Расчет тяговой диаграммы автомобиля

 

Тяговой диаграммой называется зависимость окружной силы на ведущих колесах F_к от скорости движения автомобиля v_a.

Основной движущей силой автомобиля является окружная сила, приложенная к его ведущим колесам. Эта сила возникает в результате работы двигателя и вызвана взаимодействием ведущих колес и дороги.

Каждой частоте вращения коленчатого вала соответствует строго определенное значение момента (по внешней скоростной характеристике). По найденным значениям момента определяют значения F_к, а по соответствующей частоте вращения вала - v_a.

Для установившегося режима окружная сила на ведущих колесах

, (5.12)

где М_еф - фактическое значение момента, кН· м; U_т - передаточное число трансмиссии; r_к - радиус качения колеса, м; h_т - КПД трансмиссии.

Установившимся называется такой режим, при котором будут отсутствовать потери мощности, обусловленные ухудшением наполнения цилиндра свежим зарядом и тепловой инерцией двигателя. Значение передаточного числа трансмиссии и окружной силы рассчитывается для каждой передачи:

U_т = U_к.п· U_p.к· U_o, (5.13)

где U_к.п - передаточное число коробки передач; U_p.к - передаточное число раздаточной коробки; U_o − передаточное число главной передачи.

КПД трансмиссии рассчитывают:

h_т = h_к.п· h_р.к· h_о· h_к· h_iкар, (5.14)

где h_к.п - КПД коробки передач; h_р.к - КПД раздаточной коробки; h_о - КПД главной передачи; h_к − КПД колесного движителя; h_iкар - КПД карданной передачи; i - число карданных шарниров.

В расчетах принимают следующие значения коэффициентов:

h_к.п = 0, 96…0, 98; h_к = 0, 96…0, 98; h_р.к =0, 96…0, 98; h_о = 0, 96…0, 97; h_iкар=0, 995.

Окружную силу определяют как отношение момента на валах привода ведущих колес к радиусу ведущих колес при равномерном движении автомобиля. Следовательно, для определения движущей силы автомобиля необходимо знать величину радиуса качения ведущих колес. Так как на колесах автомобиля установлены эластичные пневматические шины, то величина радиуса качения колес во время движения изменяется. Радиус качения характеризует путь, пройденный колесом за один оборот. Он соответствует радиусу такого фиктивного жесткого колеса, которое при отсутствии пробуксовывания и проскальзывания имеет одинаковую с действительным колесом угловую и поступательную скорости качения.

Радиус качения колеса зависит от нормальной нагрузки, внутреннего давления воздуха в шине, окружной силы, коэффициента сцепления колеса с дорогой и поступательной скорости движения колеса при его качении.

Расчетный радиус качения r_к превышает статический r_ст на 2…3 %.

Шины, согласно стандартов ГОСТ 4754-97 и ГОСТ 5513-97 могут иметь обозначение, выраженное в дюймах (1 дюйм = 25, 4 мм), или смешанное, выраженное в миллиметрах и дюймах.

Примеры обозначения шины:

7, 50R20 – шина радиальная обычного профиля; 315/80R22, 5 – шина радиальная низкопрофильная; 7, 50-20 – шина диагональная, где 7, 50 и 315 – обозначение ширины профиля шины соответсвенно в дюймах и миллиметрах; 20 и 22, 5 – обозначение посадочного диаметра обода в дюймах;

R – обозначение радиальной шины; 80 – серия шины (отношение высоты Н к ширине В профиля шины в процентах.

Скорость движения автомобиля рассчитывают:

v_a = ω _e· r_к/U_т, (5.15)

где v_a − скорость автомобиля, м/с; ω _e − частота вращения коленчатого вала, рад/с.

Далее определяется значение величины, ограничивающей окружную силу на ведущих колесах по условиям сцепления колеса с дорогой:

F_кj = j· R_z = j· G_сц = j· m_сц· g, (5.16)

где j - коэффициент сцепления колеса с дорогой (берется из справочника); R_z − вертикальная составляющая под ведущими колесами, кН; G_сц – вес автомобиля, приходящийся на ведущие колеса, кН; m_сц − масса автомобиля, приходящаяся на ведущие колеса, т; g=9, 81 м/с² − ускорение свободного падения,.

Пример 2. Расчет проводится для исходных данных автомобиля ГАЗ-3307. Часть данных берется из примера 1 и данного параграфа. Передаточное число трансмиссии при включении первой передачи: U_т1 = 6, 55· 6, 17 = 40, 41.

Для остальных передач: U_т2 = 3, 09· 6, 17 = 19, 07.

U_т3 = 1, 71· 6, 17 = 10, 55.

U_т4 = 1, 0· 6, 17 = 6, 17.

Радиус качения колеса

r_к = r_ст · 1, 03 = (0, 5*20*25, 4+8, 25*25, 4*0, 85) * 1, 03 = 0, 445 м.

h_т = 0, 98*0, 97*0, 98*0, 9952 = 0, 922

Тогда значение окружной силы

= 16, 31 кН.

Скорость движения автомобиля: v_a=60· 0, 445/40, 41 =0, 66 м/с=2, 38 км/ч.

Все последующие расчеты целесообразно свести в табл. 5.2.

По полученным значениям строится зависимость окружной силы на ведущих колесах (F_к) от скорости движения автомобиля: F_к = f(v_a) (тяговая диаграмма), на которую наносится ограничивающая линия по условиям сцепления колеса с дорогой.

Определим значение величины, ограничивающей окружную силу на ведущих колесах по условиям сцепления колеса с дорогой.

Таблица 5.2

Расчет параметров тяговой диаграммы

ω e, рад/с	60, 00	115, 02	170, 04	225, 06	280, 08	335, 10
Meф, кН·м	0, 195	0, 231	0, 254	0, 264	0, 261	0, 246
Uт1 =40, 41	Va, м/c	0, 66	1, 27	1, 87	2, 48	3, 08	3, 69
Va, км/ч	2, 38	4, 56	6, 74	8, 92	11, 10	13, 28
Fк, кН	16, 31	19, 33	21, 26	22, 12	21, 89	20, 57
Uт2 =19, 07	Va, м/c	1, 40	2, 68	3, 97	5, 25	6, 54	7, 82
Va, км/ч	5, 04	9, 66	14, 29	18, 91	23, 53	28, 16
Fк, кН	7, 69	9, 12	10, 03	10, 43	10, 32	9, 71
Uт3 =10, 55	Va, м/c	2, 53	4, 85	7, 17	9, 49	11, 81	14, 13
Va, км/ч	9, 11	17, 46	25, 82	34, 17	42, 53	50, 88
Fк, кН	4, 26	5, 05	5, 55	5, 77	5, 71	5, 37
Uт4 =6, 17	Va, м/c	4, 33	8, 30	12, 26	16, 23	20, 20	24, 17
Va, км/ч	15, 58	29, 86	44, 15	58, 44	72, 72	87, 01
Fк, кН	2, 49	2, 95	3, 25	3, 38	3, 34	3, 14

 

Она определяется по формуле (5.16), с учетом того, что m_сц=5, 975т, j=0, 73: F_кj = 0, 73· 5, 975· 9, 81 = 42, 78 кН.

Указание: построить тяговую диаграмму и линию ограничения окружной силы самостоятельно на одном графике.

Вывод. Линия ограничения окружной силы по условиям сцепления колес с поверхностью дороги проходит выше графиков, поэтому она не влияет на тяговую характеристику заданного автомобиля.