Розрахунок і побудова діаграми силового балансу автомобіля

Тягова сила Р_кна ведучих колесах автомобіля при його русі витрачається на долання сил опору руху, а рівняння силового балансу в такому випадку має вигляд:

Р_к = Р_f ± Р_α +Р_w ± ·Р_j = Р_ψ + Р_w ± ·Р_j, (2.11)

де Р_ψ = Р_f ± Р_α – рівнодійна сил опору дороги;

– коефіцієнт обертових мас автомобіля (маховик і всі деталі, що до нього приєднуються); і_к – передавальне число коробки передач; G_а0 – вага порожнього; G_а – вага завантаженого автомобіля.

Вільну силу (запас сили тяги) автомобіля визначають як різницю між силою тяги і силою опору повітря,тобто:

Р_а = Р_к – Р_w. (2.12)

Проведено розрахунки сил для силового балансу легкового автомобіля, основні параметри якого наступні.

Маса легкового автомобіля з об’ємом циліндрів інжекторного двигуна 2000см³ –1525кг; максимальна потужність двигуна N_emax=N_max= 65кВт; g_N =237г/кВт.год – ефективна витрата палива при N_emax; частота обертання колінчастого вала при N_emax – n_N= 5200 хв^-1; максимальна швидкість руху автомобіля км/год; коефіцієнт опору дороги = 0,3.

Аавтомобіль рухається рівномірно, горизонтально (α=0)по сухому асфальту; передавальні числа: головної передачі – і₀ = 3,09; КПП – 3,64 (перша передача), 1,95(друга), 1,36 (третя). 0,94 (четверта), 0,78 (п’ята); радіус колеса автомобіля = 0,33м; коефіцієнт обтічності автомобіля К_в = 0,3; потужність, крутний момент беруться з зовнішньої характеристики двигуна.

За формулою (2.5) знаходимо сумарну силу дорожнього опору за умови, що автомобіль рухається по горизонтальній площині (α=0; =0,3) :

Н.

Швидкість руху автомобіля визначаємо за наступною формулою:

. (2.13)

Після підстановки значень розрахункових параметрів отримаємо формулу:

м/с. (2.14)

Для прийнятих частот обертання колінчастого вала двигуна (таблиця 1.1) і заданих за умовою передавальних чисел коробки передач проводимо розрахунки можливих швидкостей автомобіля.

Результати розрахунку наведено в таблиці 2.6.

Таблиця 2.6 – Результати розрахунку можливих швидкостей автомобіля

Швидкість автомобіля, Vі м/с при пе, хв.-1	Передавальне число КПП
Ік1= 3,64	Ік2= 1,95	Ік3= 1,36	Ік4= 0,94	Ік5= 0,78
	2,42	4,51	6,47	9,36	11,28
	6,04	11,28	16,18	23,40	28,20
	9,67	18,05	25,88	37,44	45,13
	13,30	24,82	35,59	51,49	62,05
	15,71	29,33	42,06	60,85	73,33
	16,92	31,59	45,29	65,53	78,97

Силу опору повітряного середовища P_w (Н) визначаємо за формулою (2.2).

Формула (2.2) після підстановки параметрів: = 0,3 Н ∙ с² / м⁴ (таблиця 2.2) ; для автомобіля, літраж якого см³ і площа міделя F = 1,3м² (таблиця 2.3), – набуває вигляду:
, Н (2.15)

Результати розрахунку наведено в таблиці 2.7.

Таблиця 2.7 – Результати розрахунку сил опору повітря

Сила опору повітря, , Н; при пе, хв.-1	Передавальне число КПП
Ік1= 3,64	Ік2= 1,95	Ік3= 1,36	Ік4= 0,94	Ік5= 0,78
	2,28	7,93	16,33	34,17	49,62
	14,24	49,63	102,10	213,55	310,14
	36,47	127,49	261,21	546,68	794,32
	68,99	240,25	493,99	1033,98	1501,58
	96,25	335,50	689,92	1444,06	2097,14
	111,65	389,19	707,42	1674,73	2432,14

Визначаємо силу тяги Р_к на ведучих колесах за формулою (2.8), прийнявши ККД трансмісії згідно з таблицею 2.6 – :

,Н. (2.16)

Для визначення залежності сили тяги на ведучих колесах від швидкості руху автомобіля (кількості обертів колінчастого вала двигуна) і певної передачі коробки передач беремо значення М_е з таблиці 1.1.

Результати розрахунку наведено в таблиці 2.8.

Таблиця 2.8 – Результати розрахунку сили тяги автомобіля

Сила тяги, Рк, Н при Ме	Передавальне число КПП
Ік1= 3,64	Ік2= 1,95	Ік3= 1,36	Ік4= 0,94	Ік5= 0,78
134,9	4277,0	2291,2	1598,0	1151,5	916,5
146,5	4644,7	2488,2	1735,4	1199,5	995,3
147,46	4675,1	2504,5	1746,8	1207,3	1001,8
134,9	4276,9	2291,2	1598,0	1104,5	916,5
119,4	3785,5	2027,9	1414,4	977,6	811,2
109,47	3470,7	1859,3	1296,7	896,3	743,7

Максимально допустима (без буксування) сила тяги автомобіля:

Для легкового автомобіля при русі по сухому асфальту чисельне значення коефіцієнта зчеплення приймаємо =0,6 (таблиця 2.1), а також , враховуючи, що для задньоприводного автомобіля = (0,50…0,56)∙Ga, знаходимо = 0,53∙1525∙9,81= 7928,93 Н. Необхідною умовою для руху автомобіля без буксування є: .

Отже, у нашому випадку сила зчеплення коліс автомобіля з дорогою становить:

Н.

Порівнюючи отриманий результат з даними таблиці 2.8, встановлюємо, що умова руху автомобіля без буксування виконується.

Для побудови таблиці 2.8 використано таблицю 1.1, де наведено значення М_е=f(n_e). Отже, використовуючи дані таблиць 1.1 і 2.9, можна побудувати тягову характеристику автомобіля залежно від частоти обертання колінчастого вала двигуна.

Для побудови діаграми силового балансу залежно від швидкості руху автомобіля в м/с достатньо замінити по осі абсцис частоти обертання відповідними для різних передач КПП швидкостями . Швидкість автомобіля в км/год визначається множенням значень швидкості в м/с на коефіцієнт 3,6.

Діаграма силового балансу будується за зразком, що наведено на рисунку 2.2, де графіки сил опору кочення, опору повітря і сил тяги на ведучих колесах побудовані у залежності від швидкості руху автомобіля.

I, II, III, IV, V – P_k для відповідних передач КПП; 1 – Р_ψ+ Р_w; 2– Р_w; 3 – Р_ψ

Рисунок 2.2 – Діаграма силового балансу автомобіля

Із рисунку 2.2 видно, що графік сили тяги на четвертій і п’ятій передачах (криві IV, V) перетинаються з сумарною кривою сил опору коченню і опору повітря (крива 3) при швидкості 164 км/год, що і є максимальною швидкістю руху автомобіля.