Использование динамической характеристики для решения практических задач

ТЕМА: ТЯГОВО-СКОРОСТНЫЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ.

ЛЕКЦИЯ7

Приемистость автомобиля.

Использование динамической характеристики для решения практических задач

Приемистость автомобиля. Путь и время разгона. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на тягово-скоростные свойства машины

По динамической характеристике можно определять параметры, характеризующие тягово-скоростные свойства автомобиля, а также его возможности по преодолению различных дорожных сопротивлений.

1. Определение скоростей движения в заданных дорожных условиях

Максимальная скорость движения обычно определяется на дорогах с минимальным сопротивлением. Дорожные условия при этом характеризуются нулевым подъемом (^О) и коэффициентом сопротивления качению равным . Тогда, при равномерном движении:

На динамическую характеристику наносят график зависимости.

Поскольку коэффициент сопротивления дороги не зависит от скорости, то график представляет собой прямую линию, параллельную оси абсцисс.

Проекция точки пересечения данной прямой с гра-

графиком зависимости на высшей передаче (точка "а") на ось абсцисс, определяет максимальную скорость автомобиля.

Если линия графика располагается между линиями графиков динамического фактора двух соседних передач и не пересекается с ними, то это означает, что движение возможно на низшей из указанных передач со скоростями в диапазоне при неполной подаче топлива.

Рис. 1. Определение скорости движения автомобиля

Если линия графика пересекает кривую графика в двух точках, то это свидетельствует о возможности движения автомобиля со скоростями, изменяющимися в диапазоне .

2. Определение возможности движения автомобиля по сцеплению

Необходимым и достаточным условием для движения автомобиля является выполнение условий двойного неравенства:

(1)

где - вес автомобиля при заданной полной нагрузке;

- сила тяги по сцеплению;

- коэффициент сопротивления движению;

(2)

где - вес, приходящийся на ведущие колеса при заданной

- полезной нагрузке (сцепной вес);

- коэффициент сцепления шин с дорогой.

Разделим указанное выше неравенство на , получим:

(3)

где - динамический фактор автомобиля при заданной полезной нагрузке.

Обозначим , (4)

где - динамический фактор по сцеплению при задан-ной полезной нагрузке.

Для полноприводных автомобилей (если включены все мосты):

(5)

При малых значениях угла для полноприводных автомобилей

Окончательно имеем двойное неравенство:

(6)

Возможность движения автомобиля по сцеплению определяется по динамической характеристике.

На график динамической характеристики в соответствующем масштабе (с учетом веса полезной нагрузки) наносят графики

При этом возможны следующие случаи:

1. - движение по условиям сцепления невозможно.

2. - движение возможно.

Рис. 2. Определение возможности движения автомобиля по сцеплению

3. - движение возможно, но в интервале скоростей вероятно пробуксовка колес при разгоне.

4. - движение невозможно.

В первом случае, несмотря на то, что значение динамического фактора на передаче больше величины коэффициента сопротивления дороги, движение автомобиля по условиям сцепления невозможно.

Во втором случае движение автомобиля возможно на данной передаче во всем диапазоне скоростей, соответствующих этой передаче.

В третьем случае движение автомобиля по условиям сцепления возможно, однако в интервале скоростей в случае попытки разгона вероятно пробуксовка колес. Превышение динамического фактора над сцепными возможностями автомобиля в интервале невозможно использовать для преодоления увеличенных сопротивлений движению.

В четвертом случае движение невозможно, т.к. .

3. Определение наибольших углов подъема, которые способен преодолевать автомобиль

Величина угла подъема, который способен преодолеть автомобиль на дороге с известным типом покрытия, ограничена сцеплением ведущих колес с опорной поверхностью и тяговыми свойствами автомобиля.

Величина угла подъема, ограниченного сцепными возможностями колес автомобиля при его равномерном движении, определяется из равенства:

(7)

Откуда

(8)

Из этого выражения легко определяется угол подъема ,ограниченный возможностями автомобиля по реализации сцепления шин с дорогой.

Величины углов подъемов, преодолеваемых автомобилем на передачах, зависят также и от его тяговых свойств.

Величину угла подъема, преодолеваемого автомобилем по тяговым возможностям можно определить по следующей зависимости

Отсюда, угол подъема определяется по формуле:

(9)

Если в данную формулу подставить максимальное значение динамического фактора на каждой передаче в КП, то можно найти наибольшие углы подъемов, преодолеваемых автомобилем на каждой передаче:

(10)

Найденные по данной формуле максимальные углы подъемов необходимо сравнить с наибольшим углом подъема, преодолеваемым автомобилем по условиям сцепления колес с опорной поверхностью.

Найденные углы должны быть меньше или равны максимальному углу, преодолеваемому автомобилем по условиям сцепления колес с опорной поверхностью.

4. Определение возможности буксировки прицепа

Для того, чтобы автомобиль в заданных дорожных условиях мог двигаться с прицепом, необходимо, чтобы сила тяги на крюке была бы больше силы сопротивления движению прицепа и меньше разности предельно возможной силы тяги по сцеплению и силы сопротивления движению автомобиля:

(11)

где - сила тяги на крюке автомобиля. Она может быть найдена по формуле:

(12)

- сила сопротивления движению прицепа; если пренебречь сопротивлением воздуха, то она определяется по формуле:

(13)

где - вес буксируемого прицепа.

Разделим все члены неравенства (11) на . После преобразований получим:

(14)

ПРИЕМИСТОСТЬ АВТОМОБИЛЯ. ПОКАЗАТЕЛИ ПРИЕМИСТОСТИ

Приемистостью называется способность автомобиля быстро увеличивать скорость при трогании с места или переключении ступеней в коробке передач.

Это свойство автомобиля имеет особенно большое значение в условиях городского движения при частных остановках и троганиях с места, а также характеризует быстроту осуществления обгонов в условиях загородного движения.

Приемистость автомобиля характеризуется величиной ускорений, которые может развивать автомобиль при разгоне на каждой передаче. Кроме того, приемистость автомобиля оценивается такими параметрами, как время разгона до заданной скорости и длине пути разгона до заданной скорости.

Рис. 3.График ускорений автомобиля

1. Ускорение автомобиля при разгоне

Ускорение автомобиля на передачах может быть определено по динамической характеристике.

Вспомним уравнение тягового баланса автомобиля:

(15)

где - ускорение автомобиля. Обозначим и решим уравнение относительно ускорения.

Тогда:

(16)

При известной скорости движения определяется динамический фактор . Зная дорожные условия, можно найти значение коэффициента сопротивления дороги по формуле:

(17)

Коэффициент учета вращающихся масс находится для соответствующей передачи по ранее приведенным формулам.

Определение величины ускорений автомобиля на каждой передаче в коробке передач и раздаточной коробке при различных скоростях движения (частотах вращения вала двигателя), строим график зависимости ускорений автомобиля от скорости (рис.3)

Анализируя график ускорений автомобиля, видим, что расположение кривых на передачах отличается от расположения кривых на графике динамической характеристики.

Так, у некоторых автомобилей величины ускорений на второй передаче могут быть несколько больше величин ускорений на первой передаче. Это объясняется тем, что при разгоне автомобиля на первой передаче большая часть энергии двигателя затрачивается на увеличение кинетической энергии вращающихся масс (коэффициент на первой передаче имеет большое значение), меньшая часть мощности двигателя расходуется на увеличение скорости автомобиля.

Исходя из этого, первую передачу следует использовать не для разгона автомобиля, а только при трогании с места.

Графики ускорений автомобиля не предшествующей и последующей передачах могут пересекаться (точки а, б). Пересечение кривых указывают, что величины ускорений одинаковы для обеих передач при скоростях движения соответственно и . Именно при этих скоростях движения целесообразно переходить на после дующую(повышающую) передачу, т.к. дальнейший разгон на предшествующей передаче дает меньше приращения скорости. В соответствии с этим, скорости и, соответствующие точкам "в" и "г", также используют для включения последующих (повышающих) передач.

Переключение передач при других скоростях движения ведет к увеличению времени переключения передач и, следовательно, увеличению времени буксования сцепления при разгоне автомобиля.

Величина ускорений грузовых автомобилей на низших передачах может достигать 1,7...2,0 м/с², а на высших передачах - 0,25...0,5 м/с².

У легковых автомобилей величина ускорений может достигать соответственно 2,0...2,5 м/с² и 0,8...1,2 м/с^2..Так как величина ускорений при разгоне непрерывно изменяется, то этот параметр не позволяет в полной мере оценивать приемистость автомобиля.

Для этого используются следующие показатели; время разгона до заданной скорости движения и путь разгона до заданной скорости.

2.2. Время разгона автомобиля до заданной скорости движения

Время разгона - это время, и течение которого автомобиль увеличивает свою скорость в заданных пределах.

Заданной скоростью является скорость:

для грузовых автомобилей - 80 км/час.;

для легковых автомобилей - 100 км/час.

Из выражения имеем:

или (18)

где - величина, обратная ускорению, с²/м.

Определение времени разгона автомобиля осуществляется графическим интегрированием. Для этого необходимо построить график величин, обратных ускорениям в функции скорости(рис.4)

Площадь под кривыми на передачах, ограниченная ординатами и и осью абсцисс, пропорциональна времени разгона автомобиля до заданной скорости.

Для построения графика времени разгона автомобиля площадь под кривыми разбиваем на несколько участков (количество участков определяется числом передач в КП).

Рис. 4.График величин, обратных ускорениям

Тогда: (19)

где - сумма площадей участков под кривыми мм²;

, (20)

где- масштаб величин, обратных ускорениям, с²/м/мм;

- масштаб скорости, м/с/мм.

Если определять время разгона от начальной скорости до , затем от до и т.д. с нарастающим итогом,

например:

,

то по найденным значениям времени можно построить график зависимости , называемый графиком времени разгона автомобиля.

Рис. 5. График времени разгона автомобиля

Рис. 6. График разгона автомобиля (по времени)

Для грузовых автомобилей по экспериментальным данным время разгона до скорости 80 км/ч находится в пределах 30-60 с.

Фактически, при переключении передач, скорость движения автомобиля снижается, поэтому график разгона имеет ступенчатый вид (рис.6).

Падение скорости при переключении передач зависит от продолжительности переключения, которая, в свою очередь, определяется конструкцией коробки передач и навыками водителя.

Т.к. затраты времени на переключение передач автомобиля разных марок примерно одинаковы, то при их сравнении эти затраты можно не учитывать.

2.3. Путь разгона автомобиля до заданной скорости

В случае движения автомобиля с переменной скоростью

,

откуда

Проинтегрировав, получим:

(21)

где - путь разгона автомобиля до заданной скорости.

Проинтегрировав это уравнение в пределах от до , можно получить путь, на котором автомобиль, начиная со скорости, равной нулю, достигает заданной скорости.

Интегрирование данного уравнения также выполняется графически. Для этого используется график времени разгона автомобиля (рис.5).

Площадь слева от кривой графика , ограниченная осью ординат и абсцисс пропорциональная пути разгона .

Для построения графика пути разгона автомобиля разбиваем указанную выше площадь на несколько участков и подсчитываем площадь каждого из них.

Тогда , (22)

где - путь разгона автомобиля до заданной скорости, м;

- сумма площадей участков слева от кривой,

- масштаб пути разгона, м/мм².

,

где - масштаб времени, с/мм;

- масштаб скорости, м/с/мм;

Для каждого участка нарастающим итогом подсчитывается путь:

После определения пути, проходимого автомобилем на каждом участке можно построить график пути разгона автомобиля.

Для современных грузовых автомобилей с механической ступенчатой трансмиссией путь разгона до заданной скорости (80 км/ч) составляет 300-1000 м.

Рис. 7. График пути разгона автомобиля

Чем меньше путь и время разгона до заданной скорости, тем лучше приемистость автомобиля и, следовательно, выше его тягово - скоростные свойства.

Дата добавления: 2014-01-07