5.3. Визначення оптимальної маси автопоїзда з тягачем Урал-375д

Оптимальну для заданих дорожніх умов масу автопоїзда М_опт визначаємо за допомогою показника W_Q, ткм/(лгод) – умовної питомої продуктивності, яка дорівнює відношенню продуктивності автопоїзда М_апV_апт (М_ап – повна маса автопоїзда, кг; V_апт – технічна швидкість автопоїзда на маршруті, м/с) до кількості витраченого ним на маршруті палива Q. Для цього обчислюємо умовну питому продуктивність автопоїзда на заданому маршруті для 5…6 розрахункових значень повної маси автопоїзда М_ап в інтервалі

_,

де М_ап1 = М_а = 13025 кг – повна маса автомобіля Урал-375Д за технічною характеристикою;

М_ап max – максимальна повна маса автопоїзда з тягачем Урал-375Д, кг, визначена з умови подолання максимального опору дороги на заданому маршруті;

ξ – номер розрахункового значення повної маси автопоїзда,

та знаходимо таке значення його повної маси, за якого умовна питома продуктивність найбільша. Ця маса автопоїзда для заданих дорожніх умов буде оптимальною М_опт з точки зору використання тягових властивостей автомобіля Урал-375Д.

5.3.1. Побудова динамічної характеристики автомобіля-тягача Урал-375д

Для побудови динамічної характеристики автомобіля-тягача Урал-375Д перш за все визначаємо параметри швидкісної зовнішньої характеристики його двигуна: для декількох поточних значень кутової швидкості колінчастого вала _i, рад/с, знаходимо поточні значення потужності N_i за емпіричною формулою

N_i = N_max кВт,

та поточні значення крутного моменту М_к i двигуна за формулою

М_к i = 1000 Hм

Тут _N – кутова швидкість колінчастого вала двигуна, при якій досягається його максимальна потужність (за технічною характеристикою автомобіля), рад/с;

а, b та с – емпіричні коефіцієнти.

Покладаючи c = 1, визначаємо a та b за відомими із технічної характеристики автомобіля частотами обертання колінчастого вала двигуна n_N та n_M, при яких досягається відповідно максимальна потужність та максимальний крутний момент:

b = 2 = 2 = 1,185,

a = 2 – b = 2 – 1,185 = 0,815.

Для розрахунку вибираємо 8 значень _і у межах від мінімальної кутової швидкості колінчастого вала двигуна _min = 80 рад/с до кутової швидкості _N, при якій досягається максимальна потужність двигуна.

У технічній характеристиці автомобіля Урал-375Д наведено не кутову швидкість _N, рад/с, а частоту обертання n_N, об/хв. Тому слід обчислити _N:

_N = = = 335 рад/c.

Тоді, наприклад, при ω₄ = 200 рад/с:

N₄ = N_max = = 132,4 = 97,2 кВт;

М_к 4 = 1000 = 1000 = 486,0 Hм.

Результати розрахунків заносимо в таблицю 5.1.

Таблиця 5.1 – Параметри швидкісної зовнішньої характеристики двигуна

ωі, рад/с	80	120	160	200	240	280	320	335
ωі/ωN	0,239	0,358	0,477	0,597	0,716	0,835	0,955	1
Ni, кВт	37,4	58,3	79,0	97,2	114,1	125,8	131,9	132,4
Мк і, Hм	466,9	485,9	493,7	486,0	475,4	449,4	412,1	395,1

Значення динамічного фактора розраховуємо за формулою:

D_ij = ,

де Р_pij – поточне значення сили тяги на ведучих колесах, Н, на j-ій передачі для і-ого значення кутової швидкості колінчастого вала двигуна;

Р_Wij – поточне значення сили опору повітря, Н, на тій же передачі та при тому ж значенні кутової швидкості колінчастого вала;

G_a – сила тяжіння від повної маси автомобіля, Н.

Оскільки на автомобілі встановлено п’ятиступінчасту коробку передач, j = 1…5. Згідно з кількістю поточних значень кутової швидкості колінчастого вала, вибраних при розрахунку швидкісної зовнішньої характеристики двигуна, і = 1…8.

G_a = 130259,8 Н = 127645 Н, де М_а = 13025 кг – повна маса автомобіля Урал-375Д (за його технічною характеристикою).

Числові значення сил Р_p та Р_W визначаємо як

P_pij = ,Н,

P_Wij = 0,5c_x_повFV_аij², Н,

де М_к i – поточні значення крутного моменту двигуна за його швидкісною зовнішньою характеристикою (табл. 5.1);

U_кj – передаточне число j-ої передачі в коробці передач. За технічною характеристикою U_к1 = 6,17; U_к2 = 3,4; U_к3 = 1,79; U_к4 = 1,0; U_к5 = 0,78;

U_дк – передаточне число додаткової коробки. Згідно з технічною характеристикою, нижче передаточне число встановленої на автомобілі додаткової (роздавальної) коробки U_{дк н} = 2,15; вище – U_{дк в} = 1,3;

U₀ – передаточне число головної передачі; за технічною характеристикою автомобіля U₀ = 8,9;

_тр – коефіцієнт корисної дії (ККД) трансмісії автомобіля; із таблиці 4.3 для вантажного автомобіля з колісною формулою 66 приймаємо _тр = 0,78;

c_x – безрозмірний коефіцієнт аеродинамічної сили; для вантажного бортового автомобіля з кабіною за двигуном при розрахунках можна прийняти c_x = 1,0, а значення c_x для автопоїзда перевищуватимуть значення цього коефіцієнта для одиночного автомобіля на 20 %, тобто вже при виконанні розрахунків для побудови динамічної характеристики автомобіля-тягача будемо користуватися значенням c_x = 1,2;

_пов – густина повітря, г/см³, _пов = 1,225 г/см³;

F – площа проекції автомобіля-тягача на площину, перпендикулярну його поздовжній осі, м²;

F = ВН_а,

де В = 2,0 м – колія автомобіля-тягача (за технічною характеристикою),

Н_а = 2,68 м – габаритна висота автомобіля-тягача (за технічною характеристикою).

V_аij – швидкість автомобіля на j-ій передачі у коробці передач при і-ому поточному значенні кутової швидкості колінчастого вала двигуна. З урахуванням передачі у роздавальній коробці значення швидкостей V_аij знаходимо за формулою

V_аij = , м/с.

Динамічний радіус r_д та радіус кочення r_к колеса приймаємо такими, що дорівнюють указаному в ГОСТ 8430 статичному радіусу r_cт встановлених на автомобілі шин 370 – 508, тобто r_д = r_к = r_cт = 0,555 м.

Для прикладу наведемо обчислення динамічного фактора автомобіля, який рухається на 3-ій передачі коробки передач і нижчій передачі роздавальної коробки при кутовій швидкості колінчастого вала двигуна ω₄ = 200 рад/с:

= 3,240 м/с,

23595 Н,

41,3 Н,

= 0,174.

Значення величин V_а та D розраховуємо для кожної передачі у додатковій коробці і в коробці передач при всіх вибраних значеннях кутової швидкості колінчастого вала двигуна. Результати розрахунків зведено до таблиці 5.2.

За результатами розрахунків будуємо динамічну характеристику автомобіля-тягача – першу частину комплексного графіка, який буде використано для визначення розрахункових значень повної маси та конструкційних швидкостей автопоїзда з тягачем Урал-375Д (рисунок 5.2).

Таблиця 5.2 – Результати розрахунків швидкості та динамічного фактора автомобіля-тягача

Передача у коробці		Величина	Числові значення
розда­вальній	основ­ній	ωі, рад/с	80	120	160	200	240	280	320	335
Нижча Uдк н	І Uк1	Vаі1, м/с	0,376	0,564	0,752	0,940	1,128	1,316	1,504	1,575
		Dі1	0,539	0,576	0,598	0,605	0,597	0,574	0,537	0,519
	ІІ Uк2	Vаi2, м/с	0,682	1,023	1,364	1,706	2,047	2,388	2,729	2,858
		Di2	0,297	0,317	0,329	0,333	0,329	0,316	0,295	0,285
	ІІІ Uк3	Vаi3, м/с	1,296	1,944	2,592	3,240	3,888	4,537	5,185	5,429
		Di3	0,156	0,167	0,173	0,174	0,172	0,165	0,154	0,148
	IV Uк4	Vаi4, м/с	2,320	3,480	4,640	5,800	6,961	8,121	9,281	9,719
		Di4	0,087	0,092	0,095	0,095	0,093	0,089	0,081	0,078
	V Uк5	Vаi5, м/с	2,974	4,462	5,949	7,437	8,924	10,41	11,89	12,46
		Di5	0,067	0,071	0,073	0,073	0,070	0,065	0,058	0,055
Вища Uдк в	І Uк1	Vаi1, м/с	0,621	0,932	1,243	1,554	1,865	2,176	2,487	2,605
		Di1	0,326	0,348	0,361	0,365	0,361	0,347	0,324	0,313
	ІІ Uк2	Vаi2, м/с	1,128	1,693	2,257	2,821	3,386	3,950	4,514	4,727
		Di2	0,179	0,191	0,199	0,201	0,198	0,190	0,177	0,171
	ІІІ Uк3	Vаi3, м/с	2,143	3,215	4,287	5,359	6,431	7,503	8,575	8,980
		Di3	0,094	0,100	0,103	0,104	0,102	0,097	0,089	0,086
	ІV Uк4	Vаi4,м/с	3,837	5,756	7,675	9,593	11,51	13,43	15,35	16,07
		Dі4	0,051	0,054	0,054	0,053	0,050	0,044	0,037	0,034
	V Uк5	Vаi5, м/с	4,919	7,379	9,839	12,29	14,75	17,21	19,67	20,60
		Di5	0,039	0,040	0,039	0,036	0,031	0,025	0,016	0,012