const. Постоянной считают и силу Pi. В таком случае:

PY=Pf=Pi=const

Касательная сила на колесах автомобиля Pk в зависимости от скорости движения автомобиля изменяется приблизительно к тому же закону, что и Mk=f(ng), т.е. по внешней характеристике двигателя.

Сила сопротивления воздуха Pw зависит от скорости автомобиля в квадрате. Ее рост начинается со скорости va=0, однако до скорости 40-50 км-ч значение Pw мало.

P

Pk

Pk

С учетом изложенного графическая зависимость суммарной силы сопротивления Pc от скорости будет иметь вид.

Pc`