Тяговый баланс автомобиля

При движении автомобиля тяговая сила на ведущих колесах и каждый данный момент равна сумме внешних сил сопротивления, т. е. силе сопротивления качению, силе сопротивления воздуха, силе сопротивления подъему и силе сопротивления разгону.

Максимальная тяговая сила достигается на первой передаче. На каждой из передач тяговая сила имеет максимальное значение при определенной скорости, снижаясь далее с повышением скорости движения.

Такой характер изменения тяговой силы определяется характером изменения крутящего момента Ме двигателя в зависимости от скорости вращения коленчатого вала.

Если на рис. 139 провести кривую, соответствующую силе сопротивления качению, от нее отложить значения силы сопротивления воздуха и провести кривую сумму этих сил, то получим график тягового баланса автомобиля.

Этот график показывает, что, например, при скорости υ1, отрезок аб равен силе Рƒ сопротивления качению, отрезок бв—силе Рw сопротивления воздуха, следовательно, отрезок ав равен сумме сил Рƒ и Pw.

Рис.139. График тягового баланса автомобиля ЗИЛ-130: I-V-кривые тяговой силы на первой, второй, третьей, четвёртой и пятой передачах коробки передач

Так как кривая суммы сил сопротивления движению в точке в пересекает кривую тяговой силы Рk, на V передаче, то в этой точке тяговая сила полностью затрачивается на преодоление сил сопротивления качению и сопротивления воздуха, т. е. автомобиль движется равномерно с максимальной возможной скоростью при заданных дорожных условиях (заданном коэффициенте сопротивления качению).

При скорости υ2 отрезок ав тоже равен сумме сил Pƒ и Рw, но в данном случае тяговая сила Рk больше указанной суммы сил. Отрезок вг представляет собой запас Рз тяговой силы, который может быть использован на ускорение движения автомобиля, преодоление подъёма и буксирование прицепа.

Таким образом, график тягового баланса автомобиля может быть использован для решения практических задач, т. е. для определения максимальной скорости движения автомобиля, максимального угла подъема дороги, веса буксируемого прицепа и ускорения автомобиля при разгоне.

При заданной скорости по графику ( см. рис. 139 ) определяем запас тяговой силы, который равен 240 кГ. Приближенно можно принять, что этот запас тяговой силы затрачивается на преодоление сопротивления движению прицепа.

Рз = 0,06·Gп =240 кГ, где Gп — полный вес прицепа.

2. Определим при той же скорости (35 км/ч) максимальную величину подъема, преодолеваемого автомобилем на пятой передаче.

Выше было указано, что сила сопротивления подъему равна произведению веса автомобиля на уклон i дороги. Тогда, приравнивая запас тяговой силы силе сопротивления подъему, получим

Рз = 240 = Gа, i, где Gа — полный вес автомобиля.

Источник

Тяговый баланс автомобиля

Кинематическая схема КПП и ГП.

Расчет сил тяги на колесах для каждой передачи – F_ki производится по формуле:

, [Н]

КПД трансмиссии автомобиля определяется на основании потерь мощности на трение:

h_тр = 0,98 К ×0,97 L × 0,99 M

Для определения К,L,M необходимо использовать кинематическую схему автомобиля, данные заносим в таблицу 2.

Передачи	K	L	M	hтр
I	2	1	3	0,904
II	2	1	3	0,904
III	2	1	3	0,904
IV	0	1	3	0,9412

Передаточное число трансмиссии автомобиля определяется как произведение:

Для определения этих значений также воспользуемся кинематической схемой автомобиля, полученные значения занесем в таблицу 3.

UКПП	UРК	UГП	UТР
I	6,55	40,4135
II	3.09	19,0653
III	171	10,5507
IV	1,00	6,17

r_к = 1,04 × 0,465 = 0,4836 [м]

, [км/ ч]

Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля, рассчитанные для каждой передачи, заносим в таблицу 4.

Таблица 4. Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на четырех передачах

Далее определяем силы сопротивления качению колес автомобиля по дорожному покрытию, используя выражение:

, [Н]

Величина коэффициента сопротивления качению колеса – f, зависит от скорости автомобиля. Для его определения используют выражение, предложенное Б.С. Фалькевичем:

Коэффициент сопротивления качению колеса автомобиля рассчитываем для двух типов дорог с асфальтобетонным покрытием и для грунтовой дороги.

f ₀ = 0,018- коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону;

Для расчета действующей на автомобиль силы сопротивления воздуха воспользуемся выражением вида:

, [Н]

К_в – коэффициент обтекаемости формы автомобиля;

S_x–площадь проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную продольной оси, [м 2 ].

При известном значении безразмерного коэффициента аэродинамического сопротивления С_х = 0,91 можно легко определить значение коэффициента обтекаемости К_в по выражению, предложенному академиком Е.А. Чудаковым:

К_в = 0,5 × 0,91 × 1,225 = 0,557375 [кг/м 3 ]

Для нахождения площади Миделя автомобиля S_x воспользуемся выражением:

Ва = 1,630 [м] – колея передних колес

S_x =1,630 × 2,905 = 4,73515 [м 2 ]

На графике тягового баланса должны быть нанесены линии, показывающие предельные величины сил сцепления ведущих колес, полностью загруженного автомобиля с дорогой, при следующих значениях коэффициента сцепления:

Значения предельных сил сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой определяются по формуле:

Сила сцепления при ведущей задней оси:

Fсц, Н	Коэффициент сцепления
45636,12	0,8
34227,09	0,6
22818,06	0,4
11409,03	0,2

График тягового баланса (Приложение) строим на основе данных, таблиц 4 и 5. На графике отмечаем два значения максимальных скоростей движения автомобиля V_{a max.} на дороге с асфальтобетонным покрытием для двух высших передач.

Таблица 5. Рассчитанные значения сил сопротивления движению заносим в таблицу 5.

Источник

Расчет тягового баланса автомобиля

Движение автомобиля по дороге возможно только в том случае, если сила тяги, развиваемая на ведущих колесах автомобиля, больше или равна сумме сил дорожных сопротивлений. Если величина силы тяги P_Т превышает сумму сил дорожных сопротивлений, то этот запас используется либо на ускорение автомобиля, либо на буксировку автомобилем дополнительного груза. Математически это положение описывается с помощью уравнения тягового баланса автомобиля. Уравнение тягового баланса автомобиля имеет следующий вид

Уравнение тягового баланса автомобиля проще и наглядней решать графическим способом, при котором строим графики зависимости каждого из слагаемых уравнения от скорости движения автомобиля, и производим сравнение положения точек кривой с положением точек суммарной кривой Р_Ψ и Р_W.

Для построения графика зависимости силы тяги Р_Т на ведущих колесах автомобиля от скорости его движения используется выражение 13

, Н (13)

где М_е— вращающий момент на выходном конце коленвала двигателя при соответствующей его частоте вращения, Нм;

Скорость движения автомобиля при различных частотах вращения коленвала двигателя определяется по формуле-14

, км/ч (14)

Значения сил тяги Р_Т и скоростей автомобиля V следует определять для частот вращения коленвала двигателя n_е, которые являются границами интервалов при разбиении всего диапазона частот вращения коленвала, проделанного в п. 1.2.2. Результаты расчетов по формулам 13 и 14 представляем в виде таблицы-5.

Таблица 5 – Расчет сил тяги на ведущих колесах проектируемого автомобиля и его скоростей движения

ne, об/мин	500	1000	1500	2000	2500	3000
Me	433,6	467	478	467	435	382,2
PTI	26879,2	28949,7	29631,6	28949,7	26966,0	23692,8
VI	2,6	5,2	7,8	10,3	13	15,5
PTII	14279,6	15379,5	15741	15379,5	14325,7	12586,8
VII	4,9	9,7	14,6	19,5	24,3	29,2
PTIII	7978,2	8592,8	8795,2	8592,8	8004	7032,5
VIII	8,7	17,4	26,1	34,8	43,5	52,2
PTIV	4162,6	4483,2	4588,8	4483,2	4176	3669,12
VIV	16,5	33	49,5	66	85	99

По рассчитанным значениям Р_Т и V строим график изменения силы тяги на ведущих колесах автомобиля в зависимости от его скорости движения. Пример графика приведен на рисунке-3.

Для построения графика зависимости силы сопротивления дороги Р_Ψ от скорости движения автомобиля V используется формула

где Ψ- коэффициент сопротивления дороги (Ψ = i+ƒ);

Таким образом, формула для определения силы сопротивления дороги Р_Ψ приобретает вид формулы-15

, (15)

Сила сопротивления воздуха Р_W движению автомобиля определяется по формуле-16

, (16)

где k и F-коэффициент обтекаемости автомобиля и лобовая площадь автомобиля соответственно, значения которых принимались ранее в п. 1.2.1.

Так как и сила сопротивления дороги Р_Ψ и сила сопротивления воздуха Р_W зависят от изменения скорости автомобиля, то задаваясь 5-ю 6-ю различными значениями скорости V (предпочтительны значения скоростей из таблицы 2, развиваемые на различных передачах) подсчитываем значения сил сопротивления движению для этих значений скорости. Результаты расчета представляем в виде таблицы-6.

Таблица 6 – Расчет сил сопротивления движению проектируемого автомобиля по горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием

V, км/ч	2,6	15,5	29,2	52,2	85	99
РΨ, Н	1051,1	1064	1096	1194,2	1431	1566
РW, Н	1,07	38,1	135,1	432	1145	1553,1

По рассчитанным значениям сил Р_Ψ и Р_W строим кривую зависимости суммарной силы сопротивления движению автомобиля Р_Ψ + Р_W от скорости движения автомобиля для чего:

— строим кривую зависимости силы сопротивления дороги Р_Ψ от скорости V;

— от точек кривой Р_Ψ =ƒ(V) откладываем ординаты кривой Р_W =ƒ(V) и после соединения точек плавной линией получаем кривую Р_Ψ + Р_W =ƒ(V).

Нанесенные на одном графике кривые Р_Т =ƒ(V), Р_Ψ =ƒ(V) и Р_Ψ + Р_W =ƒ(V) представляют собой графическое решение уравнения тягового баланса проектируемого автомобиля.

На графике, в точке оси V, соответствующей максимальной скорости движения автомобиля V_max, должно быть либо Р_Т = Р_Ψ + Р_W (кривые пересекаются), либо Р_Т > Р_Ψ + Р_W (кривая Р_Т проходит выше Р_Ψ + Р_W). Пример графика тягового баланса автомобиля приведен на рисунке 3.

Рисунок 3 – График тягового баланса проектируемого автомобиля

Источник

Расчет тягового баланса автомобиля

Силовой баланс автомобиля выражается зависимостью:

, H (1.10)

Тяговая сила на ведущих колёсах для каждой скорости вращения коленчатого вала определяется, как:

, H (1.11)

Для первой передачи:

, H

Для m – ной передачи:

, H

где M_e – крутящий момент на валу двигателя при соответствующих оборотах (или скорости движения автомобиля ).

Тяговая сила на ведущих колесах для первой передачи:

Также определяем P_k для остальных передач.

Скорость движения автомобиля определяется по формуле:

, км/ч (1.12)

Для первой передачи:

, км/ч

Для m – ной передачи:

, км/ч

Скорость движения автомобиля на первой передачи:

Далее определяем V на второй, третей и четвертой передачах.

ne, об/мин	900	1700	2500	3300	4100	4900
Me, Н∙м	106,2	109,4	112,2	109,2	98,4	81,9
Pk1, Н	3387	3489	3578	3482	3138	2612
V1, км/ч	9,6	21,3	32,9	44,7	56,4	67
Pk2, Н	2636	2715	2785	2710	2442	2033
V2, км/ч	12,3	27,3	42,4	57,4	72,4	86,1
Pk3, Н	2444	2518	2582	2513	2265	1885
V3, км/ч	13,2	29,5	45,7	61,9	78,1	92,8
Pk4, Н	1598	1646	1688	1643	1480	1232
V4, км/ч	20,3	45,1	69,9	94,7	119,5	142,1

Сила сопротивления дороги:

, Н (1.13)

– вес автомобиля;

Для расчетов принимается i =0, (1.14)

Сила сопротивления воздуха движению автомобиля:

, Н (1.15)

, H

где k=0,3 Нс 2 /м 4 – коэффициент обтекаемости автомобиля;

F – лобовая площадь автомобиля.

; (1.16)

где B_a – габаритная ширина;

H_a – высота автомобиля.

Силы сопротивления движению автомобиля зависит от скорости движения машины, поэтому P _ψ + P_w можно подсчитать при придельных значениях V и данные свести в таблицу 3.

Скорость движения автомобиля, км/ч	0	25	50	75	100	120	142
Pψ, Н	153,6	158,4	172,8	196,8	230,4	264,2	308,5
Pw, Н	0	28,56	103,84	233,65	415,4	598,2	837,6

Расчет мощностного баланса автомобиля

Мощностной баланс автомобиля в общем, виде можно представить как:

, (1.17)

где N_k – мощность, подводимая к ведущим колеса автомобиля, кВт;

N_e – мощность, на коленчатом валу двигателя, кВт;

N_f – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению, кВт;

N_i – мощность, затрачиваемая на преодоление подъёма, кВт;

N_w – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт;

, кВт (1.18)

, кВт (1.19)

, кВт (1.20)

, кВт (1.21)

где V – скорость автомобиля, км/ч.

Для первой передачи:

кВт

кВт и так далее.

кВт

кВт и т.д.

кВт

кВт и т.д.

Таким же образом находим все остальные мощности для каждой передачи. После выполнения расчетов составляющих мощностного баланса результаты заносятся в таблицу 4.

Число оборотов двигателя n_e

Мощность двигателя N_e,кВт

Мощность на ведущих колесах N_k,об/мин

Источник