Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Metodichka_KR.doc
Скачиваний:
39
Добавлен:
01.04.2015
Размер:
265.73 Кб
Скачать

2.2. Определение параметров автомобиля при подготовке исходных данных

2.2.1. Коэффициент полезного действия трансмиссии. КПД трансмиссии автомобиля является величиной переменной, зависящей от многих факторов: числа и свойств кинематических пар, передающих механическую энергию от коленчатого вала двигателя к ведущим колёсам, передаваемого момента, частоты вращения валов, свойств рабочих жидкостей и смазочных масел в агре­гатах трансмиссии и других факторов. Его можно рассчитать по формуле

тр= 0,96к 0,97l 0,995m,

где к - количество пар цилиндрических шестерён, участвующих в передаче крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам; l - количество пар кони­ческих (гипоидных) шестерён, т - количество карданных шарниров. При от­сутствии необходимых данных о значениях КПД отдельных механизмов транс­миссии значения общего КПД трансмиссии (тр) автомобиля могут быть при­няты в таких пределах:

- легковые автомобили и автобусы особо малого класса - 0,92÷0,94;

- грузовые автомобили и автобусы с колёсной формулой 4х2 и одинарной главной передачей - 0,90÷0,92;

- грузовые автомобили и автобусы с колёсной формулой 4х2 и двойной главной передачей - 0,88÷0,90,

- грузовые автомобили и автобусы с колёсной формулой 4х4 и двойной главной передачей - 0,85÷0,88,

- грузовые автомобили и автобусы с колесной формулой 6х4 и 6х2 и двойной главной передачей - 0,82÷0,85;

- грузовые автомобили 6х6 c двойной главной передачей - 0,80÷0,82. КПД используется для оценки потерь мощности в трансмиссии.

2.2.2. Фактор сопротивления воздуха. Фактор сопротивления воздуха Wв определяется по формуле

Wв = Кв Fа ,

где Кв коэффициент обтекаемости, Нс24;

Fа - площадь Миделева сечения автомобиля, м2.

Площадь Миделева сечения определяют по формуле

Fа = Нг Вг КF ,

где КF - коэффициент использования площади Миделя.

В расчётах значение коэффициента КF может быть принято в диапазоне 0,8÷0,9.

Коэффициент обтекаемости может быть выражен через формулу:

Кв=0,5Сx ρ,

где Сx – безразмерный коэффициент формы;

ρ – плотность воздуха.

Согласно ГОСТ 4401-81, на уровне моря ρ=1,225 кг/м3.

При отсутствии экспериментальных данных по заданному автомобилю в расчётах можно использовать (при угле натекания, равном нулю) следующие средние значения коэффициента сопротивления воздуха Кв и Сx:

Таблица 2

Сx

Кв

Легковые автомобили

0,3÷0,6

0,2÷0,35

Автобусы:

капотной компоновки

вагонной компоновки

0,75÷0,9

0,6÷0,75

0,45÷0,55

0,35÷0,45

Грузовые автомобили:

бортовые

с кузовом фургон

0,9÷1,15

0,8÷1

0,5÷0,7

0,5÷0,6

Автоцистерны

0,9÷1,1

0,55÷0,65

Автопоезда

1,4÷1,55

0,85÷0,95

Гоночные автомобили

0,25÷0,3

0,15÷0,2

Фактор обтекаемости Wв, количественно характеризует аэродинамические качества автомобиля и служит для определения сил и мощностей сопротивле­ния воздуха.

2.2.3. Радиус колеса. При анализе эксплуатационных свойств автомобиля пользуются различными радиусами колеса - номинальным, статическим, дина­мическим и кинематическим. Для движущегося автомобиля речь может идти только о двух радиусах - динамическом и кинематическом. При анализе сило­вых и мощностных параметров взаимодействия колеса с опорной поверхностью (дорогой) необходимо пользоваться понятием динамического радиуса, который ориентировочно можно определить по формуле

,

где - коэффициент широкопрофильности; р - коэффициент радиальной де­формации шин. Для шин среднего и низкого давления принимают р=0,09÷0,14. При этом с повышением размеров шин и давления в них значение р возрастает.

Кинематический радиус колеса определяют как отношение

,

где Vа - скорость автомобиля, м/с; wк - угловая частота вращения колеса, с-1.

Понятием "кинематический радиус колеса" пользуются при анализе ско­ростей и ускорений автомобиля. Его величина изменяется в широких пределах - от нуля (буксование) до бесконечности (юз).

В расчётах можно принимать значения кинематического и динамического радиусов одинаковыми. Размеры шин ш, Вш и ) определяются из маркировки шин, которая приводится в справочной и специальной литературе.

2.2.4. Коэффициент учёта вращающихся масс. Этот коэффициент по­казывает, во сколько раз сила, необходимая для разгона с заданным ускорением как поступательно движущихся масс, так и вращающихся масс автомобиля, больше силы, необходимой для разгона только поступательно движущихся масс. Он рассчитывается по формуле:

;

; ;

где Im - момент инерции маховика двигателя, кг-м2; 

Iк - суммарный момент инерции всех колёс автомобиля, кг-м2;

т - масса автомобиля в пределах от сна­ряженной до полной, кг.

Поскольку значения моментов инерции маховика и связанных с ним де­талей кривошипно-шатунного механизма двигателя не всегда известны, значе­ния коэффициентов 1 , 2 могут быть приняты для автомобилей при номи­нальной нагрузке, в следующих пределах: 1=0,04-0,06; 2=0,03-0,05- Меньшие значения относятся к более тяжелым автомобилям.

Коэффициент учёта вращающихся масс используется при расчёте сил инерции автомобиля.

2.2.5. Распределение массы автомобиля по мостам. Распределение на­грузки по мостам от массы автомобиля необходимо знать для подбора шин и определения по их размерам радиусов колеса - кинематического и динамиче­ского. Для грузовых автомобилей распределение нагрузки между мостами за­висит главным образом от того, на каких дорогах они будут эксплуатироваться. У автомобилей, предназначенных для движения по дорогам I и II категорий, на­грузка, приходящаяся на задний ведущий мост, составляет (0,62-0,7)mа, а у ав­томобилей, предназначенных для движения по дорогам всех пяти категорий, кроме выполненных на шасси легковых автомобилей, составляет (0,7-0,75) mа. Нагрузка на ведущий мост тем больше, чем чаще придется двигаться автомоби­лю по дорогам низших категорий. Увеличение нагрузки улучшает проходи­мость автомобиля, а ее уменьшение повышает грузоподъемность. Это объясня­ется тем, что сила веса, приходящаяся на ведущий мост, ограничена законода­тельством всех стран. В России нагрузка, приходящаяся на задний ведущий (наиболее нагруженный) мост двухосного автомобиля, предназначенного для движения по дорогам 1-2 категорий, не должна превышать 100 кН, на тележку трехосного автомобиля - 180 кН. На ведущий мост двухосных автомобилей, предназначенных для движения по дорогам 3-5 категорий, нагрузка не долж­на превышать 60 кН, на тележку -110 кН, а для двухосных самосвалов - 65 кН.

У легковых автомобилей распределение нагрузки от полной массы по мостам зависит в основном от компоновки: для классической компоновки на задний мост приходится (0,52-0,55) mа; с задним расположением двигателя -(0,56-0,6) mа; у переднеприводных - (0,4-0,45) mа.

Распределение нагрузки от полной массы у автобусов определяется исхо­дя из их назначения.

Зная координаты центра масс, можно для конкретного автомобиля опре­делить силу веса, приходящуюся на передний и задний мосты:

и

где mк1 g и mк2 g - сила веса, приходящаяся соответственно на передний и задний мосты, кН; g - ускорение свободного падения.

Для трёхосного автомобиля с симметричной балансирной подвеской те­лежки можно считать, что силы веса, действующие на второй (mк2 g) и третий (mк3 g) мосты равны: mк2 g= mк3 g . Тогда

где mк2-3 g - суммарная сила веса автомобиля, приходящаяся на тележку, кН; La1 -расстояние между осями симметрии переднего и среднего мостов, м; с - рас­стояние между осями симметрии второго и третьего мостов, м.

В этом случае схема сил трёхосного автомобиля может быть заменена эк­вивалентной схемой двухосного автомобиля с суммарной силой веса, приходя­щейся на ось балансирной тележки, mк2-3 g и базой автомобиля :

Если из справочной литературы известны нагрузки, приходящиеся на пе­редний и задний мосты (тележку), а неизвестны координаты центра масс, то решается обратная задача по их определению.

Продольные координаты центра масс груженого автомобиля а и b при известном распределении полной массы по мостам определяют соответственно по следующим зависимостям:

; ;

Нормальные реакции дороги на колеса переднего (Rz1) и заднего (Rz2) мостов движущегося с ускорением автомобиля или в случае его трогания могут быть больше или меньше, чем сила веса, приходящаяся на соответствующий мост, т.е. динамические реакции не равны статическим нагрузкам:

и ,

где mp1 и mp2 - коэффициенты перераспределения реакций соответственно пе­реднего и заднего мостов.

В тяговом режиме, т.е. в случае, когда продольная реакция на ведущих колёсах положительна, нормальные реакции на колёсах переднего моста (Rz1) всегда меньше, а заднего (Rz2) - всегда больше, чем статические реакции mк1g и mк2g . В соответствии с этим коэффициент динамического перераспределения реакций переднего моста mp1 в тяговом режиме всегда меньше единицы, а зад­него ma g - всегда больше единицы.

В зависимости от решаемой задачи и исходных данных коэффициенты mp1 и mp2 приближённо можно определить по следующим формулам, приве­дённым в табл.2.

Таблица 3

Определение коэффициентов mp1 и mp2

Известный параметр

Формула для определения коэффициента

mp1

mp2

Сила тяги автомобиля Рт

Коэффициент суммарно­го дорожного сопротив­ления

Коэффициент сцепления

шин с дорогой x

Значение координаты центра масс гружёного автомобиля hц по высоте находят в специальной и справочной литературе. Если таких данных нет, то можно пользоваться ориентировочными значениями положения центра масс по высоте, которые находятся в пределах:

- для грузовых автомобилей hц = (0,3-0,35)La;

- для легковых автомобилей hц = (0,2-0,25) La;

- для автобусов hц = (0,35-0,38) La.

На дорогах с искусственным покрытием максимальное значение коэф­фициента mp2 и минимальное mp1 достигают при разгоне автомобиля с макси­мальным ускорением. В этих условиях предельные значения коэффициентов для автомобилей различных типов в гружёном и незагруженном состоянии на­ходятся в пределах: mp1 = 0,7-0,9; mp2 = 1,1-1,3. О нахождении коэффициентов суммарного дорожного сопро­тивления и коэффициента сцепления шин с дорогой x будет сказано в под­разделе 2.3. Коэффициенты mp1 и mp2 будут использованы при расчете и по­строении динамической характеристики и динамического паспорта автомобиля.

2.3. Определение возможности движения автомобиля

При анализе возможности движения автомобиля строят динамический паспорт автомобиля. Для этого к динамической характеристике достраивают номограмму нагрузок и график контроля буксования. При этом заданными яв­ляются:

1. Уклон (подъём) дороги i (для определения коэффициента суммарного дорожного сопротивления );

2. Тип и состояние дороги (для определения коэффициента сцепления шин с дорогой x).

С учетом найденных значений и x по динамическому паспорту опре­деляют передачу в КП и максимальную скорость, с которой порожний и полно­стью гружённый автомобиль может (или не может) двигаться на подъеме при полной подаче топлива для двух вариантов:

I. Дорога - мокрое асфальтобетонное шоссе; подъем 10%.

II. Дорога - снежный накат; подъем 10 %.

2.3.1. Коэффициент суммарного дорожного сопротивления. Он опре­деляется выражением

= f cos sin ,

где f - коэффициент сопротивления качению эластичных шин автомобиля; - уклон (подъём) дороги в градусах ({+} - подъём, {-} - уклон).

В теории автомобиля принято измерять подъём (уклон) не в градусах, а в долях радиана (один радиан равен 57,3°). В дорожном строительстве изменение вертикального профиля дороги обозначают уклоном в процентах. Связь между этими параметрами для малых углов приведена в табл. 3.

Таблица 4

Значения параметров вертикального профиля дороги

Параметр

Значения параметра

, град

5

10

15

20

, рад

0,087

0,174

0,262

0.349

tg

0,087

0,176

0,268

0,363

sin

0,087

0,174

0,258

0,342

Уклон, %

8,7

17,4

26,2

34,9

i

0,087

0,174

0,262

0,349

На основании анализа приведённых данных можно сделать вывод, что для малых углов подъёма (уклона), свойственных большей части автомобиль­ных дорог, значения tg и sin незначительно отличаются от угла . Следова­тельно, можно записать

  tg sin i

где i - уклон дороги в долях радиана.

Уклон в процентах в дорожном строительстве получают умножением значения i на 100 %. Например, уклон в 16 % соответствует углу = 0,16 рад (i = 0,16) или

 = arctg = arcsin = 9,15°.

Связь между углами и (i) может быть выражена зависимостью = 57,З

Принимая для малых углов уклона дороги cos i, коэффициент сум­марного дорожного сопротивления рассчитывают по формуле

= f sin = f tg(tg) = f i .

На коэффициент сопротивления качению оказывают влияние различные факторы: тип и конструкция шины, её техническое состояние, вертикальная на­грузка и горизонтальная реакция, тип и состояние дорожного покрытия, давле­ние воздуха в шине, скорость движения автомобиля и др. Считая техническое состояние шины хорошим, а давление воздуха соответствующим норме, при анализе тягово-скоростных свойств автомобиля учитывают влияние скорости движения на коэффициент сопротивления качению по формуле

,

где Va - скорость движения автомобиля, м/с;

f0 - коэффициентов сопротивления качению при малых скоро­стях.

Значения коэффициентов сопротивления качению шин для различных типов дорог приведены в табл. 5.

Таблица 5

Коэффициенты сопротивления качения

Тип и состояние дороги

Значение коэффициента f0

С асфальто- и цементо-бетонным

покрытием:

в отличном состоянии

в удовлетворительном состоянии

0,007÷0,015

0,015÷0,02

Булыжная мостовая

0,025÷0,030

С гравийным покрытием

0,02÷0,025

Грунтовая дорога:

сухая укатанная

после дождя

0,025÷0,030

0,050÷0,15

Песок:

сухой

сырой

0,10÷0,30

0,06÷0,15

Укатанный снег

0,03÷0,05

Рыхлый снег

0,10÷0,30

Обледенелая дорога, лед

0,015÷0,03

При выполнении работы могут быть заданы уклон дороги, тип и состояние дорожного покрытия либо категория дороги. Для дорог различных категорий значения коэффициентов сопротивления качению при малых скоро­стях (f0), уклонов (i) и коэффициентов суммарного дорожного сопротивления () могут быть взяты из табл. [4].

2.3.2. Коэффициент сцепления шин с дорогой. При определении усло­вий движения автомобиля в тяговом режиме необходимо найти максимальное значение горизонтальной реакции Rx max, которая будет равна силе сцепления колеса с дорогой Рсц. Отношение силы сцепления к вертикальной реакции, дей­ствующей на колесо, называется продольным коэффициентом сцепления шин с дорогой и обозначается x .

При увеличении тягового момента на колесе наблю­дается деформация шины и частичное проскальзывание в пятне контакта тины с дорогой. Это явление оценивается коэффициентом буксования, который оп­ределяется формулой:

где VТ и VД - теоретическая и действительная скорость движения автомобиля, м/с.

Эти скорости определяются:

VТ = к rк0 и VД = к rк ,

где к - угловая частота вращения колеса, rк0 - радиус качения колеса в свободном режиме движения, м; rк - кинематический радиус колеса в тяговом режиме, м.

Следовательно,

С учетом неравенства rк0 и rк (кроме свободного режима движения) ко­эффициент буксования изменяется от 0 до 100 %.

При увеличении коэффициента буксования шины коэффициент сцепле­ния x возрастает, достигая максимума при = 20÷25 %. При дальнейшем уве­личении коэффициента буксования коэффициент сцепления уменьшается. При полном буксовании ведущих колёс ( =100 %) значение x может быть на 10÷15 % меньше максимального. Коэффициент x определяется опытным пу­тём. В табл. 6 приведены средние значения коэффициентов продольного сцепления при оптимальном и 100 %-ном скольжениях.

Большое влияние на коэффициент x оказывает рисунок протектора. Про­тектор шин легковых автомобилей имеет мелкий рисунок, обеспечивающий хорошее сцепление с твёрдым покрытием. У шин грузовых автомобилей рису­нок протектора крупный, с широкими и глубокими впадинами. Такие шины врезаются в грунт, улучшая проходимость автомобиля. При эксплуатации ши­ны выступы истираются и уменьшается коэффициент сцепления, причём на до­рогах с недостаточной шероховатостью он может снизиться до 0,2÷0,25. Недос­таточная величина коэффициента сцепления является причиной многих дорожно-транспортных происшествий.

Таблица 6

Значения коэффициентов сцепления шин с дорогой φx

Тип и состояние дороги

φXmax

φX100

Сухой асфальт и бетон

0,8÷0,9

0,7÷0,8

Мокрый асфальт

0,5÷0,7

0,45÷0,6

Мокрый бетон

0,75÷0,8

0,65÷0,7

Гравий

0,55÷0,65

0,5÷0,55

Грунтовая дорога:

сухая

мокрая

0,65÷0,7

0,5÷0,55

0,6÷0,65

0,4÷0,5

Уплотненный снег

0,15÷0,2

0,15

Лед

0,1

0,07

Для обеспечения безопасности движения его величина не должна быть менее 0,4. Поэтому правилами дорожного движения предусмотрено запрещение эксплуатации автотранспорта при уменьшении остаточной глубины рисунка протектора ниже определённых норм: грузовых автомобилей - 1,0 мм; автобу­сов - 2,0 мм; легковых автомобилей - 1,6 мм.

По результатам анализа необходимо сделать выводы о том, что нужно сделать для обеспечения возможности движения автомобиля в заданных усло­виях.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]