Г альмівне колесо

Розрахункову схему сил, діючих на гальмівне колесо, наведено на рис.3.5.

На гальмівне колесо діє гальмівний момент М_г, який викликає тангенціальні реакції опорної поверхні. Рівнодіючу цих реакцій прийнято називати гальмівною силою, яка дорівнює:

Р_г .

Інерційний момент М_jk у цьому випадку буде діяти за напрямком руху колеса вперед, а штовхальна сила Р_шт збоку автомобіля буде напрямлена за вектором швидкості V.

З урахуванням напрямку сил рівняння потужностей, діючих на гальмівне колесо, запишеться:

N_г + N_f = N_шт + N_jk , (3.8)

де N_г – потужність, створювана гальмівним моментом, яка визначається за формулою:

N_г = М_г_к = М_г_к r_к /r_к = Р_гV;

N_шт – потужність, що зумовлена штовхальною силою, прикладеною до центра колеса:

N_шт = Р_штV;

N_jk – потужність, що зумовлена інерційним моментом колеса, визначимо:

N_jk =J_к _к.

Після підставлення цих значень до рівняння (3.8) і діленням на швидкість V його правої та лівої частин, отримаємо рівняння сил, діючих на гальмівне колесо:

Р_г + Р_f = Р_шт + .

Література

1. Гришкевич А.И. Автомобили: Теория. – Минск: Вышэйш. шк., 1986. –240с. – С.10–26.

2. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств. –М.: Машиностроение, 1984. –272 с. – С.21–38.

Контрольні питання

1. Перелічіть радіуси автомобільного колеса.

2. Дайте визначення статичному та динамічному радіусам.

3. Що таке радіус кочення колеса та в яких межах він змінюється?

4. Яким радіусом користуються для визначення шляху, швидкості та прискорення?

5. Яким радіусом користуються для визначення сили та моменту?

6. Чим викликані гистерезисні явища у шині під час руху?

7. Що собою являє коефіцієнт опору коченню?

8. На якій опорній поверхні коефіцієнт опору коченню мінімальний?

9. Для яких шин коефіцієнт f має мінімальне значення ?

10. Яким чином враховується вплив швидкості руху на величину коефіцієнта опору коченню?

11. Як впливає на радіус кочення колеса крутний та гальмівний моменти?

12. Яка різниця між коловою та тяговою силами?

4 Характеристика джерела енергії

Джерелом енергії на автомобілі є двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ): карбюраторний, інжекторний або дизельний. Принципова відмінність у роботі цих двигунів полягає в тому, що в карбюраторному та інжекторному двигунах запалення горючої суміші походить від енергії електричної іскри, а в дизелі – від температури стислого повітря.

У загальному випадку ДВЗ характеризуються енергоємністю, динамічністю та економічністю. Енергоємність визначається залежністю потужності двигуна N_е від кутової швидкості обертання колінчастого вала _е. Динамічність описується залежністю крутного моменту двигуна М_е від кутової швидкості колінчастого вала _е. Економічність визначається залежністю питомої витрати палива q_е від кутової швидкості колінчастого вала двигуна _е.

Основною характеристикою двигуна є його зовнішня швидкісна характеристика – графіки залежності потужності N_е, крутного моменту М_е, питомої витрати палива q_е від кутової швидкості колінчастого вала _е при максимальній подачі палива. Таким чином, ця характеристика двигуна описує його енергоємність, динамічність і паливну економічність.

Зовнішня швидкісна характеристика знову створеного двигуна визначається експериментально на заводах, де виробляються двигуни. Цю характеристику двигунів постійно контролюють у процесі виробництва, визначаючи її експериментально на стендах вибірково з партії вироблених двигунів.

Зовнішня швидкісна характеристика двигуна зображена на рис.4.1

В иділимо наступні характерні точки на цій характеристиці:

N_еmax – максимальна потужність двигуна (кВт);

_N – кутова швидкість у рад/с, що відповідає максимальній потужності двигуна. У даному випадку _N =_emax;

М_еmax – максимальний крутний момент двигуна (Нм);

_М – кутова швидкість у рад/с, що відповідає максимальному крутному моменту двигуна ;

М_N – крутний момент, при якому двигун розвиває максимальну потужність (Нм);

q_{N –} питома витрата палива в г/кВтгод, при якій двигун розвиває максимальну потужність.

Введемо два експериментальні коефіцієнти, які визначаються із зовнішньої швидкісної характеристики двигуна:

К_М = – коефіцієнт пристосованості за крутним моментом;

К = – коефіцієнт пристосованості за частотою обертання двигуна.

Для двигунів, що встановлюються на автомобілях, значення цих коефіцієнтів знаходяться в межах К_М = 1,05…1,5 і К = 1,5…2,5.

Для практичних розрахунків залежності N_е=f(_е) і M_е=f(_е) математично описуються параболами третього і другого порядків:

(4.1)

. (4.2)

Невідомими величинами у формулах (4.1) і (4.2) є коефіцієнти а, b, с.

Визначимо ці коефіцієнти, розглянувши режими роботи двигуна при _е=_N, _е=_M, а також провівши дослідження функції М_е= f (_е) на екстремум.

Якщо задамо кутову швидкість двигуна _е=_N, тоді потужність, що розвивається двигуном, досягає максимального значення N_е=N_{max .}

Після підставлення цих умов до рівняння (4.1) маємо:

. (4.3)

Провівши елементарні скорочення, отримаємо: 1 = а + b – с.

Якщо задамо кутову швидкість двигуна _е=_M, тоді крутний момент двигуна досягне максимального значення М_e = М_еmax.

Після підставлення цих умов до рівняння (4.2) маємо:

,

або .

П ісля перетворень, ураховуючи, що , маємо:

. (4.4)

Для отримання третього рівняння, необхідного для визначення коефіцієнтів а, b, с, дослідимо рівняння (4.2) на екстремум.

Для чого прирівняємо:

.

Узявши похідну з рівняння (4.2), отримаємо:

.

Якщо , тоді _е =_м, оскільки при цій кутовій швидкості обертання колінчастого вала крутний момент двигуна досягає максимума. Після підстановки та елементарних перетворень маємо:

.

Умова вищенаведеної залежності буде виконуватися, якщо

,

або . (4.5)

У результаті наведених досліджень отримана система з трьох рівнянь з трьома невідомими а,b,с.

а + b –с = 1

(4.6)

Розв'язавши цю систему, отримаємо:

; . (4.7)

Оскільки коефіцієнти, що входять до складу рівняння (4.7) і к_М, є експериментальними, тому і коефіцієнти а,b,с також експериментальні. На заводах, що виробляють двигуни, експериментально визначають зовнішню швидкісну характеристику, а потім за цією характеристикою визначаються коефіцієнти та к_М. З урахуванням залежностей (4.7) розраховують коефіцієнти а,b,с. Очевидно, що кожний тип двигунів має характерні тільки для нього значення коефіцієнтів а,b,с, які подані в довідковій літературі.

Для визначення питомої витрати палива залежно від кутової швидкості колінчастого валу _е рекомендується скористатися емпіричною залежністю:

, (4.8)

де q_N – питома витрата палива при максимальній потужності в г/кВтгод, яка для дизельних двигунів береться 190240 г/кВтгод, а для карбюраторних та інжекторних двигунів – 290340 г/кВтгод.

У табл. 4.1 наведено значення параметрів, що характеризують двигуни.

Таблиця 4.1

Параметри карбюраторних і дизельних двигунів

Марка	Vл,л	Тип	Nemax, кВт	, рад/с	Меmax, Н.м	Км		Коефіцієнти
								а	b	c
ВАЗ-2103 ВАЗ-2106 ВАЗ-2108 М-412 ЗМЗ-24Д ЗМЗ-66 ЗИЛ-130 ЗИЛ-375 КамАЗ-740 ЯМЗ-236 ЯМЗ-238 ЯМЗ-238Н ЯМЗ-240	1,45 1,57 1,3 1,48 2,445 4,25 6,00 7,00 10,85 11,15 14,86 14,86 22,30	К4Р К4Р К4Р К4Р К4Р К8V К8V K8V Д8V Д6V Д8V Д8V Д12V	56,6 58,8 48,8 55,2 69,9 84,6 110,3 132,4 154,6 132,4 176,5 220,6 264,8	586,4 565,5 586 607,4 471,2 345,4 335,1 335,1 272,2 219,9 219,9 219,9 219,9	105,1 121,6 95,2 111,2 186,3 284,4 402,0 465,0 637,6 666,7 882,6 1078,7 1274,8	1,088 1,16 1,19 1,22 1,26 1,16 1,22 1,18 1,12 1,107 1,099 1,075 1,061	1,6 1,8 1,19 1,8 1,87 1,47 1,68 1,68 1,6 1,4 1,4 1,4 1,4	0,84 0,91 0,64 0,97 0,85 0,44 0,75 0,80 0,68 0,44 0,48 0,61 0,68	0,78 0,9 1,75 0,98 1,46 2,12 1,59 1,3 1,38 1,87 1,73 1,31 1,07	0,62 0,81 1,39 0,95 1,31 1,56 1,34 1,10 1,06 1,31 1,21 0,92 0,75

Зазначимо, що наведені вище параметри двигунів визначалися на стендовому устаткуванні. За реальних умов експлуатації на автомобілі двигун працює з іншими системами впуску і випуску, на ньому встановлено додаткове устаткування, для привода якого затрачується додаткова потужність. Тому ефективна потужність, що розвивається двигуном на автомобілі, дещо менша. Проте, як свідчить аналіз літературних джерел, це зменшення не перевищує 15%.

Література

1.Гришкевич А.И. Автомобили: Теория. – Минск: Вышэйш шк.,1986. –240 с. – С. 28-30.

2.Кошарний М.Ф. Основи механіки та енергетики автомобіля. – К.: Вища шк., 1992. –200 с. – С. 22–30.

3.Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств. –М.: Машиностроение, 1984. –272 с. – С. 28–31.

Контрольні питання

1. Які типи двигунів застосовуються на автомобілях?

2. У чому принципова відмінність карбюраторного та інжекторного двигунів від дизельного?

3. Що таке зовнішня швидкісна характеристика двигуна?

4. Яким чином визначаються коефіцієнти пристосованості двигунів за частотою та крутним моментом?

5. Яким чином обчислюють коефіцієнти а,в,с ?