Глава 6. ПРИЕМИСТОСТЬ И ГРАФИК РАЗГОНА АВТОМОБИЛЯ
6.1. Общие сведения о приёмистости и разгоне автомобиля Приёмистостью автомобиля называется его способность быстро набирать скорость после трогания с места или переключения ступеней в коробке передач. Приемистость оценивается временем разгона автомобиля до заданной скорости. Параметрами оценки приемистости может служить путь разгона. Для городских условий приемистость может быть решающим фактором, определяющим среднюю скорость движения автомобиля. Приемистость важна и для военных машин как при движении в колонне, так при движении на местности (для боевых машин), что повышает их живучесть на поле боя. Приемистость автомобиля зависит как от ряда конструктивных факторов, так и от дорожных условий (коэффициента сопротивления движению ψ). Основными из конструктивных факторов являются: удельная сила тяги по двигателю (или динамический фактор), которая зависит от удельной мощности, передаточных чисел трансмиссии и к.п.д. машины; коэффициент вращающихся масс; тип двигателя, рабочий диапазон и его приемистость (способность набирать обороты); тип трансмиссии и ее совершенство; быстрота и легкость переключения передач. Безусловно, на приемистость большое влияние оказывает квалификация водителя. Однако здесь речь идет о влиянии конструктивных факторов на приемистость автомобиля, поэтому влияние водителя не рассматривается. В полной мере воздействие этих факторов может быть оценено лишь опытом. Ибо опыт является критерием истины. Тем не менее, в теории автомобиля характеристика разгона может быть получена и расчетным путем. Результатом как опытного, так и расчетного определения параметров разгона является график разгона автомобиля, представляющий собой зависимость скорости движения от времени. На рис. 20 представлен экспериментальный график разгона автомобиля. Как видно из графика, участки разгона чередуются с участками замедления, что имеет место при переходе на следующую высшую передачу. Падение скорости зависит от продолжительности переключения передач (иногда при переключении возможна даже остановка машины). Рассмотрим подробнее явления, происходящие при разгоне автомобиля (автопоезда). В качестве основных допущений примем, что сопротивление движению в процессе разгона не изменяется и что сцепка абсолютно жёсткая, т.е. скорости и ускорения для тягача и прицепа равны. Составим силовой поток разгоняющегося автомобиля (рис. 21). Здесь узловые точки: Ф-сцепление, Т- зубчатые механизмы трансмиссии. Инерционные потоки д, с, m и а характеризуют изменение кинетической энергии маховика двигателя д, ведомой части сцепления с относительно движущихся деталей механизмов трансмиссии т и автомобиля (автопоезда) в целом, приведённой к его ведущим колёсам а. К входному потоку приложен момент двигателя Мд от двигателя, а к выходному - момент сопротивления MR. В связи с малым влиянием инерционных потоков точек с и m на изменение кинетической энергии маховика и автомобиля пренебрегаем ими.
Рис. 20. Экспериментальный график разгона автомобиля
Рис. 21. Схема силового потока трансмиссии автомобиля при разгоне При отсутствии опытных данных принимают
θ д = (1, 2÷ 1, 4)θ М, (97)
где θ М - момент инерции маховика, который можно подсчитать, имея чертёж или зная основные размеры маховика. Приведённый момент инерции автомобиля θ а определяется из условия равенства кинетической энергии условной вращающейся массы 1а иполной кинетической энергии автомобиля (за вычетом двигателя)
где δ - коэффициент вращающихся масс при выключенном сцеплении. Если не учитывать скольжение колёс (V = ω α · rθ ), то получим окончательно
Момент сопротивления Mr находим из условия равенства мощностных факторов по формуле
Составляя ирешая уравнение силового потока, получим
Здесь ω с - угловая скорость ведомой части сцепления, которая может изменяться от 0 до 1. Диссипативный поток трансмиссии учитываем коэффициентом полезного действия узловой точки Т. Момент инерции θ д в выражении (101) является приведенным и включает в себя моменты инерции коленчатого вала двигателя (с учётом инерции возвратно-поступательно движущихся деталей кривошипного механизма), деталей моторной установки и ведущей части сцепления. Однако точно он может быть определён только экспериментально. Отсюда получим Mr = r o∑ R,
где ∑ R - сумма всех сил, действующих на автомобиль и прицеп. Рассмотрим теперь отдельные этапы разгона автомобиля, для чего представим изменение момента МФ - M с и угловых скоростей ω д (ведущая часть сцепления), ω с (ведомая часть) в функции времени (рис. 22, а). В начальной точке (t = О) начинается включение сцепления, причём момент Мф изменяется по некоторому закону, зависящему от воздействия водителя на педали сцепления и подачи топлива. От этих же факторов зависит и изменение скорости ведущей части ω д. Скорость ведомой части остаётся равной нулю, то есть автомобиль не трогается с места до точки Т, в которой достигается равенство
Между точками Т и В сцепление продолжает включаться, а его момент увеличиваться. Автомобиль трогается и движется с возрастающим ускорением, поскольку момент растёт, а сопротивление неизменно. В точке В сцепление включено полностью, но угловые скорости его ведущей и ведомой частей еще не равны: ω д > ω с. В интервале В-Н происходит буксование полностью включённого сцепления, причём угловая скорость ω д падает, а ω с растёт. Силовой поток на этом этапе соответствует рис. 21, т.е. момент двигателя и инерционный суммируются, а их общая величина определяется расчётным моментом сцепления, равным Мф = β Мmax,
где β - коэффициент запаса сцепления, в зависимости от типа машины ой может иметь значения от 1, 2 до 2, 5; Ммах - максимальный момент двигателя.
Рис. 22. Изменение скоростей и моментов при разгоне автомобиля Момент Мψ можно считать постоянным для всего промежутка времени В-Н. Однако как момент Mr - (вследствие изменения дорожных условий и, в частности, сопротивления воздуха), так и момент Мд (из-за изменения оборотов и подачи топлива в двигатель) могут изменяться. Поэтому в общем случае ускорения В точке Нугловые скорости обеих частей сцепления уравниваются - буксование сцепления заканчивается. Дальнейший разгон автомобиля может происходить только вследствие увеличения числа оборотов двигателя. При этом изменится знак инерционного потока, и момент Мф будет равняться не сумме моментов двигателя и инерционного, а их разности, в результате чего он резко упадёт. Дальнейшее уменьшение момента будет происходить вследствие увеличения оборотов по характеристике двигателя. Разгон закончится, когда сопротивление Получить аналитическую зависимость между факторами силового потока трансмиссии чрезвычайно сложно. Поэтому для оценки явлений, связанных с буксованием сцепления при разгоне, делают ряд допущений. Основными из них являются пренебрежение этапами 0-Т-В и постоянство всех моментов на этапе В-Н. Тогда, как показано на рис. 22, б, зависимость скорости от времени будет линейной, т.е. ускорение будет постоянным. Для участка В-Н (рис. 22, б) получим
где t - текущее значение времени. Ускорения могут быть определены но формулам (100-102). Приравняв скорости в момент Н, из выражений (а) и (б) получим время буксования (tб) и угловую скорость в точке Н
Полученная по выражению (101) продолжительность буксования сцепления не должна превышать допустимой величины tбmax, определяемой тепловым режимом работы сцепления. При определенных условиях повышение температуры деталей сцепления, зависящее от продолжительности буксования, может привести к выходу его из строя. Кроме того, длительное буксование вызывает увеличение износа дисков сцепления и потому нежелательно. Скорость ω дН, определяемая по выражению (102), не должна быть ниже устойчивой скорости коленчатого вала двигателя под нагрузкой, так как в противном случае двигатель заглохнет. При расчёте на трогание с места обычно принимают ω св= 0. При рассмотрении условий работы сцепления после переключения передач скорость ω св выражают через скорость автомобиля после переключения VH, т.е
Уравнения (103) и (104) весьма важны для рассмотрения условий трогания с места и переключения передач (незаглохание двигателя и надёжность работы сцепления). Из них следует, что время буксования сцепления и падение оборотов двигателя зависят от следующих факторов: 1. Чем меньше скорость движения автомобиля, с которой начинается разгон (ω св), тем больше время и больше падение скорости вала двигателя. На начальную скорость разгона влияет время переключения передач, которое зависит, во-первых, отконструкции коробки передач и системы управления ею и, во-вторых, от квалификации водителя. При этом за одно и тоже время переключения скорость автомобиля падает больше в тяжелых условиях разгона. 2. Прицеп увеличивает момент инерции θ а и сопротивление МR, что приводит к более продолжительному буксованию фрикциона.
Рис. 23. График ускорений автомобиля
Рис. 24. Построение кривой разгона по величинам, обратным ускорениям 3. С увеличением момента инерции маховика двигателя θ м время буксования увеличивается, но падение оборотов двигателя уменьшается. 4. С увеличением момента трения сцепления Mψ уменьшается время буксования, но больше падают обороты двигателя. При эксплуатации автомобиля на момент трения могут влиять многие факторы: замасливание дисков сцепления, поломка пружин, нарушение регулировки механизма включения и др. Момент трения можно уменьшить частичной принудительной пробуксовкой сцепления. Иногда это делают в тяжёлых условиях трогания автомобиля (и особенно автопоезда) с места, чтобы не заглушить двигатель. 5. Время буксования сцепления и вероятность заглохания двигателя зависят также от того, какая передача включается. Так, на высших ступенях в коробке передач уменьшается передаточное число iТ, вследствие чего увеличивается время буксования фрикциона и сильнее падают обороты двигателя. Поскольку буксование сцепления сравнительно кратковременно, этот этап разгона не оказывает заметного влияния на общую его продолжительность. Поэтому им обычно пренебрегают. Иначе говоря, убедившись, что t6 и ω дн не выходят за допустимые пределы, дальнейший расчёт ведут без учёта этапа буксования.
|
(98)
(99)
(100)
(101)
(102)
.
и 
будут переменными, а зависимость скоростей ω д и ω с от времени будет нелинейной.
уравновесит момент сцепления Мф (точка К).
(а)
(б)
(103)
(104)
(105)
