Силовой баланс автомобиля при различной нагрузке

Практическое применение рассмотренного выше силового ба­ланса автомобиля затруднительно, так как для определения пока­зателей тягово-скоростных свойств необходимо построить отдель­ные графики для разных значений нагрузки на автомобиль. Это связано с тем, что при изменении нагрузки сила сопротивления дороги Р _д и суммарная сила сопротивления дороги и воздуха Р _д + Р _визменяются и для их вычисления требуются дополнительные зат­раты времени.

Более универсальным является рассмотренный ниже метод силового баланса автомобиля при различной нагрузке. В этом слу­чае строится только один график силового баланса для всех экс­плуатационных нагрузок автомобиля.

В основу метода силового баланса автомобиля при различной нагрузке положено уравнение его движения (3.20), представлен­ное в следующем виде:

Р _т – Р _в = Р _д + Р _и ,

или

Р _св = Р _д + Р _и ,

где Р _т – Р _в = Р _св — свободная тяговая сила.

Безостановочное движение автомобиля возможно при выпол­нении условия Р _св ≥ Р _д; автомобиль движется без буксования веду­щих колес в том случае, если Р _сц ≥ Р _т.

Для оценки тягово-скоростных свойств при различной нагруз­ке на автомобиль строится график его силового баланса (рис. 3.23).

Методика построения графика силового баланса такова:

• строят тяговую характеристику автомобиля Р _т =f (v);

• на график тяговой характеристики наносят кривые свобод­-
ной тяговой силы Р _свдля различных передач;

• слева от графика тяговой характеристики автомобиля строят
вспомогательный график для определения коэффициента сопро­-
тивления дороги ψ. С этой целью ось абсцисс продолжают влево и
на нее в произвольном масштабе наносят шкалу коэффициента
сопротивления дороги ψ;

• справа от графика тяговой характеристики автомобиля стро­-
ят вспомогательный график для определения коэффициента сцеп-

Рис. 3.23. График силового баланса автомобиля при различной

нагрузке:

I —IV — передачи; О₁ — начало координат левого и центрального графиков; О ₂—
начало координат правого графика; ψ ₁ – ψ ₃, φ _х1 – φ _х3 — значения коэффициен­-
тов сопротивления и продольного сцепления различных дорог; v ₁– v ₃ — значе­-
ния скорости автомобиля; –––––тяговая сила Р _т; – – – – – свободная тяговая

сила Р _св

ления колес с дорогой φ _х. Для этого ось абсцисс продолжают вправо и на нее в произвольном масштабе наносят шкалу коэффициента сцепления φ _х;

• из начала координат вспомогательных графиков проводят лучи, соответствующие различным значениям нагрузки на авто­мобиль.

Для определения углов наклона лучей нагрузки на левом вспо­могательном графике задают какое-либо значение свободной тя­говой силы Р _св, откладывают это значение на оси ординат и про­водят горизонтальную прямую. Затем по формуле

находят значения коэффициента ψ для разных нагрузок (Н = 0 % при G = G ₀; Н = 100 % при G = G _aи т.д., где G — вес автомобиля при заданной нагрузке Н, представляющей собой долю груза, %, который может быть перевезен на данном автомобиле; G ₀ — вес снаряженного (порожнего) автомобиля; G _а — вес автомобиля при полной нагрузке). Из точек, соответствующих найденным значе­ниям коэффициента ψ, проводят вертикали до пересечения с го-

ризонтальной линией, проходящей через точку, отвечающую выб­ранному значению свободной тяговой силы Р _св. Полученные точ­ки пересечения соединяют с началом координат левого вспомо­гательного графика и у каждого луча указывают соответствующее значение нагрузки на автомобиль, % или пасс.

Для определения углов наклона лучей нагрузки на автомобиль на правом вспомогательном графике задают какое-либо значение тяговой силы Р _т, откладывают это значение на оси ординат и про­водят горизонтальную линию. Затем по формуле

находят значения коэффициента сцепления для разных нагрузок (Н = 0 % при G ₀₂; Н = 100 % при G _a2 и т.д., где G₂ — вес, приходя­щийся на задние (ведущие) колеса автомобиля при заданной на­грузке; G ₀₂и G _a2 — вес, приходящийся на ведущие колеса соот­ветственно снаряженного автомобиля и автомобиля при полной нагрузке).

Вес автомобиля при заданной нагрузке

,

где G _гр — полезная нагрузка на автомобиль, Н (грузовые автомо­били) или пасс. (легковые автомобили, автобусы). Вес на ведущие колеса при заданной нагрузке

,

где G ₀₂и G _a2— вес, приходящийся на ведущие колеса соответ­ственно снаряженного автомобиля и с полной нагрузкой, Н или пасс.

Через точки, соответствующие найденным значениям коэф­фициента сцепления φ _х при разных нагрузках на автомобиль и ве­дущие колеса, проводят вертикальные линии до пересечения с горизонталью, которая проходит через точку, отвечающую выб­ранному значению тяговой силы Р _т. Полученные точки пересече­ния соединяют с началом координат правого вспомогательного графика и у соответствующих лучей указывают значения нагрузки на автомобиль, % или пасс. При расчете нагрузок используют зна­чения G ₀₂и G _a2из технической характеристики автомобиля.

С помощью графика силового баланса автомобиля при различ­ной нагрузке можно решить ряд задач по анализу и оценке тяго-во-скоростных свойств автомобиля. При этом из четырех парамет­ров (скорость автомобиля v, нагрузка на автомобиль Н, коэффи-

циент сопротивления дороги ψ и коэффициент сцепления колес с дорогой φ _х) можно определить два любых параметра по двум другим заданным. При этом найденные значения коэффициента сопротивления дороги ψ являются максимально возможными, а значения коэффициента сцепления φ _х — минимально необходи­мыми для движения автомобиля при различных нагрузках.

Рассмотрим несколько примеров решения задач.

Пример 1. Известны скорость автомобиля v ₁и нагрузка Н₁ (50 %). Необходимо определить, какое максимальное сопротив­ление дороги, характеризуемое коэффициентом ψ ₁ может пре­одолеть автомобиль и какой минимальный коэффициент сцепле­ния φ _{х 1}необходим для движения без буксования ведущих колес в этом случае.

Найдем значение известной скорости движения v ₁на оси абс­цисс тяговой характеристики автомобиля и проведем вертикаль до пересечения с кривыми тяговой силы Р _т и свободной тяговой силы Р _св. Из точки пересечения вертикали с кривой Р _св проведем горизонтальную линию влево, до пересечения с лучом заданной нагрузки H₁ = 50 %, и из полученной точки опустим перпендику­ляр на ось абсцисс левого дополнительного графика, определяя при этом максимальное значение коэффициента сопротивления дороги ψ ₁. Затем из точки пересечения вертикали с кривой тяго­вой силы Р _тпроведем вправо горизонтальную линию до пересече­ния с лучом нагрузки H₁ = 50 % и, опустив из точки пересечения перпендикуляр на ось абсцисс правого дополнительного графи­ка, найдем минимальный коэффициент сцепления φ _{х 1}, который необходим для движения автомобиля без буксования ведущих ко­лес.

Пример 2. Известны коэффициент сопротивления дороги ψ ₂ и нагрузка Н₂ (100 %). Требуется определить, с какой скоростью v ₂может двигаться автомобиль на II передаче и какой коэффициент сцепления φ _{х 2} обеспечит движение без буксования ведущих колес.

На оси абсцисс левого графика найдем значение коэффициен­та сопротивления дороги ψ ₂ и проведем вертикальную линию до пересечения с лучом заданной нагрузки Н₂ = 100 %. Из получен­ной точки пересечения проведем горизонтальную линию вправо, до пересечения с кривой Р _свна II передаче, и, опустив перпенди­куляр на ось абсцисс тяговой характеристики, определим иско­мую скорость v ₂. Затем для найденной скорости определим тяго­вую силу Р _тна II передаче, проведем через точку, соответствую­щую этому значению Р _т, горизонталь вправо, до пересечения с лучом нагрузки Н₂ = 100%, и, опустив перпендикуляр, найдем минимальный коэффициент сцепления φ _{х 2}, необходимый для дви­жения автомобиля без буксования ведущих колес.

ПримерЗ. Известны коэффициенты ψ ₃ и φ _{х з}. Следует опреде­лить скорость движения v ₃и нагрузку Н₃ на автомобиль.

Из точек, соответствующих значениям коэффициентов ψ ₃ и φ _{х з} на осях абсцисс дополнительных графиков, проведем вертикали до пересечения с лучами всех нагрузок, а из точек пересечения — горизонтали до пересечения с кривыми Р _св и Р _тна всех передачах. Полученные точки пересечения, расположенные на одних верти­калях при одинаковых нагрузках, соответствуют искомым скоро­сти движения v ₃и нагрузке Н₃ = 100 % на автомобиль.

Метод силового баланса удобен для анализа тягово-скорост-ных свойств конкретного автомобиля. Сравнивать же разные авто­мобили этим методом затруднительно, так как значения тяговой силы у них могут отличаться в несколько раз, да и масса их также неодинакова.

Поэтому для сравнительной оценки тягово-скоростных свойств разных автомобилей удобнее пользоваться их динамическими фак­торами и динамическими характеристиками.