Силы сопротивления движению трактора

Рассмотрим движение двухосной колесной машины с задними ведущими колесами на подъем, оцениваемый углом α, с переменной скоростью V (Рис. 3.1).

Рис. 3.1 Схема сил, действующих на машину

На машину действует сила тяжести Р_т ,направленная вертикально вниз и приложенная в центре масс с координатами:

h – высота центра масс,

Х_цм -продольная координата (расстояние до оси задних ведущих колес). Р_т = gm_э

m_э –эксплуатационная масса машины.

Разложим силу тяжести на две составляющие:

gm_эCosα – направлена нормально к опорной поверхности,

gm_эSinα– направлена параллельно опорной поверхности.

Со стороны опорной поверхности на колеса действуют нормальные реакции:

Р_уп– на передние колеса, смещенные вперед от оси колеса на расстояние Х_пвследствие деформации шин и опорной поверхности,

Р_уз– на задние колеса, смещенные вперед на расстояние Х_з.

К колесу приложен ведущий момент М_к. В результате взаимодействия ведущего колеса с опорной поверхностью появляется толкающая реакция дороги Р_хз, направленная в сторону движения колеса. Вследствие деформации шин и опорной поверхности на передние колеса действует касательная реакция дороги Р_хп, направленная в сторону, противоположную движению.

1. Сила сопротивления подъему

Продольная составляющая силы тяжести является силой сопротивления подъему: Р_под = gm_эSinα

В случае движения под уклон она превращается в движущую силу.

Сила сопротивления качению

Вследствие нормальной деформации опорной поверхности и шин на передних колесах возникает касательная реакция (сила сопротивления качению) Р_хп = Р_fп = f_пР_уп.

На задние колеса действует сила сопротивления качению Р_fз = f_зР_уз.

Суммарная сила сопротивления качению Р_f = P_fп + P_fз = f_пР_уп + f_зР_уз = fgm_эcosα,

считая, что f_п = f_з = fи Р_уп + Р_уз = gm_эCosα.

Cила сопротивления дороги

Сила сопротивления подъему зависит от массы машины, но определяющим фактором является угол подъема дороги. Если α = 0, то и Р_под = 0. Сила сопротивления качению также зависит от массы, но определяющим фактором , в данном случае, является состояние опорной поверхности. Если при движении машины по дороге с асфальтобетонным покрытием f = 0,016, то при движении по вспаханному полю f = 0,16.

В связи с этим, целесообразно рассматривать суммарную силу дорожного сопротивления

Р_дор = Р_под + Р_f = gm_эSin α + fgm_эCosα.

Обозначим (fCosα + Sinα) =К_дори назовем эту величину приведенным коэффициентом дорожного сопротивления. Тогда Р_дор = К_дорgm_э.

3. Сила сопротивления воздуха

Тракторы имеют относительно малые скорости движения, поэтому при расчетах сопротивлением воздуха, обычно, пренебрегают. В суммарном сопротивлении движению автомобиля сила сопротивления воздуха составляет существенную часть. Так, при движении по городскому циклу (средняя скорость 12…15м/с) она достигает 8%, при скоростях 22…25м/с – до 30%, при скорости 30м/с и более – свыше 50%. Сила сопротивления воздуха обусловлена несколькими факторами:

- профильное сопротивление,

- пограничное трение,

- внутреннее сопротивление.

Профильное сопротивление (сопротивление формы) может составлять до 80% всех аэродинамических сопротивлений. Оно обусловлено разностью между повышенным фронтальным давлением, возникающим перед автомобилем, и пониженным давлением позади него, вызванным завихрениями воздуха. Кроме формы кузова в целом, большое влияние на сопротивление воздуха оказывают капот, крыша, крылья, ветровое стекло, боковые стекла и др. Существенное дополнительное сопротивление создают различные выступающие части – фары, указатели поворотов, ручки дверей, стеклоочистители, багажник, номерной знак и пр. Так, например, багажник на крыше легкового автомобиля увеличивает сопротивление воздуха на 10…15%, что повышает расход топлива на 2…3% при скорости 16…18м/с.

Сопротивление трения (до 10% аэродинамических потерь) вызывается силами вязкости пограничного слоя воздуха, движущегося у поверхности автомобиля, и зависит от размера и шероховатости этой поверхности. Эксперименты показали, что у нового легкового автомобиля (с полированной наружной поверхностью) потери на трение в 2…2,5 раза меньше, чем у плохо покрашенного, с грубой шероховатой поверхностью.

Внутреннее сопротивление (до 10% аэродинамических потерь) возникает при прохождении воздуха через системы охлаждения, вентиляции, отопления,

через салон и пр.

Количественной характеристикой суммарного аэродинамического сопротивления является коэффициент лобового сопротивления С_х (величина безразмерная), определяемый экспериментально при продувке автомобиля или его модели в аэродинамической трубе. Значения коэффициента для отдельных геометрических тел составляют:

- куб - 1,05

- цилиндр L > 2D - 0,85

- конус 60^о - 0,5

- шар - 0,47

- капля жидкости L = 2D - 0,04.