По результатам расчетов строим графики:

Рис. 1.7.1 Силовой баланс автомобиля при движении накатом

Рис. 1.7.2 График ускорений автомобиля при движении накатом

автобус скоростной тяговый

1.8 Тяговые возможности автопоезда

Сила сопротивления качению автопоезда увеличивается не пропорционально его весу, так как одновременно с повышением веса автопоезда растет также и сопротивление качению автомобиля - тягача. Коэффициент сопротивления качению автопоезда можно определить из выражения:

 (1.8.1)

где: fт и fп - коэффициенты сопротивления качению соответственно тягача и прицепов; Gт, кг. и Gп, кг. - вес соответственно тягача и прицепа.

Динамический фактор автопоезда определяем по формуле:

 (1.8.2)

где: δап - коэффициент учета вращающихся масс автопоезда.

Для случая равномерного движения автопоезда без учета силы сопротивления воздуха можно записать:

 (1.8.3)

Расчеты движения автопоезда сведены в таблицу 1.8.2

Таблица 1.8.1 Исходные данные

Таблица 1.8.2 Результаты расчета динамического паспорта автопоезда

По результатам расчетов строим графики:

Рис. 1.8.1 Динамический паспорт автопоезда

Рис. 1.8.2 Зависимость грузоподъемности автомобиля и автопоезда от веса

2. Анализ тормозной динамики

.1 Распределение тормозных сил по осям

Для безопасного движения автомобиля при торможении, необходимо определить распределение тормозных сил по осям.

При идеальной тормозной системе рассчитываем реакции Z1, Z2 и необходимые тормозные силы Ртор1, Ртор2:

 (2.1.1)

 (2.1.2)

где: hg- высота центра масс, ее принимают равной высоте погрузочной площади для грузовых автомобилей и радиусу колеса для легковых.

Координаты центра масс автомобиля (, ) можно определить, рассмотрев уравнения равновесия моментов от действия сил на неподвижный автомобиль. На неподвижный автомобиль действуют только ; и, тогда,

 (2.1.3)

 (2.1.4)

Выражение для расчета тормозных сил:

 (2.1.5)

 (2.1.6)

Нетрудно заметить, что требуемые тормозные силы зависят от коэффициента сцепления, который в эксплуатации изменяется в широких пределах (). Однако выбор  увеличивает недоиспользование возможного сцепления в целом. Недоиспользование силы сцепления можно оценить по величине удельной тормозной силы

 (2.1.7)

Принимая соотношение Ртор1/Ртор2 =const для обычной тормозной системы и находим тормозные силы при различном коэффициенте сцепления φx, а так же сумму тормозных сил Ртор1 и Ртор , γм.

Таблица. 2.1.1 Исходные данные

Таблица. 2.1.3.Результаты расчетов (обычная тормозная система

Рис. 2.1.1 Распределение тормозных сил по осям

2.2 Определение показателей тормозной динамики

Основным оценочным показателям тормозных свойств АТС относятся минимальный тормозной путь - расстояние, проходимое автомобилем от момента нажатия на тормозную педаль до полной остановки, и установившееся замедление , соответствующее движению автомобиля при установившемся торможении. Ко второй группе параметров относятся: время срабатывания тормозного привода, которое состоят из времени запаздывания  и времени нарастания замедления . Временем запаздывания  называют промежуток времени от начала торможения до момента времени, при котором замедление АТС становится больше нуля. Это время, необходимое для перемещения элементов тормозного привода на величину зазоров, имеющихся между ними в нерабочем положении, нарастания давления жидкости или воздуха в трубопроводах и рабочих аппаратах привода, необходимого для преодоления усилий возвратных пружин колодок и перемещения колодок до соприкосновения их фрикционных накладок с тормозным диском или барабаном.

По результатам расчета, которые обеспечивают нормативные значения тормозного пути Sт и установившегося замедления jз.уст строим тормозную диаграмму принимая, что: время срабатывания тормозного привода у технически исправной тормозной системы с гидроприводом и дисковыми тормозными механизмами с., с барабанными тормозными механизмами с., у системы с пневмоприводом с.. Значение  находится в пределах от 0,05 до 2 с. Оно также зависит от конструктивных и эксплуатационных факторов. Коэффициент сцепления  меняется от 0,2 до 0,8.

Тормозной путь Sт и установившееся замедление jз.уст, можно определить по формуле:

 (2.2.1)

где:  м/с - ускорение свободного падения.

Скорость на первом, втором и третьем этапе соотвественно, определяется по формуле:

 (2.2.2)

 (2.2.3)

 (2.2.4)

Таблица 2.2.1 Исходные данные

Результаты расчетов сводим в таблицу (2.2.2)

Таблица 2.2.2 Результаты расчетов тормозного пути Sт и замедления jз.уст

По результатам расчетов строим график:

Рис. 2.2.1 Зависимость тормозного пути и замедления от φ и начальной скорости

Таблица 2.2.2 Результаты расчетов времени замедления

По результатам расчетов строим график:

Рис. 2.2.2 Тормозная диаграмма.

2.3 Влияние конструкторских и эксплутационных факторов на показатели тормозной динамики

На практике часто встречается эксплуатация автомобиля с неисправной тормозной системой. Для определения замедления при неисправностях тормозной системы приведены следующее зависимости.

Если не тормозит одно переднее колесо

, (2.3.1)

Если не тормозит одно заднее колесо

, (2.3.2)

Тормозит только одно переднее колесо

, (2.3.4)

Тормозит только одно заднее колесо

, (2.3.5)

Тормозят только передние колеса

, (2.3.6)

Тормозят только задние колеса

, (2.3.7)

Тормозят колеса только одной стороны

. (2.3.8)

Считая , =0,6, =0.4…1.2, ,(для категории автомобилей М1, , а для N2, ) определяем тормозной путь Sт и установившееся замедление jз.уст, по формулам:(2.2.1) и (2.2.2) соответственно. Результаты расчетов сводим в таблицу (2.3.1)

Таблица 2.3.1 Результаты расчета зависимостей ,

По результатам расчетов строим график:

Рис. 2.3.1 Зависимость тормозного пути от времени нарастания замедления

Таблица 2.3.2 Результаты расчета ST, (м) при неисправной тормозной системе

По результатам расчетов строим график:

Рис. 2.3.2 Тормозной путь автомобиля с неисправной тормозной системой

3. Топливная экономичность

3.1 Показатели топливной экономичности двигателя и автомобиля

Топливная экономичность является одним из более важных показателей как двигателя, так и автомобиля в целом. Она зависит от конструктивных особенностей двигателя и от положения дроссельной заслонки.

Удельный эффективный расход топлива

(3.1)

где: минимальный удельный эффективный расход топлива, для дизелных двигателей

- частота вращения коленчатого вала;

- частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности.

Коэффициент использования мощности

 (3.2)

где:  - эффективная мощность двигателя, кВт

 - КПД трансмиссии

Используя формулы (1.1.2) и (1.1.3).приведенные в ВСХ, определим скорость и эффективную мощность автомобиля, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала

Сила сопротивления воздуха, Н:

 (3. 3)

Сила сопротивления дороги, Н:

 (3. 4)

 (3. 5)

 (3. 6)

где:  коэффициент сопротивления качению при движении на малых скоростях, . Возрастает при увеличении скорости.

Часовой расход топлива:

 (3. 8)

Таблица 3.1 Исходные данные

Таблице 3.2 Результаты расчетов показателей топливной экономичности двигателя

Таблице 3.3 Результаты расчетов показателей топливной экономичности автомобиля

По результатам расчетов строим графики:

Рис. 3.1 Удельный расход топлива.

Рис. 3.3. Зависимость часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала

Рис. 3.4. Путевой расход топлива автомобиля

4. Анализ устойчивости автомобиля

.1 Устойчивость автомобиля

Устойчивость - свойство автомобиля, характеризующее его способность сохранять заданное направление движения при воздействии внешних сил, стремящихся отклонить его от этого направления то есть противостоять опрокидыванию и скольжению.. В экстремальных условиях недостаточная устойчивость автомобиля может привести к его заносу и опрокидыванию.

В качестве оценочных показателей поперечной устойчивости при равномерном криволинейном движении автомобиля принимают критические скорости движения по кривой согласно условиям бокового опрокидывания Vо и бокового скольжения Vс, определяемые соответственно по выражениям:

, (4.1.1)

(4.1.2)

где: Vo - критическая скорость по условию опрокидывания, м/с;

Vc - критическая скорость по условию скольжения, м/с;

g - ускорение свободного падения,(9,81 м/с2),

R - радиус кривой полотна дороги в плане, м;

B - колея автомобиля, м;

hg - высота центра тяжести автомобиля, м;

q - средний угол поворота управляемых колес,, рад;

hd - коэффициент поперечной устойчивости автомобиля, ;

φ - коэффициент сцепления.

В качестве оценочных показателей поперечной устойчивости при прямолинейном движении автомобиля принимают критические углы косогора (поперечного наклона дороги), т. е. предельные углы, по которым возможно прямолинейное движение автомобиля без скольжения и опрокидывания. Согласно условиям бокового опрокидывания и бокового скольжения, критические углы косогора bо и bс определяются соответственно по выражениям:

, (4.1.3)

(4.1.4)

Сравнивая формулы (4.1.3) и (4.1.4) можно сделать вывод, что в случае , скольжение на поперечном уклоне начнется раньше опрокидывания, и наоборот, в случае раньше наступит опрокидывание.

Однако, зачастую на практике встречаются дороги у которых кривые в плане сопровождаются поперечными уклонами, либо содействующие устойчивости транспортных средств (направленные к центру кривизны), такие дороги еще называют виражами, либо препятствующие (направленные от центра кривизны). Тогда критические скорости движения по кривой согласно условиям бокового опрокидывания Vо и бокового скольжения Vс, определяются соответственно по выражениям:

 (4.1.5)

(4.1.6)

В формулах знаки "+" в числителе и "-" в знаменателе берутся при движении по поперечному уклону, наклоненному к центру кривизны дороги; если же он наклонен в сторону , противоположную центру кривизны дороги, то в числителе ставится "-", а в знаменателе - "+".

На практике часто наблюдаются случаи, когда водители, двигаясь по кривой траектории, увеличивают скорость. Если при этом поворот имеет поперечный уклон, то критическая скорость по условию опрокидывания определяется из выражения:

 (4.1.7)

где: b - расстояние по горизонтали от центра тяжести автомобиля до задней оси, м;

ja - ускорение поступательного движения автомобиля, м/с2.

Наибольшая вероятность потери поперечной устойчивости по условию скольжения происходит при входе автомобиля в поворот дороги, когда одновременно с поворотом рулевого колеса происходит разгон автомобиля. Занос может наступить и тогда, когда автомобиль движется прямолинейно, но при этом водитель резко (с большой угловой скоростью) повернет рулевое колесо.

Предельная скорость при которой происходит занос определяется из выражения:

, (4.1.8)

где: w - угловая скорость поворота управляемых колес, рад/с.

Для определения угловой скорости поворота управляемых колес в зависимости от скорости движения, условий сцепления шин с дорогой и психофизиологических особенностей водителя на практике используют следующие формулы:

при ,

при ,

при,

где: Va - скорость автомобиля, км/ч.

Таблица 4.1.1 Исходные данные

Задаваясь несколькими значениями радиуса кривой полотна дороги R от 20 до 100 м, определяем критические скорости равномерного движения автомобиля) при,(j=0,8.), результаты расчетов заносим в таблицу 4.1.2.

Таблица 4.1.2. Результаты расчетов критических скоростей Vo и Vc

По результатам расчетов строим график:

Рис. 4.1.1 Зависимость критических скоростей в зависимости от радиуса поворота.

Определяем критические скорости для равномерного движения автомобиля при R=50 м для различных значений коэффициента сцепления в диапазоне j=0,2¸0,8. результаты расчетов заносим в таблицу 4.1.3.

Таблица 4.1.3 Результаты расчетов критических скоростей Vo и Vc,

По результатам расчетов строим график:

Рис. 4.1.2 Зависимость критических скоростей в зависимости от φ.

По формулам (4.1.3) и (4.1.4.) , согласно условиям бокового опрокидывания и бокового скольжения, определим критические углы косогора bо и bс при равномерном прямолинейном движении Определим, при каких значениях j автомобиль опрокинется без скольжения. Результаты расчетов занесем в таблицу 4.1.4

Таблицу 4.1.4 Результаты расчетов критических углов косогора bо и bс

Из расчетов видно, что в данных дорожных условиях автомобиль опрокинется без скольжения т.к. βo меньше чем βс.

4.2 Определение показателей устойчивости при различных дорожных условиях

Задаваясь несколькими значениями радиуса кривой полотна дороги R от 20 до 100 м, и j=0,8 и b=2°; j=0,8 и b=(-2°). По формулам (4.1.5) и (4.1.6) определяем критические скорости равномерного движения автомобиля. Результаты расчетов сводим в таблицу 4.2.1

Таблицу 4.2.1 Результаты расчетов критических скоростей

По результатам расчетов строим графики:

Рис. 4.2.1 Зависимость критических скоростей от радиуса поворота при β=2 и β=-2

Определяем критические скорости для равномерного движения автомобиля по формуле (4.1.5) и (4.1.6) при R=50 и b=2° м для различных значений коэффициента сцепления в диапазоне j=0,2¸0,8. Результаты расчета заносим в таблицу 4.2.2

Таблица 4.2.2.Результаты расчетов Voβ и Vcβ для различных значений j=0,2¸0,8

По результатам расчетов строим график:

Рис. 4.2.2 Зависимость критических скоростей от коэффициента сцепления.

Задаваясь несколькими значениями радиуса R кривой полотна дороги от 20 до 100 м, по формуле (4.1.6) определяем критические скорости ускоряющегося движения автомобиля при j=0,8, b=2°, ja=0,25 м/с2; j=0,8, b=(-2°), ja=0,25 м/с2.Результаты расчетов заносим в таблицу 4.2.3.

Таблица 4.2.3 Результаты расчетов Voβ и Vcβ для различных значений R=20…100

По результатам расчетов строим графики:

Рис. 4.2.4 Зависимость критических скоростей от радиуса поворота при β=2 и β=-2

Задаваясь несколькими значениями Va при входе в поворот дороги от 20 до 100 км/ч, определяем критические угловые скорости поворота управляемых колес по формуле (4.1.8) при j=0,8,; j=0,5; j=0,2. Результаты расчетов сводим в таблицу 4.2.4.

Таблица 4.2.4 Результаты расчетов Vcw при j=0,8,; j=0,5; j=0 и Va =20…100 км/ч

По результатам расчетов строим график:

Рис. 4.2.5 Зависимость критическиой скрости от угловой скорости поворота управляемых колес автомобиля

5. Анализ управляемости автомобиля

.1 Управляемость автомобиля

Управляемость свойство управляемого водителем автомобиля сохранять в определенной климатической обстановке заданное направление движения или изменять его в соответствии с воздействием на рулевое управление водителем.

При помощи нелинейной теории увода можно определить коэффициенты бокового увода передней и задней оси в порожнем и груженном состоянии, при определенных дорожных условиях. Теоретический коэффициент сопротивления увода шины можно определить из выражения, (Н/рад)

 (5.1.1)

где: - ширина шины,

-посадочный диаметр шины,

- давлении шины.

Практический коэффициент сопротивления увода шины

 (5.1.2)

где: q- коэффициент коррекции с условиями работы шины. В частности нагрузки в продольной и вертикальной плоскости.

 (5.1.3)

где  коэффициент учитывающий влияние горизонтальной нагрузки на ось, характеризует отклонение теоретической нагрузки на ось от фактической,

 коэффициент учитывающий влияние продольных сил на ось.

 (5.1.4)

где: - фактическая нагрузка на колесо,

- оптимальная нагрузка на колесо

 (5.1.5)

 (5.1.6)

где:  - вес приходящей на ось,

- количество колес на оси

 (5.1.7)

где:

, (5.1.8)

 (5.1.9)

Определить какая поворачиваемость будет у автомобиля в порожнем и груженном состоянии, можно при помощи коэффициента поворачиваемости.

 (5.1.10)

Если , то нейтральная поворачиваемость, если - недостаточная поворачиваемость, - избыточная поворачиваемость.

Критическую скорость по условию поворачиваемости в порожнем и груженном состоянии, определяют по формуле.

 (5.1.11)

Таблица 5.1.1 Исходные данные

Таблица 5.1.2 Результаты расчетов для порожнего состояния автомобиля

Таблица 5.1.3 Результаты расчетов для полностью груженного автомобиля

По формуле (5.1.10) определим какая поворачиваемость будет у автомобиля в порожнем и груженном состоянии. Результаты расчета сводим в таблицу (5.1.4) и определяем какая поворачиваемость у автомобиля.

Таблица 5.1.4 Результаты расчетов Кпов для порожнего полностью груженного автомобиля

Критическую скорость по условию поворачиваемости в порожнем и груженном состоянии, определяем по формуле (5.1.11.). Результаты расчета сводим в таблицу (5.1.5) и определяем какая поворачиваемость у автомобиля

Таблица 5.1.5 Результаты расчетов Vупр для порожнего полностью груженного автомобиля

5.2 Определение показателей управляемости при различных дорожных условиях

Самым важным показателем управляемости является критическая скорость по условию управляемости.

 (5.2.1)

где: j - коэффициент сцепления,

f коэффициент сопротивления качению,

Q-угол поворота управляемых колес,

L- база автомобиля, м,

 м/с - ускорение свободного падения.

Задаваясь углом поворота управляемых колес (Q) от 0 до 30 и используя выше выбранные исходные данные, по формуле (5.1.2) определим критическую скорость по условию управляемости.

Таблица (5.2.1) Результаты расчета критической скорости по условию управляемости.

По результатам расчетов строим график

Рис. 5.2.1 Зависимость критической скорости от угла Q

6. Анализ проходимости автомобиля

6.1 Опорно-сцепные, тяговые и геометрические показатели проходимости. Определение показателей проходимости

Проходимость - свойство автомобиля двигаться по ухудшенным и плохим дорожным условиям, преодолевая препятствия в том числе и искусственные без посторонней помощи.

Проходимость автомобиля делится на:

·        Геометрическую.

·        Тяговую.

·        Опорно-сцепную

Геометрическая проходимость Обусловлена геометрическими параметрами автомобиля, зависит от компоновки автомобиля и оценивается геометрическими показателями. Которые определяются по компоновочным чертежам или путем замеров. Все измерения проводятся при полной загрузки автомобиля на горизонтальной площадки с твердым покрытием.

К геометрическим показателям проходимости относятся:

·         Клиренс.

·        Передний и задний углы свеса.

·        Продольный радиус проходимости

 (6.1.1)

где: L- база автомобиля.

Н-расстояние от опорной поверхности до низшей точки автомобиля в средней его части ( до рамы)

- динамический радиус колеса.

Поперечный радиус проходимости

 (6.1.2)

где: - расстояние между внутренними поверхностями колес.

h-наименьший клиренс.

Тяговая проходимость характеризует тяговые возможности автомобиля преодолевать плохие или ухудшенные дорожные условия.

К основным показателям тяговой проходимости относятся максимальная сила тяги (Рт) и максимальный динамический фактор (D).

 (6.1.3.)

 (6.1.4)

Опорносцепная проходимость обусловлена способностью автомобиля ехать слабой несущей способностью. К основным показателям опорносцепной проходимости относятся:

·         Сцепной вес.

·        Коэффициент сцепного веса.

·        Давление колес па опорную поверхность.

·        Коэффициент сцепления.

Сцепной вес, это вес приходящийся на ведущие колеса , т.е. та часть веса которая создает нормальную реакцию на ведущих колесах.

 (6.1.5)

где  реакция дороги на ведущих колесах.

Реакция дороги для передней (1) и задней (2) осей автомобиля, находится по формуле.

 (6.1.6)

 (6.1.7)

Движения автомобиля без буксования возможно если выполняется условие

 (6.1.8)

Сила сопротивления движению автомобиля

 (6.1.9)

где  коэффициент сопротивления дороги, равен:

 (6.1.10)

Условия движения автомобиля:

 (6.1.11)

Таблица 6.1.1 Исходные данные

Задаваясь углом подъема  от 0 до 40 определим синус, косинус и тангенс, определим реакция дороги для передней (1) и задней (2) осей автомобиля.

По формуле (6.1.3) и (6.1.9 ) найдем силу тяги и силу сопротивления движению автомобиля соответственно.(учитывая какие колеса у автомобиля являются ведущими) Результаты расчетов сводим в таблицу (6.1.2)

Таблица (6.1.2) Результаты расчетов реакции Z, Рт и Рс.

По результатам расчетов строим график

Рис. 6.1.1 Тягово сцепная характеристика автомобиля

Найдем продольный радиус проходимости и поперечный, соответственно.

Таблица (6.1.3) Результаты расчетов RL и RB/

Определим тягово-сцепные показатели автомобиля в различных дорожных условиях. Для этого зададимся углом подъема α и коэффициентом сцепления φ = 0,3…1,1. Затем по формуле (6.1.3) и (6.1.9 ) найдем силу тяги и силу сопротивления движению автомобиля (учитывая какие колеса у автомобиля являются ведущими).

Таблица (6.1.4) Результаты расчетов Рт и Рс в зависимости от φ

По результатам расчетов строим график:

Рис. 6.1.2 Тягово-сцепные характеристики в зависимости от φ

6.2 Способы повышения проходимости

1.  Для увеличения проходимости вместо колес используют гусеничные механизмы.

2.      Устанавливают большое количество колес.

.        Используют шнековые колеса.

.        Устанавливают катки вместо обычных колес.

.        Применяют грунтозацепы.

.        Устанавливают на автомобиль лебедку.

.        Применяют движение на воздушной подушке.

.        Применяют блокировку дифференциала.

.        Увеличивают углы свеса.

.        Применяют привод на все колеса автомобиля.

.        Более высокий клиренс.

.        Конструируют автомобиль так чтобы передняя и задняя колея совпадали.

Литература

1.  Краткий автомобильный справочник. - 10-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. - 220с, ил., табл. - (Гос. науч.-исслед. ин-т автомоб. , трансп.).

2.      Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т.1.-8-е изд., перераб. и доп. под ред. И.Н. Жестковой .-М.: Машиностроение 2001-920 с.: ил.

.        Автомобиль. Тяговая динамичность автомобилей: Методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 150200/ Сост. В.А. Васильев. Красноярск, КГТУ, 2004г. -64 с.

.        Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета: Учебник для студентов вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство».: под. Ред. В.В. Осепчугов, А.К. Фрумкин.-М.: Машиностроение 1989.-304 с.: ил.

.        . Теория автомобиля. Элементы расчета технико-эксплуатационных свойств автомобиля: Учебное пособие/ И.Ф. Дьяков-2-е изд., перераб.- Ульяновск: УлГТУ, 2002-99 с.