Расчет тягового усилия автомобиля

Тяговый расчет автомобиля

Цель тягового расчета – определение по исходным данным необходимой массы автомобиля, мощности двигателя, передаточных чисел трансмиссии и динамического фактора, обеспечивающих получение динамических показателей автомобиля, удовлетворяющих эксплуатационным качествам.

3.1. Определение массы автомобиля

Собственная масса автомобиля (кг) определяется как

, (3.1)

где m_г – номинальная грузоподъемность, по заданию m_Г = кг

— коэффициент грузоподъемности (для грузовых автомобилей = 0,9…1,2).

Полная масса груженного автомобиля (кг) вычисляется по формуле

(3.2)

где Г – коэффициент грузоподъемности по заданию;

75 – масса водителя, кг.

3.2. Определение мощности двигателя

Необходимая мощность двигателя(кВт) определяется из условия возможности движения автомобиля с заданной максимальной скоростью по заданной дороге при полном использовании грузоподъемности автомобиля:

, (3.3)

где Ψ_V = f – коэффициент суммарного сопротивления горизонтального участка пути, соответствующий движению на прямой передаче (по заданию)

V_max – максимальная скорость движения на прямой передаче, км/ч (по заданию);

К – коэффициент обтекаемости, Н∙с 2 /м 4 ;

Для легковых к =0,2…0,35;

Для грузовых к =0,6…0,75;

Для тягачей с прицепом к =0,8;

F- площадь лобовой поверхности, м 2 (принимается по прототипу).

Площадь лобовой поверхности грузовых автомобилей (м 2 ) можно определить по формуле

,где В – ширина колеи задних колес, м;

Н – габаритная высота, м.

— КПД трансмиссии (для грузовых 4К2 =0,85…0,88; для грузовых 4К4 =0,82…0,84)

3.3. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

Внешняя скоростная характеристика представляет зависимость эффективной мощности N_е и крутящего момента М_к от частоты вращения n_e вала двигателя при полном газе.

Порядок расчета и построения внешней скоростной регуляторной характеристики дизеля приведен в теме 2 настоящих методических указаний.

Расчет текущей мощности по внешней скоростной характеристике производится по формуле (2.5), а крутящего момента по формуле (2.6).

При ручном счете внешних скоростных характеристик двигателей заполняется табл.3.1.

По данным табл.3.1 построить внешнюю скоростную характеристику двигателя, вид которой для дизельного двигателя приведен на рис.2.1, а карбюраторного на рис.3.1.

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Регуляторная ветвь дизеля или ограничительная карбюраторного двигателя строятся соединением прямыми линиями номинальных значений мощности и крутящего момента с нулевыми значениями при максимальной частоте вращения.

Рис. 3.1. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного или дизельного двигателя.

3.4. Определение радиуса ведущих колес

Радиус ведущих колес определяется по профилю шины, которая выбирается в соответствии с нагрузкой, приходящейся на одно колесо при движении автомобиля с полной нагрузкой. Нагрузка на одно ведущее колесо (Н) определяется по формуле

, (3.4)

где — коэффициент нагрузки задних колес в статическом состоянии автомобиля;

=0,65 … 0,75 – грузовых автомобилей типа 4Х2;

= 0,5 … 0,6 – грузовых автомобилей типа 4Х4;

=1,1 … 1,3 – коэффициент увеличения нагрузки на заднюю ось при движении автомобиля;

n – число шин на ведущей оси.

По нагрузке на колеса выбрать шину по ГОСТ 5513-75 [2,4,5] и подсчитать радиус колеса по формуле (2.17).

3.5. Определение передаточных чисел трансмиссии

Передаточное число главной передачи определяется из условия движения автомобиля на высшей (прямой) передаче с максимальной заданной скоростью V_max

, (3.5)

где — передаточное число главной передачи. Передаточное число на первой передаче определяется из условия преодоления наиболее тяжелой дороги, реализация максимального динамического фактора (Ψ_max=D_max=..по заданию), а также из условия реализации возможностей сцепления ведущих колес.

Первое условие записывается уравнением

, (3.6)

где — сила сопротивления воздуха (Н), на первой передаче ею можно пренебречь,

, (3.7)

где — передаточное число коробки передач на первой передаче;

= — передаточное число трансмиссии на первой передаче;

М_Н – номинальный крутящий момент двигателя, Н∙м. Динамический фактор по двигателю не должен превышать динамический фактор по сцеплению колес с почвой

, (3.8)

где φ = 0,6-0,75 – коэффициент сцепления.

Приравнивая выражения (3.7) и (3.8), определим необходимое передаточное число трансмиссии на первой передаче

. (3.9)

Значения передаточных чисел трансмиссии на промежуточных передачах определяется из условия получения наибольшей интенсивности поэтапного разгона при переходе с передачи на передачу. При этом мощность двигателя на всех передачах должна быть одинаковой и по возможности наибольшей.

Интервал изменения частоты вращения коленчатого вала на всех передачах также будет одинаковым. Кроме того, передаточные числа трансмиссии должны обеспечивать равенство скоростей движения на предыдущей и последующей передачах [2,с.48]. Это требование выполняется, если передаточные числа трансмиссии или коробки передач подчиняются геометрической прогрессии:

, (3.10)

где z – число передач коробки,

q – знаменатель геометрической прогрессии.

Знаменатель геометрической прогрессии определяется по формуле

. (3.11)

Передаточные числа трансмиссии по передачам определяются по формуле

и т.д.

Автомобили средней и большой грузоподъёмности могут иметь ускоряющую передачу для движения с неполной нагрузкой в хороших дорожных условиях. Передаточное число коробки не входит в структуру ряда и принимается .

3.6. Расчет динамического фактора автомобиля

Текущее значение динамического фактора по передачам порожнего автомобиля в зависимости от крутящего момента двигателя рассчитывается по формуле

. (3.12)

При ручном счете динамического фактора по формуле (3.12) результаты расчетов заносятся в табл.3.2. При расчетах крутящий момент двигателя и частота вращения принимаются по данным табл.3.1.

Расчет динамического фактора. Передача первая

,Н·м

Так же производятся расчеты динамического фактора для остальных передач.

3.7. Построение динамической характеристики автомобиля

По данным табл.3.2 необходимо построить динамическую характеристику порожнего автомобиля. После чего преобразовать ее в универсальную, позволяющую находить динамический фактор и производить другие эксплуатационные расчеты для автомобиля и автопоезда любой массы.

Построенная характеристика дополняется шкалой Г грузоподъёмности, на которой откладываются значения коэффициента грузоподъёмности, определяемого по формуле

, (3.13)

где m_а – действительная масса автомобиля (автопоезда), кг.

В крайней справа точке откладывают максимальное значение =4.

Рис.3.2. Динамическая характеристика автомобиля.

Затем наносят на шкалы Г ряд промежуточных значений и проводят из них вниз вертикали до пересечения со шкалой V.

Вертикаль, проходящая через точку Г=2, принимается за вторую ось ординат характеристики. Так как динамический фактор при Г=2 вдвое меньше, чем у порожнего автомобиля, то масштаб динамического фактора на оси Г=2 будет в два раза больше, чем на оси Г=1.Соединяют одинаковые значения динамического фактора на шкале Г=1 и шкале Г=2 наклонными прямыми линиями. Точки пересечения этих прямых с остальными вертикалями образуют на каждой вертикали шкалу для соответствующего значения коэффициента нагрузки автомобиля Г.

3.8. Анализ динамической характеристики автомобиля

При анализе тягово-динамических качеств автомобиля по динамической характеристике (рис.3.2) необходимо:

1. Определить соответствие результатов расчетов проектному заданию:

а) определить D_max на первой передаче полностью груженного автомобиля. (Г по заданию) и сравнить с D_max по заданию

б) определить максимальную скорость движение полностью груженного автомобиля по грунтовой дороге и сравнить с V_max по заданию. Дать суждение о выполнении проектного задания.

2. Определить максимальную тяжесть дорог, по которым возможно движение порожнего (Г=1) и полностью груженного автомобиля (Г по заданию) на каждой передаче, т.е. определить Ψ_maxна каждой передаче при Г=1 и полностью груженном автомобиле.

3. Определить максимальный угол подъема дороги на каждой передаче порожнего и груженого автомобиля по грунтовой дороге.

приложения

Коэффициенты сопротивления качению и сцепления тракторов

Тип пути	Колесные
Целина, плотная залежь	0.05-0.07	0.7-0.9	0.66-0,8
Стерня	0,08-0,1	0,6-0,80	0,6-0,65
Поле, подготовленное под посев	0,1б-0,18	0,4-0,6	0,35-0, 55
Гусеничные
Целина, плотная залежь	0,06-0,08	1,0-1,2	0,85-0,95
Стерня	0,06-0,08	0,8-1,0	0,75-0,85
Поле, подготовленное под посев	0,09-0,12	0,6-0,7	0,45-0,65

Тип двигателя
Дизельный	20-40	0,11-0,125	700-900	0,03-0,06
Дизельный с наддувом	0-10	(0,75-0,95)РК	700-900	0,03-0,06
Карбюраторный	5-25	0,1-0,12	900-1100	0,04-0,08

Допустимая степень сжатия карбюраторных двигателей

Октановое число	66-72	73-76	77-80	81-90	91-100
	5,5-6,5	6,6-7,0	7,1-7,5	7,6-8,5	8,6-9,5

Значения для различных величин λ и α

Для промежуточных значений λ значения функции определяются путем линейной интерполяции

Длина звена и число звеньев гусеницы, перематываемыхза один оборот ведущего колеса

Марка трактора	Т-70С	ДГ-75М ДТ-175С	Т-4А (Т-150)	Т-13О	Т-180
Класс тяги. кН	40(30)
, мм
	11,5	10,5

2. Кутьков Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства.- М.: Колос, 2004.-504с.

3. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей.-М.: Колос, 1984.-335с.

4. Скотников В.А., Мащенский А.А., Солонский А.С. Основы расчета и теории трактора и автомобиля.-М.:Агропромиздат, 1986.-370с.

5. Справочные материалы по тракторам и автомобилям.-Омск: ОмСХИ, 1989.-47с.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Основы тягового расчета

* ( Ю. А. Долматовский. Автомобиль в движении. М., Машгиз, 1957.)

Из механики известно, что для того, чтобы привести в движение какую-либо тележку или остановить ее, необходимо приложить к ней внешнюю силу. От величины этой силы будет зависеть длина пути и скорость движения тележки. Если тележка движется по горизонтальной поверхности без приложения силы, то она постепенно замедляет свой ход из-за сопротивления дороги качению колес тележки и трения в подшипниках осей или колес. Общую величину сил сопротивления движению можно определить с помощью динамометра (обыкновенных пружинных весов), как показано на рис. 23.

Рис. 23. Определение величины силы сопротивления движению

Если пренебречь силой трения в подшипниках оси тележки (колес), то та сила, которую покажет динамометр, будет определять сопротивление качению. Она зависит также от веса самой тележки и груза, перемещаемого ею. На месте тележки представим автомобиль. Буксируя его, включив в буксирное устройство динамометр, можно измерить силу сопротивления движению. Если обозначить силу буквой Р_к, вес автомобиля с грузом G, а через ƒ коэффициент, характеризующий силу сопротивления качению, тогда можно записать следующее равенство:

Как мы видим, сила сопротивления качению колес изменяется при изменении веса автомобиля и коэффициента сопротивления качению. Последний же зависит от поверхности, по которой автомобиль движется, от типа шин и ряда других факторов. Значение коэффициента сопротивления качению не остается постоянным, даже если рассматривать одну и ту же поверхность. При оборудовании автомобиля пневматическими шинами оно меняется в зависимости от внутреннего давления воздуха в шинах, скорости движения, рисунка протектора шин и др. Для приближенных расчетов, которыми мы будем оперировать в дальнейшем, влиянием последних факторов можно пренебречь.

Средние значения коэффициента сопротивления качению для дорог с различным дорожным покрытием и для автомобилей, оборудованных пневматическими шинами, приведены в табл. 1. Зная значение этого коэффициента и примерный вес автомобиля, нетрудно подсчитать силу сопротивления качению на дорогах с различным покрытием.

Таблица 1

Помимо рассмотренной выше силы сопротивления качению автомобиля, имеется еще ряд сил, которые либо тормозят движение, либо в определенных условиях, наоборот, помогают движению. Так как автомобиль движется в воздушной среде, на него действует сила сопротивления воздуха, которая резко возрастает с увеличением скорости. При расчетах влияние сопротивления воздуха следует учитывать лишь при скоростях выше 40-50 км/час.

Величина силы сопротивления воздуха зависит не только от скорости движения, но и от лобовой площади автомобиля, его формы и степени шероховатости поверхности. Факторы, влияющие на величину этой силы, характеризуются коэффициентом сопротивления воздуха, зная который, а также зная площадь лобового сечения, нетрудно определить значения этой силы для различных скоростей движения.

При проектировании новых моделей автомобилей величину лобовой площади и коэффициента обтекаемости берут по аналогии с существующими конструкциями.

Сила сопротивления воздушной среды может быть определена по формуле:

К другим силам, действующим на автомобиль во время движения, относятся: сила тяжести, которая в определенных условиях может даже способствовать увеличению скорости, являясь в этом случае движущей силой, и сила инерции.

Действие силы тяжести хорошо известно каждому из нас. Идя по горизонтальной поверхности, мы не особенно ощущаем ее. Но вот дорога пошла в гору, идти стало труднее, приходится тратить больше сил, чем когда шли по ровной поверхности. На спуске же, наоборот, какая-то дополнительная сила ускоряет наш шаг и приходится прилагать усилие, чтобы замедлить движение, противодействовать этой силе.

На горизонтальном участке дороги сила тяжести не способствует движению и не тормозит его, если, конечно, не считать, что с увеличением самой силы тяжести возрастает сопротивление качению. На подъеме одна из составляющих этой силы, направленной вдоль дороги, как это показано на рис. 24, становится силой сопротивления, затормаживая движение автомобиля. При спуске составляющая силы тяжести, направленная параллельно дороге, помогает автомобилю двигаться, становится движущей силой и очень часто может достичь такой величины, что превзойдет все силы сопротивления по своей величине, а автомобиль под действием этой силы без дополнительных причин начнет двигаться под уклон.

Рис. 24. Действие силы тяжести на подъеме и спуске

Подсчет значения этой силы производится по формуле:

где G_a— полный вес автомобиля, кгс;

Часто подъем на дорогах считается не по величине угла подъема, а в процентах, что соответствует тангенсу угла подъема. Для быстрого перевода одних величин в другие можно воспользоваться номограммой (рис. 25).

Рис. 25. Номограмма перевода значений угла подъема из градусов в проценты и обратно

Действие силы инерции каждый из нас не раз испытывал на себе, совершая поездку на транспорте. При резких изменениях скорости (торможение или ускорение) сила инерции отклоняет нас вперед или назад. Чем резче изменяется скорость, тем больше эта сила.

Точно так же действует сила инерции и на автомобиль: при увеличении скорости она противодействует движению, являясь силой сопротивления разгону, а при замедлении движения выполняет роль движущей силы. При точных расчетах движения автомобиля учитывают как силу инерции массы всего автомобиля, так и силу инерции вращающихся частей автомобиля, ускоряющих или замедляющих свое вращение. Если известно ускорение автомобиля, тогда можно подсчитать значение силы сопротивления разгону по формуле, взяв произведение массы автомобиля и ускорения,

Массу автомобиля при известном его весе нетрудно получить, разделив последний на ускорение силы тяжести.

Таким образом, при движении автомобилю необходимо преодолеть следующие силы сопротивления: сопротивление качению, сопротивление воздушной среды, сопротивление подъему и сопротивление сил инерции.

Когда движущая сила уравновесит все силы сопротивления, движение автомобиля равномерно. Если же величина движущей силы больше суммы всех сил сопротивления, происходит разгон автомобиля, увеличивается его скорость.

Откуда же берется сила, движущая автомобиль? Работы двигателя еще недостаточно, чтобы автомобиль пришел в движение. Всем известно, что и при работающем двигателе автомобиль может оставаться на месте. Чтобы он начал движение, к нему должна быть приложена какая-нибудь внешняя сила. Автомобиль начнет двигаться лишь тогда, когда крутящий момент от двигателя будет подведен к его колесам, а между ними и дорогой возникнет сила трения, которая обеспечивает сцепление колес с дорогой, что, в свою очередь, способствует возникновению внешней силы, заставляющей двигаться автомобиль.

Покажем на примере. Возьмем маленькое колесо, насаженное на ось, и раскрутим его в воздухе. Под действием крутящего момента оно будет вращаться. Но как только раскрученным колесом коснуться поверхности и отпустить ось, колесо покатится.

Конечно, движущая сила должна преодолеть все силы сопротивления. Только тогда возможно движение. А так как эти силы переменные, то при увеличении их должен возрастать и крутящий момент, подводимый к колесам, помощью которого можно изменять реактивную силу. Однако здесь есть предел, вызванный тем, что сцепление колес с дорогой имеет определенные границы. Когда реакция дороги или равная ей движущая сила Р_д достигнут определенной величины, свыше которой сцепление колес с дорогой нарушается, последние начнут проскальзывать. Тем самым подводимый к ведущим колесам крутящий момент не сможет быть использован, и дальнейшее его увеличение приведет лишь к возрастанию проскальзывавания (пробуксовки) ведущих колес.

Значение этой предельной силы можно подсчитать, если нам известен коэффициент сцепления,

Величина коэффициента сцепления зависит в основном от типа и состояния дорожного покрытия. Влияние других причин на изменение коэффициента сцепления можно не учитывать. Средние значения коэффициента сцепления, полученные на основе многочисленных замеров для различных типов дорожного покрытия, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Зная коэффициент сцепления и предполагаемый вес автомобиля, можно определить максимально возможную Движущую силу по сцеплению или, как ее называют автомобилисты, тяговую силу. Приравняв значение тяговой силы на ведущих колесах к силам сопротивления движению автомобиля, получим уравнение тягового баланса

Уравнение тягового баланса позволяет определить тяговую силу, когда известны силы сопротивления движению. С его помощью можно определять динамические качества автомобиля: максимальную скорость, ускорение, время разгона до определенной скорости и путь разгона. Используя это уравнение, можно подобрать двигатель для проектируемого автомобиля, определить сопротивление дороги, которое может преодолеть автомобиль данной конструкции, и максимально возможный подъем. Зная, за счет какой силы движется автомобиль и какие силы ему приходится преодолевать в процессе движения, можно заранее рассчитать его эксплуатационные качества.

Источник