Паливна економічність автомобіля .

Одним з основних показників, яким оцінюється паливна економічність автомобіля, вважається витрата палива QS на 100 км пройденого шляху у разі рівномірного руху з певною швидкістю в заданих дорожніх умовах.

( 4.21)

де Ne — потужність двигуна, яка необхідна для руху автомобіля в заданих дорожніх умовах, кВт;

ge — питома витрата палива, що відповідає даному режиму роботи двигуна, ( для карбюраторних двигунів вона становить 250 – 320 г/кВт.год і для дизельних – 210 – 280 г/кВт.год) г/кВт×год;

ρп — питома вага палива (для бензину — 0,725 кг/л, для дизельного палива — 0,825 кг/л);

V — швидкість руху автомобіля, км/год.

Потужність, яка необхідна для руху автомобіля на дані швидкості у заданих дорожніх умовах на прямій передачі, визначається за формулою:

(4.22.)

В умовах експлуатації якість дороги , навантаження автомобіля та швидкість руху непостійні. Тому автомобільному двигуну доводиться працювати на різних навантажувальних і швидкісних режимах.

Питома витрата палива ge залежить від економічності двигуна та режиму його роботи . Значення ge змінюється в широких межах із зміною потужності та частоти обертання вала двигуна.

Для визначення питомих витрат палива , що відповідаюь різним режимам роботи автомобіля , можна користуватися графіком / 4.4. / На графіку зображена крива ефективної потужності Ne = f ( nд) що розвивається двигуном під час повного відкриття дросельної заслінки , та ряд кривих питомих витрат палива ge , отриманих під час різних навантажень двигуна . Навантаження характеризується відношенням потужності , що розвивається двигуном у даному режимі , до потужності , яка розвивається на тій же частоті обертання за умови повного відкриття дросельної заслінки. Для кожної кривої ge вказується ступінь використання потужності двигуна, виражений в процентах. Криві будуються за даними стендових випробувань двигуна .

Щоб зв’язати на вказаному графіку частоту обертання двигуна n_д із

рухаються поступально, і аеродинамічний опір враховуються, при необхідності, як і при прямолінійному русі.

Для оцінки впливу сил на поворот машини зручно ви­значати їх моменти відносно точки О2: якщо момент спря­мований в бік повороту — сила утворює поворотний момент МП, якщо проти — момент, що перешкоджає повороту Мс . Поворот неможливий (настає втрата керованості) при МП<МС .

Колісну машину розвертають бокові реакції ґрунту, які діють на передні колеса, а також дотичні сили тяги цих коліс (якщо вони ведучі).

Сила опору коченню задніх коліс і дотичні сили тяги не повертають машину і не перешкоджають повороту, якщо вони попарно рівні (їх моменти відносно точки О2 врівноважуються) .

Бокові реакції Z'2 і Z"2 не утворюють моментів відносно

точки О2, якщо задні колеса котяться без бокового відве­дення.

Сили опору коченню передніх коліс P'fl і Р" бокова складова відцентрової сили Рц бокова складова тягового зусилля Рт і моменти опору повороту коліс, а також мо­мент сил інерції Mj перешкоджають повороту.

Поздовжня складова відцентрової сили та інші поз­довжні сили не впливають на поворот, якщо проекції їх ліній дії проходять через О2.

Рівність сил Р'к2 і Р"к2 забезпечується між колісним ди­ференціалом. Проте, якщо диференціал блокований, то вона порушується і поворот утруднюється.

Роздільне гальмування задніх коліс тракторів дозволяє змінювати Р'к2 і Р"к2 так, щоб ці сили сприяли повороту.

Потрапляння задніх коліс у глибокі колії збільшує М'с2 і М"с2 і утруднює поворот.

Потрапляння задніх коліс у глибокі колії збільшує М'с2 і М"с2 і утруднює поворот.

Збільшення одного з опорів коченню задніх коліс P'f2 або Р"f2, наприклад внаслідок наїзду на перешкоду, при­зводить у першому випадку до утруднення повороту, а в другому — до його полегшення або навіть до вільного по­вороту.

Оскільки опір коченню машини на повороті значно біль­ший, ніж при прямолінійному русі в аналогічних умовах, від двигуна вимагається більша потужність. Тому можли­вість повороту колісної машини в заданих умовах переві­ряють на достатність потужності двигуна.

Крім того, можливість повороту колісної машини пере­віряється за умови достатнього зчеплення напрямних ко­ліс з опорною поверхнею. Для цього спочатку визначають результуючий момент опору повороту Мрез як суму момен­тів всіх сил, що перешкоджають повороту, відносно точки О2, потім знаходять результуючу силу опору повороту:

5.10. Схема сил, які діють на колісний тарктор при повороті

При повороті колісного трактора на нього діють такі зовнішні сили (рис. 5.10):

Р’к1, Р’’к1, Р’к2, Р’’к2 —Дотичні сили тяги, що діють відпо­відно на передні та задні колеса і зумовлені ведучими моментами, які підводяться до цих коліс;

Р’f1, Р’’f1, Р’f2, Р’’f2 —сили 0П0РУ коченню коліс;

M'c1, M"c1, M'с2, M"с2— моменти опору повороту коліс від­носно поверхонь контакту з ґрунтом;

Рц і Р'ц— відповідно відцентрова сила і її бокова скла­дова;

Z'1, Z"1, Z'2, Z''2 — бокові реакції ґрунту, що діють на ко­леса;

Мj — момент сил інерції машини, який діє під час вхо­дження у поворот;

Рт — тягове зусилля.

Складові ваги, зумовлені уклоном, сила інерції мас ма­шини, що

швидкостями руху автомобіля V, до осі абсцис добудовуються похилі лінії з нанесеними на них перевідними масштабами , які визначаються з відомого співвідношення

V = . ( 4.23)

Кількість масштабних шкал відповідає числу ступенів коробки передач / на рис .4.4. зображена одна шкала/.

Паливна економічність автомобіля розраховується у такі послідовності . На відповідні шкалі перевідних масштабів відзначається задана швидкість руху V/..За допомогою додаткової побудови , вказаної на рис. 4.4. пунктиром , знаходиться частота обертання nд двигуна на вказаній

Рис. 4.4. Графік розрахунку паливної економічності автомобіля завантаження автомобіля : 1 – 35...40 % ; 2 – 55...60 % ; 3 – 100 % ;

4 – 80... 85 % /

Паливна економічність автомобіля розраховується у такі послідовності. На відповідній шкалі перевідних масштабів відзначається задана швидкість руху V. За допомогою додаткової побудови, вказаної на рис. 4.4. пунктиром, знаходиться частота обертання n_д двигуна на вказаній швидкості швидкості і визначається за кривою Ne максимальна потужність двигуна Ne /, що відповідає даному числу обертів . Потім розраховується потужність двигуна Ne , необхідна для руху автомобіля в заданих умовах, і визначається ступінь завантаження двигуна як відношення розрахованої потужності Ne до визначеної за графіком максимальної потужності Ne /. Знаючи число обертів двигуна та ступінь його завантаження , знаходиться за допомогою відповідної кривої питома витрата палива ge . Якщо на графіку немає кривої питомих витрат палива для даного ступеня завантаження двигуна , інтерполюються дві сусідні криві , найближчі за ступенем завантаження . За знайденним значенням ge та розрахованою величиною N за формулою / 4.19 / визначається шляхова витрата палива.

Крім вищезгаданого способу визначення , питому витрату палива, яка відповідає даному режиму роботи двигуна, можна визначити за формулою:

, ( 4.24.)

де kп — коефіцієнт, який враховує вплив на питому витрату палива швидкісного режиму двигуна і визначається за рисунком 4.5. із врахуванням відношення пдi/пн;

пдi, пн — проміжна і номінальна частота обертання колінчастого вала двигуна, хв-1;

kN — коефіцієнт, що визначає вплив на питому витрату палива навантажувального режиму роботи двигуна, визначається за рисунком 4.5.із врахуванням відношення Nei/Nei(зовн);

Nei/Nei(зовн) — потужність, яка необхідна для подолання опорів руху автомобіля з даною швидкістю і потужність двигуна за зовнішньою характеристикою (на тій же частоті обертання колінчастого вала.

Із отриманих значень V, Ne i ge, можна визначити витрату палива в літрах на 100 км пройденого шляху для різних швидкостей руху.

Наочне уявлення про співвідношення швидкостей дає рис. 5.9. на якому, як і на рис. 5.8, показані швидкості гусениць і трактора. Варіант І відповідає прямолінійному руху трактора на заданій передачі, II — повороту шляхом відключення однієї гусениці від двигуна, яке досягається за допомогою муфти повороту або одноступінчастого пла­нетарного механізму (v'<v), III — повороту за допомо­гою диференціального механізму повороту або механізму з окремим підведенням потужності до правої і лівої гусе­ниць (v'=v), IV — повороту шляхом збільшення швидкості однієї гусениці (v'> v), що можливе лише при окремо­му підведенні потужності до гусениць. При такому підве­денні поворот можливий і шляхом одночасного, але неод­накового збільшення або зменшення швидкостей гусениць (ці варіанти поворотів на рис. 5.9 показані штриховими лініями).

5.9. Співвідношення швидкостей гусениць і трактора при різних ва­ріантах повороту

Задачі динаміки повороту машин розв'язують шляхом визначення зовнішніх сил, що діють на неї при повороті, складання диференціальних рівнянь руху і розв'язання їх з метою визначення траєкторій руху і аналізу стійкості.

Розглянемо зовнішні сили, які діють на машину при по­вороті для визначення тих, що повертають машину і пере­шкоджають повороту.

5.8. Схема повороту гусеничного трактора.

Тому: R = 0,5В (5.5.)

При одній зупиненій гусениці R = 0,5B. Щоб радіус повороту дорівнював нулю (центр повороту знаходився в точці От), необхідна умова v2=- v1, тобто гусениці повин­ні рухатися з однаковими швидкостями, але в протилеж­них напрямках.

Швидкість руху трактора при повороті визначається за формулою (див. рис. 5.8.):

v' = 0,5(v2+v1). (5.6.)

Залежно від особливостей конструкції механізмів пово­роту швидкість v' порівняно зі швидкістю прямолінійного руху v на заданій передачі може бути меншою, більшою і дорівнювати їй.

Рисунок 4.5. Залежність коефіцієнтів kп і kN відповідно

від частоти обертання вала двигуна а)

і від ступеня завантаження двигуна б),

1 – карбюраторний двигун; 2 – дизель.

Паливну економічність автомобіля в різних умовах усталеного руху відображає його економічна характеристика / рис.4.6./. На ній вказується ряд кривих Qs =f (V), кожна з яких відповідає певним дорожнім умовам, що характеризуються зведеними коефіцієнтами дорожніх опорів ψ1, ψ2 і ψ3.

Максимальні швидкості руху автомобіля із погіршенням дорожніх умов і підвищення коефіцієнта ψ зменшуються. Їх значення обмежені огинаючою а – а. Крива с – с відповідає мінімальним витратам палива на 100 км шляху , тобто найбільш економічним швидкостям руху , які завжди нижчі від можливих максимальних швидкостей.

На відрізках характеристики , розташованих ліворуч кривої с - с , збільшення шляхової витрати палива зумовлюється переходом на на менш економічні режими роботи двигуна. Правіше кривої с – с шляхова витрата

Рис. 4.6. Економічна характеристика автомобіля

палива зростає в основному за рахунок збільшення опору руху, зокрема опору повітря.

Інтервал економічних швидкостей вантажних автомобілів 35 – 55 км/год і вище залежно від класу автомобіля.

У довідниках часто вказують контрольну витрату палива на 100 км. Така витрата спостерігається під час рівномірного руху на прямій передачі з повним завантаженням двигуна в типових для даного автомобіля дорожніх умовах. Для автомобілів звичайної прохідності типовими умовами вважається рух в літній час по дорозі з сухим асфальтним покриттям на ділянках з нахилами поздовжнього профілю , не більше 1,5 % .

Запас ходу автомобіля / км / , тобто шлях , який може бути пройдений без додаткової заправки паливом, дорівнює

Sзап = , ( 4.25.)

де Vбак – місткість паливного бака , л.

Паливо витрачається двигуном на переміщення порожнього автомобіля та на подолання опорів , пов’язаних з корисним використанням його вантажопідйомності . Чим більша друга частина в загальній витраті палива , тим вища паливна економічність автомобіля . Тому для економії палива важливо раціонально використовувати вантажопідйомність і застосовувати причепи.

Найменші радіуси повороту: R1 — зовнішнього най­більш віддаленого від центра повороту переднього колеса тягача, R2 — внутрішнього, ближчого до центра повороту заднього колеса тягача і R3 — внутрішнього самого близь­кого до центра повороту колеса причепа; габаритні радіу­си повороту: R1г — найбільш віддаленої від центра пово­роту точки тягача, R2г— найбільш близької до центра по­вороту точки тягача і R3г — найбільш близької до центра повороту точки причепа.

За габаритними радіусами повороту можна визначити габаритну ширину коридора, необхідну для проїзду поїзду:

Bг = R1г—R3г. (5.2.)

Важливим показником маневреності поїзда є ширина Вя смуги, на якій може бути виконаний розворот поїзда (тобто поворот його на 180°). Якщо розворот здійснюється без застосування заднього ходу і маневрування, то шири­на смуги розвороту Вд визначається так:

Вд = 2Rlг + Δ, (5.3.)

де Δ — захисна зона, необхідна для гарантії безпеки руху (Δ =0,3—0,5 м).

Оскільки зовнішній габаритний радіус R1г визначається траєкторією тягача, то наявність причепа не впливає на потрібну для розвороту ширину смуги.

Розроблений розрахунковий метод визначення парамет­рів кругового руху автопоїзду.