Расчет сил тяги и сопротивления движению

При расчете тяговой силы (Р_Т) пользуются значениями скоростной характеристики двигателя.

Для расчета эффективной тяговой силы необходимо знать значения радиуса колеса (r_к), передаточного числа трансмиссии и скорость движения автомобиля на различных передачах при различных частотах вращения коленчатого вала двигателя.

Радиус колеса для различных типов шин может быть определен по ГОСТ, в котором регламентированы статические радиусы для ряда значений нагрузки и давления воздуха в шинах.

Кроме того, радиус колеса (в метрах), можно рассчитать по номинальным размерам шины, используя выражение:

r_к = 0,5d+∆·λ_ш·В_ш, (2.1)

где d – диаметр обода колеса, м;

В_ш – ширина профиля шины, м;

∆=Н/В - отношение высоты профиля к ширине в процентах;

λ_ш – коэффициент смятия шины (для стандартных шин легковых автомобилей λ_ш = 0,84…0,88, для шин грузовых автомобилей λ_ш = 0,89…0,9).

Для определения скорости движения задается ряд значений частоты вращения коленчатого вала двигателя (n_e, об/мин): 500, 1000, 1500,...,n_емах. Значения скорости движения (V_а, м/с), соответствующие указанному ряду частот, рассчитывают по формуле:

, (2.2)

где i_тр - передаточное отношение трансмиссии.

Передаточное отношение трансмиссии автомобиля определяется передаточным отношением основной коробки передач (i_к), делителя (i_д) и главной передачи (i_о):

i_тр = i_к× i_д× i_{о ,} (2.3)

Движение автотранспортного средства определяется действием сил тяги и сопротивления движению. Совокупность всех сил, дейс­твующих на автомобиль, выражает уравнения силового баланса:

Р_i = Р_д+ Р_о+ P_тр+ Р + P_w + P_j , (2.4)

где: P_i - индикаторная сила тяги, H;

Р_д, Р_о, P_тр, P , P_w, P_j - соответственно силы сопротивления двигателя, вспомогательного оборудования, трансмиссии, дороги, воздуха и инерции, H.

Значение индикаторной силы тяги можно представить в виде суммы двух сил:

Р_i = Р_д + Р_е , (2.5)

где P_е - эффективная сила тяги, H.

Значение P_е рассчитывается по формуле:

₌ , _(2.6)

где: M_е - эффективный крутящий момент двигателя, Нм;

r - радиус колес, м

i - передаточное число трансмиссии.

Если в задании на курсовую работу положение дроссельной заслонки не указывается, то зависимость эффективной силы тяги строят для случая работы двигателя при полной подаче топлива (100% открытии дросселя).

В этом случае, значение M_е принимают по внешней скоростной характеристике двигателя, которую можно найти в соответствующей технической литературе.

Значения силы сопротивления двигателя Р_д, приведенной к ведущим колесам автомобиля, определяются по формуле:

, (2.7)

где : V_h - рабочий объём цилиндров двигателя (литраж), л;

S_п - ход поршня, м;

- число ходов поршня за один цикл (тактность ДВС);

p_до - среднее давление механических потерь при вращении вала с предельно низкой частотой (n_е≈ 0), МПа;

k_Д - коэффициент, учитывающий увеличение давления механических потерь при повышении скорости движения поршней в цилиндрах, МПа с/м.

Силу сопротивления вспомогательного оборудования автомобиля (P_о), приведенную к ведущим колесам, определяют по формуле:

(2.8)

где p_оо - среднее давление газов, обеспечивающее привод вспомогательного оборудования автомобиля при предельно низкой частоте вращения коленчатого вала (n_е » 0), МПа;

k_o - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления вспомогательного оборудования при возрастании частоты вращения коленчатого вала, МПа с²_.

Значения параметров p_оо и k_o, а также p_д и k_Д приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Значения параметров при расчете силы сопротивления двигателя

№	Коэффициент	Единицы измерения	Значения
1. 2.	PДО kД	МПа МПа с/м	0,045 0,015
3. 4.	pоо ko	МПа МПа (мин/об)2	0,010 0,7 × 10-8

Сила сопротивления трансмиссии P_тр для грузовых автомобилей и автобусов определяется по эмпирической формуле:

, (2.9)

где P_хо- сила сопротивления проворачиванию валов агрегата трансмиссии на холостом ходу с предельно малой скоростью (V_а » 0), H;

a_v и m_тр - коэффициенты соответственно скоростных (H с/м) и силовых потерь;

n_тр - количество агрегатов (коробок передач, делителей, раздаточных коробок и главных передач) в трансмиссии;

G_м - номинальная нагрузка на ведущий мост автомобиля, H;

K_н - коэффициент, учитывающий тип автомобиля, H^-1.

Для автомобилей повышенной проходимости K_н = 10·10^-6 H^-1, для остальных автомобилей K_н = 7·10^-6 Н^-1.

При прогретых до стабильного состояния агрегатах трансмиссии a_v = 8,6 Нс/м; Р_хо = 30 Н.

Значение коэффициента m_тр принимается по табл.2.2.

Таблица 2.2

Коэффициенты силовых потерь в трансмиссии (m_тр)

Тип трансмиссии автомобиля	Тип главной передачи
1 ступенчатая	2-х ступенчатая
Прямая передача	Разные передачи	Прямая Передача	Разные Передачи
4 х 2	0,016	0,036	0,024	0,046
6x4, с обходным редуктором в среднем мосту	0,030	0,050	0,040	0,060
4x4, с 3-х вальной РК	0,042	0,062	0,052	0,072
6x6, с 3-х вальной РК и проходным мостом	0,044	0,064	0,054	0,074

Сила сопротивления дороги рассчитывается по формуле:

, (2.10)

где: α - угол продольного наклона дороги;

f_v- коэффициент сопротивления качению;

G - полный вес автомобиля при заданной нагрузке, Н.

G = G_о + G_г, (2.11)

где: G_о - собственный вес автомобиля, Н;

G_г - вес груза, Н.

Коэффициент сопротивления качению применительно к той или иной скорости движения автомобиля определяется по формуле:

f_v = f_o + f₁V_a², (2.12)

где f_o, f₁ - коэффициенты.

Сила лобового аэродинамического сопротивления определяется по формуле:

Р_w = kFV_а², (2.13)

где k - коэффициент обтекаемости, Нс²/м⁴;

F - площадь лобовой проекции автомобиля, м².

Численные значения коэффициента обтекаемости и площади лобовой проекции для различных марок приведены в табл.2.3.

При отсутствии информации о параметрах рассчитываемого автомобиля площадь лобового сопротивления грузовых автомобилей и автобусов можно определить по формуле:

F = B_к ·H_г, (2.14)

где: B_к, Н_г - соответственно колея автомобиля и его наибольшая

(габаритная) высота, м.

Для легковых автомобилей F рассчитывается по формуле:

F = 0,78 B_г ·Н_г, (2.15)

где: B_г - габаритная ширина легкового автомобиля, м.

Таблица 2.3

Значение коэффициент обтекаемости

N	А в т о м о б и л и	k, Нс2/м4	F, м2
1. Легковые автомобили:
	ВАЗ-2101, 2103, 2106	0,29	1,7
	ВАЗ-2121	0,23	2,2
	"Москвич"- 412	0,32	1,8
	ГАЗ-24	0,28	2,3
	ГАЗ-3102	0,25	2,3
	УАЗ-469	0,38	3,4
2. Автобусы:
	РАФ-2203	0,27	3,6
	КАВЗ-685	0,32	5,9
	ПАЗ-672	0,30	5,3
	ПАЗ-3202	0,39	5,3
	ЛАЗ-695Е	0,25	6,3
	ЛАЗ-695Н	0,38	6,3
	ЛАЗ-699	0,37	6,3
3. Грузовые автомобили:
	Иж-2715	0,32	2,1
	ГАЗ-53А	0,59	3,8
	ГАЗ-4509	0,68	4,5
	ГАЗ-3305	0,81	4,1
	ЗИЛ-130	0,54	5,1
	ЗИЛ-131	0,64	5,4

Значения B_к, B_г и Н_г приводятся в справочной литературе. Если в задании на курсовую работу не указываются дорожные и атмосферные условия движения автомобиля, то силы сопротивления Р_тр, Рj, Р_w рассчитываются для случая равномерного движения автомобиля (j_а= 0 м/с) по горизонтальной (α = 0), ровной асфальтобетонной дороге (f_о = 0,015; f₁ = 1×10^-5 с²/м²), при безветрии (V_в = 0 м/с), что соответствует условиям испытаний, предусмотренным ГОСТ 22576-90.