Тяговая сила ведущих колес

Крутящий момент двигателя М_д передается через трансмиссию к ведущим колесам АТС. Приводимые в справочной литературе и технических характеристиках автомобилей данные внешних характеристик двигателей (N_e, M_e) соответствуют условиям их стендовых испытаний, значительно отличающихся от условий, в которых двигатели работают на автомобилях. При стендовых испытаниях по ГОСТ 14846-81 внешние характеристики двигателя определяют при установке на него только основного оборудования (воздухоочистителя, генератора и водяного насоса), т. е. без оборудования, необходимого для обслуживания шасси (например, компрессора, гидроусилителя руля). Поэтому для определения М_д числовые значения М_е необходимо умножить на коэффициент K_c:

. (6.2)

Для отечественных грузовых двухосных автомобилей К_с = 0,88, а для многоосных – К_c= 0,85.

Условия стендовых испытаний двигателей за границей отличаются от стандартных. Поэтому при испытаниях:

по SАЕ (США, Франция, Италия) – К_с = 0,81–0,84;

по DIN (ФРГ) – К_с = 0,9–0,92;

по В5 (Англия) – К_с = 0,83–0,85;

по JIS(Япония) – К_с = 0,88–0,91.

К колесам передается крутящий момент М_к> М_д. Увеличение М_д пропорционально общему передаточному числу трансмиссии. Часть крутящего момента, учитываемая коэффициентом полезного действия трансмиссии, расходуется на преодоление сил трения. Общее передаточное число трансмиссии и является произведением передаточных чисел агрегатов трансмиссии

(6.3)

где u_кu_рu_r – соответственно передаточные числа коробки передач, раздаточной коробки и главной передачи. Значения u_к, u_ри u_r приводятся в технической характеристике АТС.

Коэффициент полезного действия трансмиссии η является произведением КПД ее агрегатов. Для расчетов можно принимать: η= 0,9 – для грузовых двухосных автомобилей с одинарной главной передачей (4´2); η= 0,88 –для грузовых двухосных автомобилей с двойной главной передачей (4´2); η= 0,86 – для автомобилей повышенной проходимости (4´4);
η = 0,84 – для грузовых трехосных автомобилей (6´4); η= 0,82 – для грузовых трехосных автомобилей повышенной проходимости (6´6).

Суммарная тяговая сила P_к , которую может обеспечить двигатель на ведущих колесах, определяется по формуле

(6.4)

где r_D – динамический радиус колеса.

Динамический радиус колеса в первом приближении равен статическому радиусу, т.е. r_{D =} r_ст. Значения r_ст приводятся в ГОСТах на пневматические шины. При отсутствии этих данных радиус r_D тороидных шин вычисляется по формуле

, (6.5)

где d – диаметр обода; λ – 0,89 - 0,9 – радиальная деформация профиля; b_ш– ширина профиля.

Диаметр обода d и ширина профиля определяются из обозначения шины.

Использование силы P_к (6.4) для движения АТС зависит от способности автомобильного колеса, находящегося под воздействием нормальной нагрузки G_нg воспринимать или передавать касательные силы при взаимодействии с дорогой. Это качество автомобильного колеса и дороги принято оценивать силой сцепления шины с дорогой P_φn или коэффициентом сцепления φ.

Силой сцепления шины с дорогой P_φn называют максимальное значение горизонтальной реакции Т_n (рис. 6.2), пропорциональное нормальной реакции колеса R_n:

; (6.6)

; (6.7)

(6.8)

Для движения колеса без продольного и поперечного скольжения необходимо соблюдать условие

. (6.9)

В зависимости от направления скольжения колеса различают коэффициенты продольного φ_х и поперечного φ_у сцепления. Коэффициент φ_х зависит от типа покрытия и состояния дороги, конструкции и материала шины, давления воздуха в ней, нагрузки на колеса, скорости движения, температурных условий, процента скольжения (буксования) колеса.

Рис.6.2. Схема сил, действующих на колесо автомобиля

Величина коэффициента φ_х в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия может изменяться в очень широких пределах. Это изменение обусловлено не столько типом, сколько состоянием верхнего слоя дорожного покрытия. Причем тип и состояние дорожного покрытия оказывает на величину коэффициента φ_х значительно большее влияние, чем все другие факторы. Поэтому в справочниках φ_х приводится в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия.

К основным факторам, связанным с шиной и влияющим на коэффициент φ_х, относятся удельное давление (зависит от давления воздуха в шине и нагрузки на колесо) и тип рисунка протектора. Оба они непосредственно связаны со способностью шины выдавливать в стороны или прорывать пленку жидкости на дорожном покрытии для восстановления с ним надежного контакта.

При отсутствии поперечных сил P_φn и Y_n коэффициент φ_х возрастает с увеличением проскальзывания (буксования) шины по дороге. Максимум φ_х достигается при 20 – 25 % проскальзывания. При полном буксовании ведущих колес (или юзе тормозных колес) коэффициент φ_х может быть на 10 – 25 % меньше максимального (рис. 6.3, а).

С увеличением скорости движения автомобиля коэффициент φ_х обычно уменьшается (рис. 6.3, б). При скорости 40 м/с он может быть в несколько раз меньше, чем при скорости 10 – 15 м/с.

Определяют φ_х обычно экспериментально методом буксирования автомобиля с заблокированными колесами. При эксперименте регистрируют силу тяги на крюке буксира и нормальную реакцию заблокированных колес. Поэтому справочные данные по φ_х относятся, как правило, к коэффициенту сцепления при буксовании (юзе).

Коэффициент поперечного сцепления φ_у обычно принимают равным коэффициенту φ_х и при расчетах пользуются средними значениями коэффициента сцепления φ (табл. 6.1).

Рис. 6.3. Влияние на коэффициент φ_х различных факторов:

а – изменение коэффициента φ_х в зависимости от проскальзывания; б – изменение
коэффициента φ_х в зависимости от скорости качения колеса: 1 – сухая дорога
с асфальтобетонным покрытием; 2 – мокрая дорога с асфальтобетонным покрытием;
3 – обледеневшая ровная дорога

Таблица 6.1

При расчетах тягово-скоростных свойств АТС различием в коэффициентах сцепления колес пренебрегают и максимальную тяговую силу, которую могут обеспечить ведущие колеса по сцеплению с дорогой, определяют по формуле

(6.10)

где R_n – нормальная реакция n-го ведущего колеса. Если тяговая сила ведущих колес превышает максимальную тяговую силу, то ведущие колеса автомобиля буксуют. Для движения АТС без буксования ведущих колес необходимо выполнение условия

, (6.11)

Выполнение условия (6.11) позволяет уменьшить время следования ПА к месту вызова в основном за счет уменьшения времени разгона t_r. При разгоне ПА важно реализовать максимально возможное по дорожным условиям Р_к. Если ведущие колеса ПА при разгоне пробуксовывают, то для движения реализуется меньшая Р_к и, как следствие, увеличивается t_r. Уменьшение Р_к при буксовании ведущих колес и объясняется тем, что при появлении скольжения колес относительно дороги на 20 – 25 % уменьшается φ_x (см. рис. 6.3). Уменьшение φ_x приводит к уменьшению P_φ (6.10) и, следовательно, к уменьшению реализуемой Р_к (6.11).

При движении ПА с места выполнить условие (6.11) только за счет правильного выбора частоты вращения коленчатого вала двигателя и номера передачи не удается. Поэтому разгон ПА от v=0 до v_min должен происходить при частичной пробуксовке муфты сцепления. Дальнейший разгон ПА от v_min до v_max без пробуксовки ведущих колес ПА с механической коробкой передач обеспечивается за счет правильного выбора положения педали подачи топлива (частоты вращения коленчатого вала двигателя) и момента переключения на высшую передачу.