Силы, действующие на автомобиль при прямолинейном движении

Силы, действующие на автомобиль при прямолинейном движении, представлены на рис. 2.5.

Примем следующие условия:

  • 1. Два одноименных колеса (правые и левые) рассматриваются как одно.
  • 2. Участок дороги на всем протяжении однородный с постоянным углом наклона (а) к горизонту и не имеет неровностей.
  • 3. Нормальные реакции дороги прикладываются к осям колес.
  • 4. Деформация шин и грунта (погружение колес) учитывается при определении силы сопротивления качению, но на схеме не показывается.

С учетом данных условий на автомобиль будут действовать следующие внешние силы:

  • 1) сила тяжести автомобиля G, приложенная к центру тяжести, находящемся на расстоянии Ац от поверхности дороги;
  • 2) сила сопротивления воздуха Рш, приложенная к центру парусности, расположенному на расстоянии от поверхности дороги;
  • 3) суммарная касательная реакция Rx2 или сила тяги РТ;
  • 4) нормальные реакции дороги на колеса Rzl и
  • 5) сила инерции Pj поступательно движущихся масс, которая приложена к центру тяжести и направлена противоположно ускорению;
  • 6) сила Рпр на крюке в случае буксирования прицепа;
  • 7) сила сопротивления качению колес Pf, направленная в сторону противоположную движению автомобиля (совпадает с касательной реакцией /?х1);
  • 8) сила сопротивления подъему Ра приложена к центру тяжести и направлена в сторону противоположную движению.

Сила тяги была рассмотрена в разделе 2.2.1. При принятых выше условиях не имеет значения, сколько колес являются ведущими и сколько ведомыми.

Сила сопротивления качению

Силой сопротивления качению автомобиля Pf называется сумма сил сопротивления качению всех его колес.

В реальных условиях сопротивление качению отдельных колес автомобиля не бывает одинаковым даже при движении автомобиля по дороге с твердым покрытием.

На деформируемых грунтах любое сопротивление качению задних колес, движущихся по уже уплотненному грунту, значительно меньше, чем для передних. Для решения теоретических задач сопротивление качению определяется для автомобиля в целом.

На сопротивление качению влияют:

  • • нормальная нагрузка на колеса;
  • • характер и состояние дорожного покрытия;
  • • удельное давление на грунт;
  • • скорость движения автомобиля;
  • • конструкция и состояние пневматических шин.

Нормальная нагрузка влияет на сопротивление качению непосредственно, поскольку реакции грунта или другого дорожного покрытия можно считать пропорциональными нормальной нагрузке. Гистерезисные потери (потери, связанные с деформацией резины) в шине зависят от ее радиальной деформации. Эти потери возрастают при увеличении нагрузки. Кроме того, рост нормальной нагрузки приводит к увеличению удельного давления, а следовательно, и сопротивления качению.

Дорожное покрытие оказывает существенное влияние на ^ в случае, если оно не является твердым. Его величина определяется работой прессования и выдавливанием в стороны грунта при погружении в него колес.

Удельное давление на грунт — это нормальная нагрузка на единицу площади опорного участка шины. Удельное давление определяется по формуле

где cq — коэффициент, определяемый жесткостью каркаса шины, cq = 1 + р0 р0 давление воздуха в шинах.

Понижение удельного давления влияет на Pf неоднозначно. При понижении давления возрастает деформация шин, вследствие чего растут гистерезисные потери. В то же время понижение давления значительно уменьшает погружение шин в грунт (при отсутствии твердого покрытия) и тем самым снижает Pf.

Увеличение скорости движения приводит к увеличению потерь в шинах, в частности из-за того, что их упругие свойства не могут быть полностью использованы (часть шины не успевает полностью распрямиться). Кроме того, при повышении скорости деформации возрастает внутреннее трение в покрышке, что также ведет к увеличению Pf.

Большое значение имеют конструкция и состояние шин, их число и диаметр, а также рисунок протектора, форма и расположение грунтозацепов.

Увеличение числа колес приводит к возрастанию суммарных потерь. Чем больше диаметр колеса, тем колесо меньше погружается в грунт, а значит, меньше сопротивление качению.

Чем больше грунтозацепы и протекторы шины, тем сильнее колесо деформирует грунт, что приводит также к увеличению Pf. На дорогах с твердым покрытием увеличенные грунтозацепы и рельефный рисунок протектора также приводят к увеличению Pf, так как растут гистерезисные потери в шине.

При изношенном протекторе уменьшается сопротивление качению, но при этом резко ухудшаются сцепные качества шины.

Для эксплуатационных расчетов принимаются два допущения:

  • • сопротивление качению прямо пропорционально нормальной нагрузке на колеса автомобиля;
  • • для автомобилей с шинами низкого давления (0,15—0,45 МПа) на одном и том же грунте и при одинаковой нагрузке сопротивление качению одинаково независимо от их конструктивных особенностей.

Тогда сила сопротивления качению может быть выражена через нормальную нагрузку (или равную ей реакцию грунта R.) и коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом сопротивления качению /:

В табл. 2.2 приведены значения /в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия.

Таблица 2.2. Значения коэффициента сопротивления качению в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия

Тип и состояние дорожного покрытия

/

Тип и состояние дорожного покрытия

/

Бетон, асфальтобетон и асфальт

0,01-0,03

Сухой суглинок

0,04-0,06

Булыжная мостовая

0,023-0,3

Мокрый суглинок

0,1-0,2

Укатанная сухая грунтовая дорога

0,02-0,03

Обледенелая дорога

0,01-0,03

Разбитая мокрая грунтовая дорога

0,1-0,25

Укатанный снег

0,03-0,05

Сухой песок

0,1-0,3

Рыхлый снег

0,1-0,3

Сырой песок

0,06-0,15

Влияние скорости движения на коэффициент / сопротивления качению учитывает эмпирическая формула

где f0 коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля со скоростью менее 15 м/с; v — скорость автомобиля.

Сила тяжести, действующая на автомобиль и сопротивление его движению

Масса автомобиля указывается в технической характеристике автомобиля.

Масса снаряженного автомобиля — масса автомобиля без груза, полностью заправленного топливом, смазочными материалами и охлаждающей жидкостью с запасным колесом, инструментом и оборудованием.

Полная масса автомобиля включает в себя еще массу водителя и груза по номинальной грузоподъемности грузового автомобиля или массу пассажиров, число которых соответствует номинальной пас- сажировместимости легковых автомобилей и автобусов.

В расчетах обычно учитывается полная масса.

Сила тяжести, действующая на автомобиль, стоящий на горизонтальной плоскости:

где G — сила тяжести; т — масса автомобиля; g — ускорение свободного падения.

Положение центра масс определяется у двухосного автомобиля расстояниями /, и /2 до геометрических осей вращения колес соответственно переднего и заднего мостов. У трехосного автомобиля /2 — расстояние от центра масс до оси балансира задней тележки. Расстояние L = /, + /2 называется базой автомобиля.

При движении автомобиля по наклонному участку дороги с углом подъема а сила тяжести раскладывается на следующие составляющие:

  • G cos а — нормальная нагрузка автомобиля на дорогу, перпендикулярна дороге;
  • G sin а — сила сопротивления подъему, обозначается Ра, параллельна дороге (на спуске она направлена в сторону движения и называется скатывающей силой):

На крутых подъемах сопротивление подъему значительно превышает сопротивление качению. Так при а = 20° /*„ = 0,36(7, а при а = 30° Ра = 0,5(7, тогда как Pf редко превышает 0,05—0,08(7.

При небольших значениях угла а синус может быть заменен тангенсом. В дорожном строительстве тангенс угла наклона дороги к горизонту называют продольным уклоном /, который выражается в процентах. В этом случае сила сопротивления подъему

Сила сопротивления качению и сила сопротивления подъему зависят от дорожных условий, так как коэффициент сопротивления качению / и угол подъема дороги а в совокупности определяют качество дороги, поэтому можно ввести такое понятие, как сила сопротивления дороги:

При движении автомобиля по наклонной дороге сила сопротивления качению определится как

Тогда сила сопротивления дороги

Выражение в скобках называется коэффициентом сопротивления дороги и обозначается vj/:

Тогда сила сопротивления дороги

Сила инерции или сила сопротивления разгону

Сила инерции поступательного движения автомобиля выражается через величину его ускорения:

где j — ускорение автомобиля; m — масса автомобиля.

Так как в автомобиле имеются вращающиеся детали значительной массы, то они также влияют на сопротивление разгону автомобиля. К этим деталям относятся маховик двигателя и колеса. Чтобы учесть влияние вращающихся масс вводят коэффициент учета вращающихся масс 8вр, который показывает, во сколько раз сила, необходимая для разгона с заданным ускорением поступательно движущихся и вращающихся масс автомобиля, больше силы, необходимой для разгона только его поступательно движущихся масс.

С учетом коэффициента 8вр уравнение (2.12) будет иметь вид

Значение коэффициента 5вр определяется по формуле

где /м — момент инерции маховика; КПД трансмиссии; /тр — передаточное число трансмиссии; /к — суммарный момент инерции всех колес; m — масса автомобиля; г — радиус колеса.

Энергия, затрачиваемая на разгон деталей двигателя на прямой передаче, в два-три раза, а на низших передачах в восемь-десять раз больше энергии, расходуемой на разгон колес.

Если точное значение моментов инерции /м и JK не известно, то коэффициент 8вр определяется по эмпирической формуле

где 5, * 62 от 0,03 до 0,05; та масса автомобиля с полной нагрузкой; т — фактическая масса автомобиля.

При движении автомобиля с отключенной от двигателя трансмиссией

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >