3.2 Лабораторная работа №2 «Исследование условий движения автомобиля по дороге»

Цель работы.

Научиться использовать динамические характеристики как основной показатель тяговых качеств автомобиля при тяговых расчетах на автомобильных дорогах. Ознакомиться с особенностями движения автомобилей по криволинейному продольному профилю.

Содержание и порядок проведения работы.

1. Изучить методику использования динамических характеристик автомобилей при тяговых расчетах на автомобильных дорогах;

2. Ответить на контрольные вопросы;

3. Получить задание у преподавателя для обоснования продольного уклона дороги;

4. Обосновать продольный уклон дороги для смешанного транспортного потока согласно задания профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2003

Исследование условий движения автомобиля по дороге.

График динамических характеристик дает возможность решить ряд задач по исследованию условий движения автомобиля по дороге (рис. 1).

1 .Определение максимального уклона, преодолеваемого при той или иной постоянной («равновесной») скорости движения. Для решения этой задачи на графике динамических характеристик от абсциссы, соответствующей заданной скорости движения V₁, восстанавливают перпендикуляр до пересечения с кривой динамической характеристики.

Ордината этой точки А дает значение динамического фактора D|. равное сумме г, + f + j. Поскольку предусматривается, что движение происходит с постоянной скоростью, равной j= 0 и следовательно, i₁ = D₁ — f.

U₃ U₁ U₄ U₂

Рис. 1. График динамических характеристик, используемый для тяговых расчетов

2.Определение постоянной скорости, с которой автомобиль может преодолеть заданный уклон i₂, при коэффициенте сцепления покрытия <р_х.

Необходимый для выполнения этого условия динамический фактор D₂ = f + i₂. Отложив это значение на оси ординат и найдя соответствующую абсциссу точки В на кривой динамических характеристик, по силе тяги определяют скорость движения V₂.

Поскольку изложенный метод расчета исходит из значения тягового усилия на ведущих колесах, полученный результат необходимо проверить на достаточность сцепления шин с покрытием. Точка на графике расположена выше кривой динамической характеристики по условиям сцепления при коэффициенте v₂ продольного сцепления р_х. Поэтому развиваемое при скорости v₂ тяговое усилие может вызвать буксование и максимальная возможная скорость движения v₃ определится условиями сцепления.

На участках дороги с большим уклоном i₃ движение окажется возможным только на II передаче со скоростью v₄ при условии, что коэффициент сцепления будет более р₂.

В рассмотренных случаях предполагалось, что движение автомобиля происходит при полностью открытой дроссельной заслонке, т.е. что полностью используется сила тяги, которую может развить автомобиль при достаточном коэффициенте сцепления. На участках с малыми продольными уклонами i₄ скорость при этом была бы чрезмерно велика, а движение опасно. Практически водители в зависимости от цели поездки, заданного графика движения, вводимых ограничений скорости или особенностей восприятия ими дорожной обстановки, как правило нереализуют полностью динамических возможностей автомобиля. Изменяя степень открытия дроссельной заслонки, они используют промежуточные значения динамического фактора в зоне, ограниченной кривыми максимальных и минимальных значений динамических характеристик (рис. 2).

Чтобы (рис. I) на участке с уклоном i₄ скорость автомобиля оставалась такой же, как на участке с большим уклоном i₂, достаточно значение динамического фактора D₄. Наблюдения за режимами движения автомобилей на подъемах показали, что большинство водителей используют следующую степень открытия дроссельной заслонки в зависимости от уклона:

Уклон, % ………………. 0-20 20-40 40-70 70

Степень открытия дроссельной 40 50-60 60-85 100

заслонки, % ………………..

П ередача, используемая грузовыми IV.V IV.V III.II I автомобилями ………………..

Рис. 2. К использованию водителем динамического фактора:

1 - кривая динамической характеристики при полном открытии дроссельной заслонки; 2- зона практического использования динамического фактора при неполном открытии дроссельной заслонки; 3- используемое значение динамического фактора при движении с максимальной возможной при полном открытии дроссельной заслонки скоростью Uj, 4- частная динамическая характеристика, используемая при движении со скоростью U₂

Для точных расчетов скорости движения на участках дорог с продольными уклонами необходимо исходить из графиков динамических характеристик, соответствующих разной степени открытия дроссельной заслонки.

З.Определение ускорения, развиваемого автомобилем при разгоне.

При коэффициенте сопротивления качению f, уклоне i и некоторой начальной скорости v ускорение поступательного движения автомобиля (м/с²):

(1)

Где: v - скорость автомобиля, м/с

б_вр - коэффициент влияния вращающихся масс автомобиля

D_v - значение динамического фактора при скорости v

4.0пределение длины пути, на котором при увеличении или уменьшении продольного уклона происходит изменение скорости автомобиля v _i1 до v _i2 , соответствующей новому уклону.

Если, например, автомобиль въезжает на участок с большим продольным уклоном i₂, то из-за избытка его живой силы затрачиваемой на преодоление дополнительного подъема, скорость движения изменяется постепенно. При этом отрицательное ускорение при замедлении постепенно уменьшается. Когда оно уменьшится до нуля, дальнейшее движение происходит с постоянной скоростью. Протяженность участка, на котором вновь устанавливается равновесная скорость, можно определить приближенным способом, принимая ускорение в малых интервалах изменения скоростей постоянным. В начале на основе графика динамических характеристик (рис. 3, а) строят вспомогательную кривую ускорений, вычитая из значений динамического фактора для v_i2 , значения дорожных сопротивлений f + i₂ (рис. 3, б).

Если обозначить в узком интервале скоростей v₁, и v₂ (км/ч) среднее значение ускорения через j₁, то согласно закономерностям равномерно-замедленного движения расстояние, на котором происходит изменение скоростей.

(2)

Р ис. З. Графическое определение пути, на котором устанавливается равновесная скорость:а- график динамических характеристик; б- график ускорений; в- построение для определения длины пути изменения скорости.

Расстояние, на котором происходит изменение скоростей, определяется как сумма расстояний L₁, L₂, ..., рассчитанных для всех выделенных интервалов (рис. 3, в).

Иногда бывает необходимо определить, может ли за счет накопленной инерции автомобиль, входящий на подъем со скоростью V₁, преодолеть короткий участок дороги длиной L с уклоном i_max , превышающим предельный уклон /, найденный по условиям равновесного движения. В конце подъема скорость должна быть не менее v₂.

При постоянной силе тяги двигателя в начале участка живая сила

автомобиля равна , а в конце участка . Потеря в живой силе затрачивается на преодоление дополнительного движению на подъем ( i_max – i ) . Эта работа на пути L составляет LG( i_max – i ). Отсюда:

(3)

Таким образом, длина преодолеваемого по инерции участка с уклоном, превышающим предельный, при равновесной скорости составляет:

(4)

Где: б_вр коэффициент влияния вращающихся частей автомобиля;

v₁, v₂ - скорости автомобиля, км/ч.

Обоснование продольного уклона дороги для смешанного транспортного потока.

При наличии динамических характеристик автомобилей продольный уклон можно определять графо-аналитическим методом.

Для этого необходимо вычислить динамический фактор, выражающий удельную силу тяги автомобиля, которая может расходоваться на преодоление дорожных сопротивлений:

D = f ± i ± бj (5)

Расчет продольного уклон необходимо произвести при равномерном движении автомобиля с постоянной скоростью, поэтому Sj в формуле (1) становится равным нулю, т.е.

D =f ± I (6)

Динамический фактор при определении продольного уклона находят по графикам, изображающим зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля на всех его передачах. Такие графики (рис. 1-3, Приложение 1) принято называть динамическими характеристиками.

Коэффициент сопротивления качению для усовершенствованных покрытий при скоростях движения до 50 км/ч практически не меняется и может быть принят постоянным (при ровном состоянии покрытий), равным 0,007-0,012, а при скоростях свыше 50 км/ч необходимо ввести исправленное значение, применяя эмпирическую формулу:

f_v = f₀ [1+0.01(v – 50)] (7)

Где: f₀ - коэффициент сопротивления качению при скоростях до 50 км/ч;

v - скорость движения автомобиля.

При определении продольного уклона дороги необходимо принять

f₀ =0,010. Тогда по расчетной скорости и динамическим характеристикам находятся значения динамических факторов и вычисляются наибольшие продольные уклоны для автомобилей каждой марки по формуле:

i_max = D – f (8)

Полученные значения динамических факторов, коэффициентов сопротивления качению с поправкой на скорость движения, а также наибольшего продольного уклона записать в таблицу 1.

Для уточнения скоростей движения автомобилей решим обратную задачу - определим дорожные сопротивления, вычислим динамический фактор и по динамическим характеристикам найдем равновесные скорости движения:

D = f_v+I (9)

После этого на графике динамических характеристик находится скорость, которой соответствует это значение динамического фактора.

Результаты расчетов для всех автомобилей записываются в последнюю колонку табл. 3.1.

Таблица 3.1

Марка автомобиля	D,н/н	v, км/ч	fv	imax , ^0/00	Скорость движения при уклоне 30 ^0/0, км/ч

Результаты расчета параметров

Полученное значение наибольшего продольного уклона должно обеспечивать возможность движения автомобилей на подъемах без пробуксовывания. Это условие будет обеспечено, если принятые при расчете продольного уклона динамические факторы, не будут превышать значений динамических факторов, вычисленных по условиям сцепления D_r, которые определяются удельной силой сцепления F_c, возникающей в площади контакта ведущих колес автомобиля с покрытием. Так как F — (в G , то:

(10)

Где: φ₁ - коэффициент продольного сцепления автомобильной шины с поверхностью дорожного покрытия;

G_c - часть веса, приходящаяся на ведущую ось автомобиля (сцепной вес), Н;

G - полный вес автомобиля;

P - сопротивление воздушной среды, Н.

Коэффициентом сцепления называют отношение максимального тягового усилия на колесе к вертикальной нагрузке на покрытие.

Сопротивление воздуха зависит от скорости движения автомобиля v

(км/ч), его лобовой части автомобиля F (м²) и коэффициента обтекаемости К (кг/м³):

(11)

Примерные значения лобовой площади и коэффициентов обтекаемости для автомобилей различных типов указаны в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Типы автомобилей	F,m^2	К, кг/м^3	Типы автомобилей	F,m^2	.£, кг/м^3
Легковые Автобусы	1,6-2,6 3,5-7,0	0,15-0,34 0,42-0,50	Грузовые Автопоезда	3,0-5,3 3,5-8,0	0,55-0,60 0,38-0,80

При расчетах динамических факторов по сцеплению обычно принимают неблагоприятное для движения мокрое и грязное состояние покрытия, при котором коэффициент сцепления равен 0,18 - 0,20. Результаты расчетов сводятся в таблицу 3.3.

Таблица 3.3

Марка автомобилей	G c G	P	P G	Dc	i^cmax , ^0/00

Если i^c_max >i_{max ,} то критерием, определяющим наибольший уклон, при котором обеспечивается движение автомобиля, будет значение уклона, вычисленного из условия достаточной силы тяги.

Контрольные вопросы.

1. Что называют динамическим фактором?

2. Какая разница между динамическим фактором и динамической характеристикой?

3. Какие задачи по исследованию условий движения автомобиля по дороге можно решить с помощью графика динамических характеристик?

4. Каким образом определяется коэффициент сцепления?

5. Каким образом определяется максимальный уклон, преодолеваемый при постоянной («равновесной») скорости движения?

Варианты заданий.

Графики динамических характеристик соответствуют следующим автомобилям:

1 - ВАЗ-21093, ВАЗ-2108; 2 - ГАЗ-31029, ГАЗ-3110; 3 - ВАЗ-21099; ВАЗ-2110; 4 - ГАЗ-53-50, ГАЗ-53 А; 5 - ЗИЛ-431410; 6 - МАЗ-5334; 7 -РАФ-22031; 8 - ПАЗ-3205; 9 - ЛАЗ-42021, ЛАЗ-4202.