Анализ тяговых качеств

5.1 Силовой баланс автомобиля

По методу академика А.Е. Чудакова силовой баланс строят, зная тяговую характеристику автомобиля и силы сопротивления дороги и воздуха.

Уравнение силового баланса имеет вид:

(15)

Тяговую силу на ведущих колесах автомобиля определяем по выражению:

,Н (16)

Величину силы тяги определяют на всех передачах.

 

Силу сопротивления дороги находим как:

,Н (17)

где - коэффициент суммарного сопротивления дороги.

 

Для горизонтальной дороги может быть определен по формуле:

Сила сопротивления воздуха рассчитывается по формуле:

,Н (18)

Скорость автомобиля на каждой передачи определяют по формуле:

,км/ч (19)

 

Для первой передачи рассчитаем величины:

Рассчитанные величины сводим в таблицу.

Таблица 3 – Тяговая сила на ведущих колесах.

	nmin	n2	n3	n4	n5	nmax
ne,об/мин
V1	6,117	12,23	18,35	24,47	28,59	30,58
Pт1	3340,269	4086,814	4478,997	4507,372	4329,092	4171,937
V2	8,81	17,627	26,44	32,25	41,194	44,068
Pт2	2318,504	2836,692	3108,909	3128,604	3004,859	2895,77
V3	12,62	25,24	37,86	50,48	58,99	63,1
Pт3	1618,995	1980,842	2170,93	2184,682	2098,272	2022,1
V4	18,18	36,36	54,54	72,72	84,98	90,91
Pт4	1123,902	1375,09	1507,05	1516,6	1456,614	1403,736
V5					121,521
Pт5	785,945	961,548	1053,821	1060,497	1018,551	981,575

Задаемся значениями V_a в диапазоне от V_min до V_max, рассчитываем величины:

 

 

Рассчитанные величины сводим в таблицу.

 

Таблица 4 – Сила сопротивления дороги и воздуха.

Va		6,117
ψ		0,01502	0,015075	0,0153	0,015675	0,0162	0,016875	0,0177
Pв		1,302	3,480	13,923	31,326	55,692	87,019	125,307
Pд		218,809	219,6103	222,8881	228,35104	235,999	245,832	257,850
Pв+Pд		220,111	223,0903	236,811	259,677	291,691	332,851	383,157

 

Продолжение таблицы 4.

	0,018675	0,0198	0,021075	0,0225	0,024075	0,0258	0,027675
	170,557	222,769	281,942	348,076	421,173	501,23	588,25
	272,0545	288,4434	307,0174	327,7766	350,7209	375,8505	403,16524
	442,611	511,512	588,9594	675,8526	779,839	877,0805	991,415

 

Пользуясь данными таблиц 3 и 4, строим график силового баланса.

 

5.2 Динамическая характеристика автомобиля

Зависимость динамического фактора при полной нагрузке от скорости движения автомобиля на разных передачах называется динамической характеристикой автомобиля.

Динамический фактор D является оценочным параметром тяговых качеств всех автомобилей.

Сравнение различных по конструкции автомобилей, с точки зрения их динамичности, производится по значению D_max на низшей передаче.

 

Динамический фактор определяют при полной нагрузке автомобиля по формуле:

(20)

Пользуясь рассчитанными значениями Р_Т и Р_В, считаем динамический фактор и результаты заносим в таблицу:

 

 

Таблица 5 – Расчет динамического фактора.

V1	6,117	12,23	18,35	24,47	28,59	30,58
D1	0,2292	0,2801	0,3066	0,3079	0,2952	0,2841
V2	8,81	17,627	26,44	32,25	41,194	44,068
D2	0,1589	0,1939	0,2117	0,2122	0,2022	0,1941
V3	12,62	25,24	37,86	50,48	58,99	63,1
D3	0,1107	0,1344	0,1455	0,1438	0,1357	0,1292
V4	18,18	36,36	54,54	72,72	84,98	90,91
D4	0,0763	0,0912	0,0963	0,0914	0,0827	0,0766
V5					121,521
D5	0,0523	0,0595	0,0578	0,0469	0,0346	0,0269

 

Пользуясь данными таблицы 5, строим динамическую характеристику и дополнив ее номограммой нагрузок и графиком контроля буксования получим динамический паспорт автомобиля.

 

5.3 Мощностной баланс автомобиля

По аналогии с уравнением силового баланса уравнение мощностного баланса можно записать в следующем виде:

N_T=Nд+N_B (21)

Решить это уравнение можно графически, для чего строят график мощностного баланса. На этот график наносят зависимости на всех передачах, мощности двигателя (N_e) на высшей передаче, мощности заданного дорожного сопротивления (N_Д) и суммарной мощности дорожного и воздушного сопротивления (Nд+N_B) от скорости движения автомобиля.

Тяговая мощность определяется по уравнению:

(22)

и строится на каждой передачи в зависимости от скорости движения, соответствующей частоте вращения, для которой определялась мощность по скоростной характеристике.

Мощности дорожного сопротивления и сопротивления воздуха рассчитываем в зависимости от скорости автомобиля по уравнениям:

(23)

 

(24)

Полученные значения заносим в таблицы, по значениям которых строим график мощностного баланса.

 

 

Таблица 6 – Расчет тяговой мощности.

ne,об/мин
Ne,кВт	6,169	15,0964	24,817	33,299	37,371	38,527
Nт,кВт	5,675	13,88	22,83	30,635	34,381	35,444
V1	6,117	12,23	18,35	24,47	28,59	30,58
V2	8,81	17,627	26,44	32,25	41,194	44,068
V3	12,62	25,24	37,86	50,48	58,99	63,1
V4	18,18	36,36	54,54	72,72	84,98	90,91
V5					121,521

 

Таблица 7 – Расчет мощности сопротивления дороги и сопротивления воздуха.

Va	6,117
Nв,кВт	0,0022	0,0096	0,0773	0,261	0,6188	1,208	2,0884	3,3163	4,9504
Nд,кВт	0,3717	0,610028	1,238267	1,9029	2,62213	3,41433	4,2975	5,2899	6,4098
Nв+Nд,кВт	0,3739	0,619618	1,3155	2,1639	3,24093	4,6223	6,3859	8,6062	11,360

 

Продолжение таблицы 7.

	7,0485	9,668	12,869	16,707	21,242
	7,6754	9,104906	10,696	12,528351	14,55872
	14,7239	18,772	23,565	29,2353	35,800

5.4 Ускорение автомобиля

Расчет ускорения автомобиля производится для движения по горизонтальной дороге с гладким твердым покрытием по уравнению:

(25)

где j – ускорение автомобиля, м/с²;

- коэффициент сопротивления дороги, соответствующий расчетной скорости движения автомобиля;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

- коэффициент учета вращающихся масс, определяемый по уравнению:

(26)

где для легковых автомобилей В=0,05-0,07.

Полученные величины ускорения для всех передач автомобиля сводим в таблицу. Пользуясь ими, строим график ускорения автомобиля.

 

Таблица 8 – Расчет ускорения автомобиля.

V1	6,117	12,23	18,35	24,47	28,59	30,58
J1	1,0869	1,3448	1,4786	1,4842	1,419	1,3621
V2	8,81	17,627	26,44	32,25	41,194	44,068
J2	0,9692	1,1964	1,313	1,315	1,245	1,189
V3	12,62	25,24	37,86	50,48	58,99	63,1
J3	0,7550	0,9403	1,0236	1,0029	0,9328	0,8791
V4	18,18	36,36	54,54	72,72	84,98	90,91
J4	0,52915	0,6517	0,6852	0,6277	0,5398	0,480
V5					121,521
J5	0,3342	0,3860	0,3478	0,2160	0,0781	0,0069

 

 

5.5 Время и путь разгона автомобиля

Время и путь разгона автомобиля можно определить графоаналитическим (метод Яковлева, Чудакова и др.) и графическим методами (метод Ломоносова, Липеца, Лебедева и др.).

Графоаналитический метод, для которого требуется большее число построений и вспомогательных расчетов, дает более точные результаты и лучше отражает физическую сторону вопроса. Преимуществом графического метода является простота и быстрота всех построений.

Рассмотрим определение времени и пути разгона автомобиля по методу Н.А. Яковлева.

Время разгона определяют, зная ускорение и скорость автомобиля.

При ускоренном движении автомобиля ускорение равно:

(27)

Так как отсутствует аналитическая связь между ускорением j и скоростью V_a, то решение проводим графоаналитическим методом, пользуясь графиком ускорения автомобиля. Кривую ускорений разбиваем на ряд интервалов, и предполагаем, что в каждом интервале скоростей автомобиль разгоняется с постоянным средним ускорением (jср). Величину определяем по формуле:

м/с² (28)

где j₁, j₂ – ускорения соответственно в начале и конце интервала скорости (V₁,V₂).

м/с²

Для точности расчетов интервал скорости берут равным 2-3 км/ч на первой передачи, 10-15 км/ч - на высшей передачи и 5-10 км/ч – на промежуточных передачах.

Если взять интервал скоростей от V₁-V₂, например, то среднее ускорение на этом участке (j`ср) равно:

(29)

Следовательно, время разгона в том же интервале изменения скорости определяется как:

с (30)

с

Пользуясь полученным выражением, определяем время разгона и на всех других интервалах скоростей.

Общее время разгона составит:

с (31)

Результаты расчетов сводим в таблицу.

 

Таблица 9 – Расчет времени разгона.

Va		6,117
ΔV			2,883
Jcp			1,1592	1,284	1,382	1,451	1,482	1,488	1,458	1,405
Δt			0,6908	0,649	0,603	0,574	0,562	0,560	0,571	0,593
T,c			0,6908	1,3398	1,9428	2,516	3,078	3,638	4,209	4,802

 

Продолжение таблицы 9

	1,343	1,161	0,995	0,817	0,638	0,577	0,405	0,2408	0,171	0,0697
	1,034	2,392	2,791	3,4	4,355	4,814	6,858	11,547	16,260
	5,836	8,228	11,019	14,419	18,774	23,588	30,446	41,993	58,223	118,253

 

По значениям , определенным для различных скоростей, строим кривую времени разгона, начиная ее от значения , для которого t=0. Для скорости V₂ откладывают значения ₁; для скорости V₃ – значение времени разгона ( ₁+ ₂) и т.д. Время переключения передач (t_пп) при построении не учитываем.

Путь разгона S зависит от скорости автомобиля и его времени разгона:

(32)

Тогда путь разгона, например, в интервале скоростей равен:

,м (33)

Пользуясь полученным выражением, рассчитываем путь разгона на всех выбранных интервалах, начиная с V_min. Для последующих скоростей расчет пути разгона ведется аналогично времени разгона.

м

Результаты расчетов сводим в таблицу.

 

Таблица 10 – Расчет пути разгона.

Va		6,117
Vcp			7,558	10,5	13,5	16,5	19,5	22,5	25,5	28,5
Δt			0,6908	0,649	0,603	0,574	0,562	0,560	0,571	0,593
ΔS			1,446	1,887	2,254	2,624	3,036	3,488	4,033	4,678
S			1,446	3,333	5,587	8,211	11,247	14,735	18,768	23,446

 

Продолжение таблицы 10

	32,5									122,5
	1,034	2,392	2,791	3,4	4,355	4,814	6,858	11,547	16,260
	9,306	26,488	38,654	56,481	84,357	106,615	170,64	319,44	494,15	2027,92
	32,752	59,24	97,894	154,375	238,732	345,347	515,98	835,42	1329,5	3357,49

 

 

Общий путь разгона от V_min до V_n равен:

,м (34)

Расчет пути и времени разгона от скорости автомобиля строим для тех же интервалов скорости, что и кривую времени разгона.

Кривые пути и времени разгона строим на одном графике.