Мощностной баланс АТС

Уравнение движения АТС (уравнение тягового баланса)

Коэффициент полезного действия трансмиссии

При передаче мощности от двигателя к ведущим колесам часть её теря­ется (превра­щается в тепловую энергию) в трансмиссии в результате механического трения и перемешивания масла. Для характеристики этих потерь используют коэффициент полезного действия (КПД) трансмиссии:

η_тр = N_кол / (N_кол + N_тр),

где N_кол – мощность на колесах АТС; N_тр – мощность потерь.

КПД трансмиссии в основном зависит от числа, конструкции и техни­ческого состоя­ния агрегатов трансмиссии; характеристик применяе­мых масел и смазок; переда­ваемой через трансмиссию мощности; скорости движения автомобиля.

Динамическое равновесие продольных сил, действующих на оди­ночный автомо­биль:

R_x2 = R_x1 + P_w + P_α + P_jx.

После преобразований получим:

P_т - P_w - P_α - P_f = P_j,

где P_j – сила сопротивления разгону (приведенная сила инерции).

P_j = M_a d_j dV_a / dt,

где d_j – коэффициент учета вращающихся масс:

d_j = 1 + d₁ i_k² + d₂,

Коэффициент d₁ учитывает инерцию вращающихся масс двигателя и сцепле­ния, d₂ учитывает инерцию колес.

Для одиночных автомобилей – d₁ = d₂ = 0,04.

Коэффициент учета вращающихся масс показывает, во сколько раз сила, необхо­димая для разгона с заданным ускорением как поступательно движущейся массы АТС, так и его вращающихся масс, больше силы, необ­ходимой для разгона только поступа­тельно движущейся массы.

Таким образом, уравнение движения АТС (уравнение тягового ба­ланса) можно записать как:

P_т = P_w + P_y + P_j. _.

В развернутом виде:

M_e i_k i_o h_тр / r_д = W V_a² + G_a ψ + M_a d_j dV_a / dt,

то есть сила тяги на ведущих колесах АТС в любой момент времени равна сумме сил сопротивления движению.

Умножив обе части уравнения тягового баланса на V_a / 1000, после преобразова­ний получим:

N_e h_тр r_k / r_д = N_w + N_ψ + N_j ,

где N_e h r_k / r_д – тяговая мощность, кВт; N_w – мощность, затрачиваемая на преодоле­ние сопротивления воздуха, кВт; N_ψ – мощность, затрачиваемая на преодоление об­щего до­рожного сопротивления, кВт; N_j – мощность, затра­чиваемая на преодоление сопротивле­ния разгону (запас мощности), кВт.

Если принять r_k» r_д, то уравнение мощностного ба­ланса запишется в виде:

N_e =(N_w + N_ψ + N_j) / h_тр.

Запас мощности N_j, так же как и запас силы тяги P_j, может исполь­зоваться для разгона АТС с заданным ускорением в данных дорожных ус­ловиях; либо для преодо­ле­ния увеличенной силы сопротивления при дви­жении с той же скоростью (например, в результате увеличения угла подъ­ема дороги или увеличения массы перевозимого груза).

4.2.7. Графический метод решения уравнений тягового и мощно­стного ба­лансов

С помощью уравнений тягового и мощностного балансов можно находить практически все основные параметры тягово-скоростных свойств (максимальную скорость, ускорения, величины максимальных дорожных сопротивлений, преодолеваемых АТС и так далее). Имеются как аналитические, так и графические методы решения этих уравнений. Основная трудность применения аналитических методов заключается в отсутствии точных аналитических выражений для внешних скоростных характеристик двигателя. При использовании приближенных уравнений расчеты, как правило, получаются сложными.

Достоинствами графических методов являются простота и высокая наглядность расчетов, хотя эти методы иногда просто неприменимы, если рассматривать движение АТС на достаточно длинном участке дороги. Тем не менее, эти методы позволяют понять сущность и закономерности процесса движения АТС и определить пути совершенствования тягово-скоростных свойств.

Графическая зависимость силы тяги на ведущих колесах АТС от скорости движе­ния на­зывается тяговой характери­стикой. Если на этом же гра­фике нанести кривые сил со­противления движению, полу­чим тяго­вую диаграмму.

Автомобиль имеет меха­ническую четырехступенча­тую коробку пе­редач, и сила тяги на колесах у него изменяется при изменении передаточ­ного числа коробки передач.

Если автомо­биль движется в дорожных условиях, ха­рактеризуемых коэффициен­том общего дорожного сопротивления y₁, то по мере увеличе­ния скорости суммарная сила со­противления – (Р_y1 + Р_w) – растет.

При движении на четвертой передаче со скоростью V_{a max2} отрезок ab на гра­фике представляет собой третью составляющую тягового баланса – силу инерции или запас силы тяги Р_j4. Эта сила используется для раз­гона, и когда она становится равной нулю, АТС движется равномерно с максимальной скоростью V_{a max1}. Чтобы двигаться равномерно в этих ус­ловиях со скоростью V_{a max2}, необходимо уменьшить подачу топ­лива в дви­гатель так, чтобы снизившаяся кривая Р_т4 пересекла кривую (Р_y1 + Р_w) в точке а. При этом запас силы тяги Р_j4 = 0.

При ухудшении дорожных условий (y₂ >y₁) суммарная кривая (Р_y1 + Р_w) на гра­фике проходит выше кривой силы тяги на четвертой передаче, поэтому движение воз­можно только на третьей, при этом снижается и мак­симальная скорость движения (V_{a max2} < V_{a max1}).

Графическая зависимость мощности на колесах АТС от скорости движения назы­вается мощностной ха­рактеристикой. Если на этом же гра­фике нанести кривые мощ­ностей со­противления движению, получим мощ­ностную диаграмму.

При движении на четвертой передаче со скоростью V_{a max2} отрезок bc на графике количественно определяет за­пас мощности N_j4.

При наличии запаса АТС разгоня­ется, и когда он становится равным нулю, дви­жение осуществляется с мак­симальной для данных дорожных условий (y₁) скоростью. В дорожных условиях, ха­рактеризуемых коэффи­циентом y₂, скорость V_{a max2}.

Следует заметить, что с этой скоростью при дорожном сопротивле­нии y₁ можно двигаться и на четвертой, и на третьей передаче.

При этом изменится степень исполь­зования мощности двигателя – отношение мощ­ности, необходимой для равномерного движения в заданных дорожных ус­ловиях, к мощности двигателя по внешней скоро­стной характеристике на данном скоростном ре­жиме:

И = (N_y + N_w) / N_e^oh_тр,

где N_e^o – мощность двигателя по внешней скоростной характеристике при частоте n_e^o, соответствующей заданной скорости, кВт.

На графике мощностного баланса степень использования мощности двигателя при скорости V_{a max2} на четвертой передаче представляет отно­шение отрезка cd к от­резку bd, а на третьей передаче отношение cd к ad. Таким образом, использование третьей пе­редачи в этих условиях уменьшает сте­пень использования мощности двигателя.

Дата добавления: 2014-01-03