3 Силовой и мощностной балансы автомобиля

Цель занятия: получить навыки расчёта и построения силового и мощностного балансов автомобиля.

Содержание занятия

1. По лекциям, литературе /1/ и МУ самостоятельно проработать раздел теории автомобиля по теме занятия. По справочной литературе выбрать и записать в отчет необходимые исходные данные.

При домашней подготовке по методической информации МУ ознакомиться с порядком расчёта тяговой силы на ведущих колесах и составляющих сил сопротивления движению с целью построения кривых на графике силового баланса. Подготовить таблицы для записи расчетных данных.

2 Во время занятия выполнить количественные расчёты показателей силового баланса, результаты расчётов записать в подготовленную таблицу. Суммарную силу сопротивления дороги Р_ψ рассчитать с учётом заданного угла α (или %) продольного профиля i.

Построить график силового баланса. Кривые тяговых сил Р_к, кривые силы Р_w и сумму сил Р_i + Р_f на поле графика нанести в одном масштабе.

3. По методической информации ознакомиться с порядком расчёта мощностей, потребных для преодоления различных видов сопротивлений движению и с методикой построения кривых на графике мощностного баланса.

По расчётным данным в одном масштабе построить кривые изменения мощностей

N_е , N_к , N_w и суммы мощностей N_i +N_f в зависимости от скорости движения на всех передачах в КП.

3. Определить по силовому и мощностному балансам максимально возможные скорости движения автомобиля в заданных дорожных условиях и сравнить их между собою.

4. В отчёте кратко изложить порядок расчёта с примерами вычислений параметров мощностного и силового балансов, проанализировать графики, сделать выводы.

Методические указания

Расчет провести для автомобиля ЗИЛ-431410 (другие варианты для расчетов выдает преподаватель).

Исходные данные:

Габариты автомобиля: высота Н = 2,55 м, колея В = 1,8 м;

Полная масса автомобиля m_а = 10,525 т;

Коэффициент обтекаемости К_w= 0,7 H /м⁴;

Коэффициент сопротивления качению f₀ = 0,018 для асфальтобетонной дороги в

удовлетворительном состоянии;

Уклон дороги i (или угол продольного профиля α) i = 0,87%; α = 0,5^о.

Силовой баланс автомобиля:

Согласно уравнению силового баланса имеем:

Р_к= Р_f ± Р_i + Р_w + Р_j ,

где Р_к – тяговая сила, кН;

Р_f – сила сопротивления качению колёс автомобиля, кН;

Р_i ^_ сила сопротивления подъёму (уклону), кН;

Р_w – сила сопротивления воздуха, кН;

Р_j – сила инерции, кН;

В этом уравнении силу Р_f и силу Р_i можно объединить в одну силу – суммарную силу сопротивления дороги Р_Ψ = Р_f + Р_i , отсюда:

Р_к = Р_Ψ + Р_w + Р_j .

Расчёт и построение кривых изменения сил Р_к от скорости движения автомобиля на всех передачах КП выполняются в ПЗ №2.

Сила сопротивлению подъёму:

Р_i = m_а ·g·sin α .

Расчёт выполнить для полной массы автомобиля.

Пример: Р_Ψ = (f cos α + sin α) m_а ·g = (0,01 cos0,5 + sin0,5) ·10,525·9,81 = 1,97 кН,

где f – коэффициент сопротивления качению,

g = 9,81м/с²; α = arctg i_y = arctg 0,0087 = 0,5⁰.

Коэффициент сопротивления качению рассчитать по формуле, пример:

,

где f₀ – коэффициент сопротивления качения при малых скоростях (за f₀ принять среднее значение в интервале 0,014 – 0,018 /2/).

При скоростях движения автомобиля V 10 – 15 м/с принять f = f₀.

Лобовую площадь грузового автомобиля F_в можно определить по формуле, пример:

F_w = Н·В = 2,4·1,8 = 4,68 ·м² .

где Н – наибольшая высота грузового автомобиля, и;

В - ширина колеи грузового автомобиля, м.

Для легковых автомобилей:

F_w =0,78 Н·В_а,

где В_а- наибольшая ширина легкового автомобиля.

Сила сопротивления воздуха, пример:

Р_w = (К_w · F_w · V²)10^-3 = (0,7·4,68·0,8²)10^-3 = 0,0021 кН,

где К_w – коэффициент обтекаемости, Нс²/м⁴, выбирается из справочника (с. 63, /2/ или из табл.6).

Таблица 6 - Параметры обтекаемости автомобиля

Легковые	Кw = 0,25 – 0,35	Fw = 1,6 – 2,8
Грузовые	Кw = 0,4 - 0,7	Fw = 3,0 – 5,0
Автобусы	Кw = 0,35 – 0,5	Fw = 4,5 – 6,5

Сила инерции автомобиля:

Р_j = j ,

где j – ускорение автомобиля, м/ с²;

δ_вр – коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс автомобиля.

В данной работе при построении силового баланса сила инерции Р_j не вычисляется, а находится графически из силового баланса.

Мощностной баланс автомобиля

N_к = N_Ψ + N_w + N_j

где N_к - тяговая мощность автомобиля (мощность, подводимая к ведущим колеcам):

N_к =N_e · η_тр,

η_тр – КПД трансмиссии;

N_Ψ – мощность, на преодоление сил сопротивления дороги, кВт:

N_Ψ = (f G cos α + G sin α) ·V = Р_Ψ ·V;

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

N_w = (К_w ·F_w ·V³)10^-3 = Р_w ·V;

N_j– мощность, на преодоление сил инерции автомобиля, кВт,

N_j = j m_а = Р_j ·V

Таблица 7 – Исходные справочные данные

Обозначения	Един.измерения	Исходные справочные данные
Кw	Нс2/м4	0,69	Кw (НИИАТ)=0,7 Нс2/м4
Fw	м2	4,68	В = 2,5 м	Н = 2,4 м
mа	т	10,525	mа = 10,525
α	град	0,5	i = 0.85 %
f0	-	0,01

Алгоритм расчёта мощностей

(пример для одного значения скорости V = 0,8 м/с):

N_к = N_e · η_тр = кВт,

N_д = Р_д V= кВт,

N_w = Р_w·V= кВт,

Таблица 8 – Расчет тяговых и мощностных параметров автомобиля

Обо- значение	Единица измерения	Расчёт тяговых и мощностных параметров автомобиля
На первой передаче
V	м/с	0,80						3,39
Рк	кН	32,60						27,6
Nе	кВт	30,5						110,3
Nк	кН	25,9						93,8
На второй передаче
V	м/с	1,44						6,16
Рк	кН	18,0						15,2
Nе	кВт	30,5						110,3
Nк	кН	25,9						93,8
На третьей передаче
V	м/с	2,58						11,02
Рк	кН	10,0						8,5
Nе	кВт	30,5						110,3
Nк	кН	25,9						93,8
На четвёртой передаче
V	м/с	4,02						17,17
Рк	кН	6,4						5,5
Nе	кВт	30,5						110,3
Nк	кН	25,9						93,8
На пятой передаче
V	м/с							25,24
Рк	кН							3,7
Nе	кВт							110,3
Nк	кН							93,8

Таблица 9 – Расчет сил сопротивления движению автомобиля и мощностей, потребных

для их преодоления

Обозна- чения	Един. измер.	Расчёт сил и мощностей
V	м /с	0,80						23,77
Рf	кН	1,933						1,986
f	-	0,01						0,01051
Рw	кН	0,002						1,816
РΨ	кН	1,94						3,80
Nf	кВт	1,54						47,23
Nw	кВт	0,002						43,174
Nw + Nf	кВт	1,54						90,40

В данной работе при построении силового и мощностного балансов сила инерции Р_и и мощность N_и не вычисляются, а находятся графически. Остальные данные берутся из предыдущих работ. Результаты вычислений для всех значений V представлены в таблице 5.

На графике силового и мощностного балансов в отчёте отметить величину максимальной скорости V_max и объяснить, какими факторами она ограничивается.

Для некоторых значений скоростей автомобиля V<V_max определить величину запаса тяговой силы (а также и тяговой мощности).

Объяснить, на какие эксплуатационные цели запас силы тяги (или мощности) может использоваться.