ТРАКТОРИ І АВТОМОБІЛІ, частина ІІ Електронний підручник
Головна Теоретичні відомості Тести Додатки Список використаних джерел Навчальна програма Укладачі	8. ОСНОВИ ТЕОРІЇ ТРАКТОРІВ ТА АВТОМОБІЛІВ
	8.1. Загальна динаміка тракторів і автомобілів 8.1.1. Сили і моменти, що діють на трактор і автомобіль. Тяговий баланс тракторів і автомобілів 8.1.2. Баланс потужності і загальний тяговий ККД трактора 8.1.3. Тягові характеристики трактора та автомобіля 8.1.4. Динаміка і економічна характеристика автомобіля 8.1.5. Способи економії палива і мастильних матеріалів 8.1.1.Сили і моменти, що діють на трактор і автомобіль. Тяговий баланс тракторів та автомобілів Тяговий баланс – це співвідношення між зовнішніми силами, які виникають під час руху мобільної машини. Рівняння, яке описує цей взаємозв'язок, називають рівнянням тягового балансу. Зовнішніми відносно машини називають сили реакції середовища або об'єктів, з якими взаємодіють ходова частина та остов мобільної машини. До зовнішніх сил належать: сила тяжіння (вага), реакція опорної поверхні на колеса або гусениці, опір пересуванню робочих машин-знарядь (тягове зусилля), інерція, опір повітря тощо. Схему зовнішніх сил, що діють на трактор і автомобіль під час їх руху на підйом з тяговим зусиллям на гаку, наведено на рис. 8.1.1. Проаналізуємо кожну складову рівняння тягового балансу зокрема. Сила тяжіння (вага) G прикладена в центрі мас (ц.м.) і спрямована вертикально донизу. Для зручності визначення невідомих сил її розкладають на дві складові: паралельну опорній поверхні Gsinɑ, яка перешкоджає руху на підйом машини, та перпендикулярну неї Gcosɑ, що притискує колеса до опорної поверхні, викликаючи деформацію коліс і ґрунту та реактивні сили опорної поверхні на колеса. Дотична сила тяги. Крутний момент Мд, що розвивається двигуном, за допомогою трансмісії передається на ведучі колеса трактора (автомобіля). Момент на ведучих колесах Мк, або ведучий момент, визначають за формулою: Мк = МД∙ітр∙ɳтр , де: ітр – ККД трансмісії. Під дією ведучого моменту в зоні контакту колеса з опорною поверхнею виникає дотична сила тертя, що за величиною дорівнює дотичній силі тяги Рд, яка і рухає машину. Вона завжди спрямована за рухом машини, паралельна поверхні і визначається за формулою: = = де гк – радіус кочення ведучого колеса, м. Сили реакції опорної поверхні на колеса спрямовані перпендикулярно до поверхні. Допустивши, що відповідні реакції на праві і ліві колеса попарно однакові, реакції опорної поверхні на передні колеса будуть Z1, а на задні – Zi. Сила опору коченню трактора – це умовна сила, що виникає від затрати енергії на деформацію ґрунту (утворення колії), шини та тертя між ґрунтом і колесами під час їх ковзання. Вона складається із сили опору коченню передніх Р* і задніх ведучих Pt коліс. її визначають діленням моментів опору коченню відповідно M і M на радіуси цих коліс: Коефіцієнти опору коченню задніх ведучих f2 і напрямних f1 коліс різні за величиною, але для спрощення розрахунків вважають, що вони однакові. Силу опору коченню колісної машини під час руху в загальному випадку обчислюють за формулою: Pf = Ph + Ph = fG cosɑ, де: f – коефіцієнт опору коченню. Коефіцієнт опору коченню залежить від фізико-механічних властивостей ґрунту і конструкції ходової частини. Сила опору підйому прикладена в центрі мас машини і діє вздовж опорної поверхні. Під час руху на підйом ця сила витрачається на подолання опору і протидіє Рд, до того ж під час спуску зменшує опір руху. Тому в першому випадку вона має знак плюс, а в другому – мінус. Оскільки кути підйому автомобільних шляхів порівняно невеликі і часто не перевищують 5 – 7°, то sin a = tg a. Звідси сила опору підйому дорівнюватиме: Pt =Gsinɑ = Gtgɑ = Gi, + Сила сумарного опору шляху Pψ – це загальний опір, який чинить шлях, дорівнює сумі сил опору кочення Pf і підйому Pі. Знак плюс беруть у разі руху на підйом, знак мінус – під уклон. Підставивши значення сил Pf і Pі, одержимо: Вираз у дужках називають зведеним коефіцієнтом опору шляху і позначають літерою ψ: Ψ = За малих кутів підйому шляху значення cos ά близькі до одиниці, а sin ά≈і, звідки: Ψ = f ± і. На горизонтальній поверхні sin a = 0, тоді ці = f. Сила опору повітря складається з лобового опору повітря, опору від завихрення, його тертя об поверхню машини, опору у разі проходження через радіатор. Ця сила прикладена в точці, яку називають центром парусності машини. Орієнтовно приймають, що вона знаходиться на одній висоті з центром мас. Силу опору повітря обчислюють за формулою: Рю = Kw ∙ F ∙ v^2, де: Kw – коефіцієнт обтічності, Не /м; F – лобова площа, м^2; v – швидкість руху машини, м/с. Орієнтовно лобову площу машини визначають за формулою F = Н'∙В, де: Н' – висота машини; В – ширина машини. Якщо швидкість руху машини менша за 5 м/с, то сила опору повітря мала і нею нехтують. Рис. 8.1.1.Схеми сил, що діють на: а – колісний трактор; б – автомобіль; в – гусеничний трактор під час руху на підйом з тяговим зусиллям на гаку Сила інерції поступального руху Pj виникає внаслідок нерівномірної швидкості прямолінійного поступального руху машини: Pj = m ∙ j, де т – маса машини, кг; j – лінійне прискорення, м/с^2. Сила інерції під час прискореного руху (розгону) перешкоджає збільшенню швидкості, протидіє силі Рд, тому береться зі знаком плюс, під час сповільненого – зменшує опір руху, тому береться зі знаком мінус. Тягове зусилля Ргк—дорівнює опору, який створюють сільськогосподарські машини або причепи. Воно протидіє поступальному руху машини і в загальному випадку спрямоване під кутом до опорної поверхні. Для спрощення розрахунків тягове зусилля вважають паралельним опорній поверхні. Спроектувавши всі сили на вісь, паралельну опорній поверхні, одержимо рівняння тягового балансу: = 0, . Дотична сила тяги на ведучих колесах машини обмежується силою зчеплення шин з опорною поверхнею. Рух можливий лише за умови: , де: Рφ – сила зчеплення ведучих коліс з опорною поверхнею; Gзч – вага машини, що припадає на ведучі колеса (зчіпна вага) (у повнопривідних і гусеничних машин зчіпна вага відповідає усій вазі машини, у машин із задніми ведучими колесами вона орієнтовно дорівнює 2/3G); φ – коефіцієнт зчеплення ведучих коліс з опорною поверхнею. Сила зчеплення протидіє ковзанню коліс на опорній поверхні і залежить від сили тертя, яка виникає в місці контакту ведучих коліс з поверхнею, стану шляху, малюнка і ступеня спрацювання протектора, тиску в шинах тощо. Схема зовнішніх сил, що діють на гусеничну машину (див. рис.8.1.1 в), має деякі особливості. У зоні контакту між гусеницею та опорною поверхнею виникає дотична сила тяги: = де: ɳг Ц ККД, який враховує втрати на тертя в шарнірах ведучої частини гусениць; 3 – радіус зачеплення ведучої зірочки. Опір кочення гусеничних машин складається з внутрішнього опору гусеничного рушія і зовнішнього опору, що виникає внаслідок деформації ґрунту під дією вертикального навантаження. Внутрішній опір гусеничного рушія передає відношення: де: Мг — момент опору в опорних котках, який виникає під час їх кочення по металевій доріжці гусениць. За наявності колієутворення горизонтальна складова рівнодійної нормальних реакцій на першу ланку гусениці є основним зовнішнім опором під час руху гусеничної машини. Прикладена вона на висоті hn і паралельна опорній поверхні. Відповідно загальний опір коченню Pf гусеничної машини під час її рівномірного руху на горизонтальній поверхні дорівнює: = + а в загальному випадку: = + Перпендикулярно до опорної поверхні спрямована реакція Z. її вважають прикладеною в центрі тиску О, зміщеному відносно центра мас трактора на відстань xg + а0, а відносно середини опорної довжини гусениць – на відстань xg. Всі інші сили, які входять до складу рівняння тягового балансу гусеничних машин, такі самі, як і колісних. Коли машина рівномірно рухається на горизонтальній ділянці зі швидкістю до 5 м/с, рівняння тягового балансу набуває вигляду: = + Рис. 8.1.2. Сили які, діють на вантажний автомобіль під час руху Рис. 8.1.3. Сили які, діють на легковий автомобіль під час повороту Виникнення сил, які діють на автомобіль під час руху і повороту (рис. 8.1.2, 8.1.3) можуть раптово виникнути для недосвідченого водія і призвести до ДТП. Щоб цьому запобігти, необхідно навчитися враховувати ці сили та раціонально їх використовувати, а для цього потрібно знати, за яких умов вони виникають та як діють (рис. 8.1.4). Рис. 8.1.4. Дія сил на автомобіль на початку руху: Ga – вага автомобіля; Gп – складова ваги автомобіля, яка притискає колеса до дороги; Рт – сила тяги; Рп – сила опору підйому; Рі – сила інерції; Рз, Рп – нормальні реакції дороги на задні і передні колеса; Ркз – сила опору коченню задніх коліс; Ркп – сила опору коченню передніх коліс; Роп – сила опору повітря; а – кут підйому дороги До таких силналежать: – сила опору кочення, яка витрачається на деформацію шини і дороги, на тертя шини об дорогу та тертя у вальницях коліс (Сили і моменти, що діють на трактор і автомобіль). Вид і стан дорожнього покриття – другий важливий фактор, який визначає силу опору кочення. Рух автомобіля ґрунтовою дорогою вимагає значної сили тяги, оскільки під час руху ґрунт піддається деформації і опір кочення зростає. Під час такого руху колеса автомобіля ущільнюють ґрунт, частина якого розповзається по краях колії, а частина пересувається безпосередньо перед колесами, що призводить до збільшення тертя між шинами коліс і краями колії, а отже, до збільшення опору кочення. Під час руху дорогами з твердим покриттям шини, які взаємодіють з дорогою, прогинаються, внаслідок чого всередині них виникає тертя, що перешкоджає руху і переборюється за рахунок частини сили тяги; – сила опору повітря (аеродинамічна сила), величина якої залежить від форми обтікання повітря, лобової площі автомобіля (його дизайну) і яка різко зростає із збільшенням швидкості, сила опору повітря переважно залежить від густини повітря, швидкості переміщення повітряних мас (вітру), швидкості руху автомобіля, його обтічності та площі поперечного перетину. Слід пам'ятати, що сила опору повітря може різко збільшитися за рахунок вантажу, розміщеного на багажнику, що кріпиться на даху легкового автомобіля, а також із збільшенням швидкості руху автомобіля. До суттєвого збільшення сили опору повітря призводить також буксирування причепа внаслідок завихрення повітряних потоків між тягачем і причепом, а також збільшення зовнішньої поверхні тертя. Кожен з причепів збільшує опір повітря на чверть порівняно з поодиноким автомобілем. Зменшення сили опору повітря досягається під час конструювання автомобілів підвищенням їхньої обтічності; – бокова сила інерції спрямована в інший від повороту бік. Сила інерції прямо пропорційна загальній фактичній масі автомобіля, діє на всі його частини, вантаж і пасажирів і з'являється на початку руху чи у разі зміни його швидкості. Із збільшенням швидкості руху автомобіля збільшується сила інерції, яка перешкоджає розвитку швидкості, перетворюючись на силу опору руху. Сила опору руху автомобіля під час його розгону залежить від ступеня прискорення цього руху: що швидше розганяти автомобіль, то більшою стає сила опору. Дія сили опору розгону в усіх випадках залежить від вміння керувати автомобілем. Багатьом доводилося спостерігати, як водії з незначним стажем керування намагаються різко стартувати від світлофора, що призводить до пробуксовування чи зупинки автомобіля. Крім того, такі сили опору розгону можуть змістити вантаж і навантажені значними зусиллями спряжені деталі автомобіля. Як правило, прискорення не перевищують 0,5 – 1,5 м/с^2 під час розгону, а максимального значення досягають під час виходу з небезпечних ситуацій, інтенсивного обгону, подолання крутих підйомів. Сила опору підйому залежить від сили тяжіння автомобіля і горизонтального ухилу дороги та переборюється великими втратами енергії двигуна. Елементи дороги з різними похилами в поздовжньому профілі зумовлюють, як правило, нерівномірний рух автомобілів. Особливо це характерно для умов пересіченого рельєфу, де загальна довжина вертикальних кривих часто перевищує 50% усієї довжини дороги; – сила тяги має бути такою, щоб за її допомогою автомобіль зміг перебороти всі сили, які протидіють його руху. Співвідношення сили тяги і сил опору визначає характер руху автомобіля. За збільшення сили тяги автомобіль рухатимется з прискоренням, за зменшення – з уповільненням. Якщо сила тяги дорівнює сумі сил опору руху, автомобіль рухатимется з постійною швидкістю. За перевищення суми сил опору руху сили тяги автомобіль рухатися не може. Для урухомлення автомобіля однієї сили тяги іноді буває недостатньо. Обов'язковою умовою руху автомобіля є наявність тертя між колесами і дорогою, тобто автомобіль може рухатись лише за достатнього зчеплення (сили зчеплення) ведучих коліс з поверхнею дороги. – сила зчеплення коліс з дорогою залежить від сили тяжіння автомобіля, яка припадає на ведучі колеса: що вона більша, то більша сила зчеплення (рис. 8.1.5). Разом з вертикальним навантаженням на ведучі колеса, на силу зчеплення впливають стан дорожнього покриття і шин, внутрішній тиск в шинах, форма рисунку протектора, а також їхній стан: що кращі дорога і стан рисунку протектора шин, то краще їх зчеплення з дорогою. Під час руху автомобіль має перебороти сили опору дороги і повітря, силу інерції, силу опору підйому і відцентрову силу. – сила обертання ведучого колеса під дією прикладеного до нього крутного моменту спрямована на переміщення назад верхнього шару дорожнього покриття. З боку дороги на колесо діє така сама за величиною сила, спрямована на подолання сил опору і зрушення колеса. – тягова сила від коліс передається на ведучий міст, далі на кузов, змушуючи автомобіль рухатися. Тягова сила то більша, що більший крутний момент двигуна і передавальні числа коробки передач і головної передачі. – відцентрова сила прямо пропорційна квадрату швидкості та обернено пропорційна радіусу кривої. Рух автомобіля на криволінійних у плані ділянках характеризується певними відмінностями порівняно з прямолінійним рухом, а саме: під час руху автомобіля по кривій на нього діють відцентрова сила і власна вага. Завдяки впливу відцентрової сили відбувається перерозподіл тиску між правими і лівими колесами, внаслідок чого виникає явище бокового уводу шин, яке призводить до підвищення витрат пального, зношування протектора шин та негативно впливає на умови керування автомобілем. Відцентрова сила може зсунути автомобіль або перекинути його на зовнішній бік кривої. – сили опору шин боковому ковзанню. Рис. 8.1.5. Сили, що діють на колесо: Gk – вертикальне навантаження; Мk – обертальний момент, прикладений до колеса; Рk – тягове зусилля; Rв – вертикальна реакція; Rг – горизонтальна реакція Тяговий баланс автомобіля Тяговий баланс – це співвідношення між зовнішніми силами, які виникають під час руху мобільної машини. (тяговий баланс автомобіля). Рівняння, яке показує цей взаємозв’язок називають – рівнянням тягового балансу. За прямолінійного руху автомобіля на підйомі колова сила на ведучих колесах автомобіля витрачається на подолання сил опору коченню, підйому, повітря і на його розгін. Виходячи з цього, рівняння тягового балансу матиме вигляд: Рк = Рf + Рw + Рі + Pj + Ргак , де:Рк – колова сила на ведучих колесах автомобіля. Pf – сила опору коченню, яка згідно з наведеним раніше, дорівнює: (1 + ) де: mа – маса автомобіля; Рі – сила опору підйому, яка визначається згідно залежністю: Pj – сила опору розгону поступальної маси автомобіля, що рухається. Рw – сила опору повітря (аеродинамічна сила), яка складається з лобового опору повітря, опору від завихрювання, його тертя об поверхню машини, опору під час проходження через радіатор. Рw= Кw∙F∙v², де: Кw – коефіцієнт обтічності; F – лобова площа; v – швидкість машини. Ргак – дорівнює опору, який створюють с.-г машини або причепи. Тяговий баланс автомобіля зображають для наочності у вигляді графіків (рис. 8.1.6) залежностей колової сили за сталому руху автомобіля на всіх передачах, сил опору коченню на горизонтальній дорозі та повітря від швидкості руху автомобіля. При цьому швидкість руху автомобіля визначається залежно від кількості обертів двигуна за формулою: V = де wе – кутова швидкість колінчастого вала двигуна, рад/с. Графік тягового балансу автомобіля, наведено на рисунку Рис. 8.1.6. Графік тягового балансу автомобіля 8.1.2. Баланс потужності і загальний тяговий ККД трактора та автомобіля Потужність двигуна трактора чи автомобіля витрачається на подолання опору руху, що виникає під час виконання сільськогосподарських робіт або транспортування вантажів чи пасажирів. Крім того, частина потужності двигуна може витрачатися на урухомлення активних робочих органів сільськогосподарських машин. Потужність двигуна має дорівнювати сумі потужностей, що втрачаються в механізмах трансмісії та ходової частини і затрачаються на подолання різних видів опорів та виконання корисної роботи під час руху машини (потужний баланс тракторів і автомобілів). Рівняння, яке показує, куди і на що витрачається потужність двигуна, називають рівнянням балансу потужності. В загальному випадку воно має такий вигляд: де: N'e – частина потужності двигуна, яка передається основною трансмісією і затрачається на урухомлення машини, кВт; N"e – частина потужності двигуна, яка передається на урухомлення активних робочих органів машин, що агрегатуються, кВт. Розшифруємо потужності (кВт), які входять у праву частину рівняння. Потужність, що витрачається на механічні втрати в трансмісії трактора: де: ηтр – ККД трансмісії. Потужність, що втрачається внаслідок буксування рушіїв: де: NK – потужність на ведучих колесах (зірочках) машини, кВт; σ – коефіцієнт буксування; Рд – дотична сила тяги, кН; vT – теоретична швидкість руху машини, м/с. Потужність, що витрачається на кочення (саморух) машини: де: Pf – сила опору коченню, кН; f – справжня (робоча) швидкість руху машини, м/с. Потужність, що витрачається на подолання підйому: , де: Pi – сила опору підйому, кН. Потужність, що витрачається на зміну швидкості руху машини: , де: Pj – сила інерції машини, кН. Значення потужностей Nt і N і зі знаком плюс відповідають руху машини на підйом із прискоренням, а зі знаком мінус – руху під уклон зі сповільненням. За рівномірного руху по горизонтальній поверхні потужності Ni і Ni дорівнюють нулю. Потужність, що витрачається на подолання опору повітря: Nw = Pwv, де: Pw – сила опору повітря, кН. За швидкості руху менше 5 м/с значення v невелике і ним можна знехтувати. Потужність на причіпному гаку: Nгк = Pгк ∙ v, де: Ргк – тягове зусилля (сила на гаку), кН. Потужність, що відбирається для урухомлення робочих органів машин-знарядь через вал відбирання потужності (ВВП): NBm=Mmn ∙ nmn/9550, де: Мввп, nввп – відповідно крутний момент (Н-м) і частота обертання (об.хв^_1) ВВП. Потужність, яка втрачається у урухомнику ВВП: =, З наведених вище потужностей тільки дві – Nгк і Nввп – забезпечують виконання різних сільськогосподарських операцій. Ступінь використання ефективної потужності двигуна на корисну роботу машини оцінюють загальним коефіцієнтом корисної дії: η Відношення тягової потужності машини до потужності двигуна, яка передається основною трансмісією, називають тяговим ККД: Якщо під час роботи машини вал відбирання потужності не використовується (N"e), то: η. Потужнісний баланс автомобіля Якщо в рівнянні тягового балансу помножити праву і ліву частину на швидкість V, отримаємо вираз: Рк∙V= Рf ∙V + Рw·V + Рі∙V + Pj∙V + Ргак∙V. Враховуючи, що множина сили на швидкість є потужністю, маємо право записати: Nк=Nf +Nw+Ni+Nj +Nгак. Отримане таким чином рівняння являє собою рівняння потужнісного балансу автомобіля за прямолінійного руху на підйом, у якому: Nк – потужність, підведена від двигуна до ведучих коліс автомобіля, дорівнює: Nк = Nе ×hтр , де: hтр – ККД трансмісії; Nf – потужність опору коченню при прямолінійному русі автомобіля на підйом: Nf = Рf ×V=f0 ∙ ( 1+)∙V; Nw– потужність опору повітря дорівнює: Nw = Рw ×V= кп × Fw×V^3; Ni – потужність опору підйому визначається за формулою: Nі = Рі ∙ V = m∙ g ×sina × V; Nj – потужність опору розгону розрахувується так: Nj = Рj ×V= d× mа∙V. Графічно потужнісний баланс автомобіля являє собою графіки залежностей потужності двигуна, потужності, підведеної до ведучих коліс автомобіля, а також потужностей опору коченню на горизонтальній дорозі та опору повітря від швидкості руху автомобіля на всіх передачах (рис. 8.1.7). Рис. 8.1.7. Потужністний баланс автомобіля Потужнісний баланс автомобіля на кожній передачі показує співвідношення між потужністю, яку має автомобіль на цій передачі і потужністю, яку потрібно витратити для руху на заданій швидкості ( Рис. 8.1.8). Рис. 8.1.8. Потужнісний баланс автомобіля на різних передачах 1 – Nk, потужність на ведучих колесах; 2 – Nw, потужність, витрачена на пересилення опору повітря; 3 – Nf, потужність, витрачена на пересилення опору кочення тощо 8.1.3.Тягові характеристики трактора та автомобіля Тягова характеристика трактора відбиває тягово-зчіпні властивості та економічність роботи трактора в конкретних умовах дорожніх і ґрунтових фонів на всіх передачах (рис. 8.1.9). На стандартну тягову характеристику (тягова характеристика трактора) зі ступінчастою трансмісією для кожної передачі накладають такі функціональні залежності: V =; Nгк =; Gn =; gгк =; n =. Зчіпні властивості трактора відбиває крива буксування б =. Практично буксування трактора від швидкості руху не залежить, а тому на тяговій характеристиці для всіх передач воно подано однією кривою, що має переважно лінійний характер і тільки за максимальних тягових зусиль буксування наростає дещо інтенсивніше. Це засвідчує високі зчіпні властивості трактора. Буксування за номінальної сили тяги відповідно для колісних тракторів 4К2, 4К4 та гусеничних не має перевищувати 16, 14 і 3 %. За відомою тяговою характеристикою визначають, на якій передачі може найефективніше працювати трактор із сільськогосподарською машиною-знаряддям, яка має тяговий опір, наприклад 14 кН. Для цього з позначки 14 кН на осі абсцис проводять перпендикуляр, який, пересікаючи відповідні криві, вказує, що найефективніше трактор МТЗ-80 (див. рис.) працюватиме на п'ятій передачі і розвиватиме при цьому робочу швидкість 2,2 м/с, тягову потужність 33 кВт, витрачатиме 14 кг/год палива за буксування рушіїв 16 %. Слід зауважити, що коли тяговий опір машини-знаряддя перевищуватиме 14 кН, то на цій передачі трактор працюватиме з перевантаженням, а коли буде меншим – з недовантаженням. Обернену задачу розв'язують під час комплектування машинно-тракторного агрегату (МТА), коли трактор має працювати з найбільшим тяговим ККД. Для цього з кривої, яка характеризує максимум тягового ККД, опускають перпендикуляр на вісь абсцис, знаходять Ргк, що відповідає цим умовам. Відповідно до тягового зусилля (11 кН) комплектують МТА. Рис. 8.1.9. Тягова характеристика трактора Тягова характеристика автомобіля Отримане рівняння прийнято називати рівнянням силового або тягового балансу. Це рівняння показує, що сума всіх сил опору руху в будь-який момент часу дорівнює коловій силі на ведучих колесах автомобіля. Рк = Рf + Рw + Рі + Pj + Ргак , Рівняння дозволяє визначити величину колової сили, розвиненої на ведучих колесах автомобіля та встановити, як вона розподіляється за різними видами опорів. Графічна інтерпретація рівняння силового (тягового) балансу в координатах «колова сила – швидкість» (рис.8.1.10) має назву – тягова характеристика автомобіля. Рис. 8.1.10. Силовий (тяговий) баланс автомобіля 1 – Pk1, сила тяги на ведучих колесах на 1-й передачі; 2 – Pk2, відповідно на 2-й передачі; 3 – Pk3, на 3-передачі; 4 – Pk4, на 4-передачі; 5 – Pk5, на 5-передачі; 6 – Pw, сила опору повітря; 7 – Рf, сила опору кочення; 8 – Pw Pf. Тягова характеристика автомобіля – це комплекс кривих, які характеризують залежність індикаторної сили тяги автомобіля, а також сил опорів від швидкості його руху на різних передачах і дозволяє оцінити динамічні, економічні та інші показники машини (рис. 8.1.11, 8.1.12). ЇЇ визначаєють розрахунковим або дослідним шляхом. Вихідною точкою являється зовнішня швидкісна характеристика ДВЗ. Оскільки її визначають за повністю відкритої дросельної заслінки або повної подачі палива у дизелях на стійких резимах, то і тягова характеристика відповідатиме стійким режимам і максимальним тяговим можливостям автомобілям, які оцінюються графіком тягового балансу. Великий інтерес становлять максимальні значення тягової сили, які реалізують на різних передачах і з різними швидкостями руху. Очевидно, що вони можуть бути отримані у разі роботи ДВЗ з максимально можливою подачею палива. Рис. 8.1.11. Тягова характеристика автомобіля 1 – на першій передачі; 2 – на другій передачі; 3 – на третій передачі; 4 – на четвертій передачі; 5 – на п'ятій передачі Графік, який показує зміну караючої сили тяги у функції швидкості руху автомобіля, носить назву графіка тягового балансу автомобіля або тягової характеристики (зразок побудови графіків). Рис. 8.1.12. Тягова характеристика автомобіля на різних передачах 8.1.4. Динамічний фактор та динамічна характеристика автомобіля Паливно-економічна характеристика автомобіля Динамічним фактором автомобіля називають відношення вільної сили тяги до ваги (маси) автомобіля. У теорії автомобіля різницю Рк-Рw називають вільною силою тяги. У цьому випадку динамічний фактор визначають за формулою: D = Рк - Рw / mа ·g, де: D – динамічний фактор навантаженого автомобіля; mа – повна маса автомобіля; Рк – колова сила на ведучих колесах автомобіля, яку визначають за формулою: Рw – силу опору повітря визначають так: Динамічний фактор автомобіля чисельно показує, який коефіцієнт дорожнього опору може подолати автомобіль за сталого руху. Динамічна характеристика автомобіля – графік залежності динамічного фактора навантаженого автомобіля на всіх передачах (рис.8.1.13, 8.1.14) від швидкості руху. Рис. 8.1.13. Динамічна характеристика автомобіля Рис. 8.1.14. Динамічна характеристика автомобіля на різних передачах Для визначення динамічного фактора автомобіля за різного ступеня його завантаження будують його динамічний паспорт (рис. 8.1.15). Динамічний паспорт автомобіля – динамічна характеристика разом з номограмою навантажень. Для побудови номограми навантажень вісь абсцис динамічної характеристики автомобіля продовжують вліво. Продовжена таким чином вісь являє собою у відносних величинах навантаження на автомобіль. В її кінцевій точці ставимо 0, що відповідає порожньому автомобілю, і проводимо вертикальну лінію. Це і буде вісь, за якою визначаємо динамічний фактор порожнього автомобіля D0. Задавши для навантаженого автомобіля динамічним фактором D = 0,1, визначимо динамічний фактор порожнього автомобіля. Нехай mа = 20000 кг; m0 = 9090 кг. Тоді динамічний фактор порожнього автомобіля дорівнює: D0 = 0,1. На вісі D0 проти точки D = 0,1 ставимо 0,22. Маючи дві точки 0 і 0,22 на вісі D0, розіб'ємо шкалу D0 відповідним чином на значення 0,1; 0,2; 0,3 і т.д., відповідно до розмітки шкали D. З'єднаємо рівнозначні точки шкал D і D0. Проведені косі лінії, що сполучають рівнозначні точки на шкалах D0 і D динамічних факторів порожнього і навантаженого автомобілів, перетинаючись зі шкалами D0,25; D0,5; D0,75 відповідно завантаженого автомобіля на 25%, 50% і 75%, визначать масштаби цих шкал. Динамічний паспорт автомобіля дозволяє визначити за заданого дорожнього опору та різного ступеня завантаження передачу і можливу максимальну швидкість руху автомобіля. Рис. 8.1.15. Динамічний паспорт автомобіля Показники паливної економічності автомобіля Експлуатаційну властивість автомобіля, що забезпечує економію палива, називають паливною економічністю автомобіля. Джерелом споживання палива на автомобілі є двигун внутрішнього згоряння (дизель, карбюраторний або інжекторний), а тому застосовують дизельне паливо, бензини, рідше – газ зріджений або стиснутий. Паливна економічність двигуна характеризується питомою витратою палива qe в г/кВт×год, яку визначають на експериментальній установці, обладнаній розходоміром палива, датчиками числа обертів двигуна і крутного моменту. Питомі витрати палива залежать від типу двигуна, кутової швидкості колінчастого вала і ступеня завантаженості. У загальному випадку визначають за формулою: де qе – питомі витрати палива за обертів nе в г/кВт×год; qN – питома витрата палива за максимальної потужності в г/кВт×год, яка зазвичай на 5 – 10% більше за мінімальну витрату. У розрахунках беруть: для дизеля qN = 190 – 240 г/кВт×год, для карбюраторного двигуна qN = 290 – 340 г/кВт×год; кω – коефіцієнт, що враховує частоту обертання колінчастого вала, ки – коефіцієнт, що враховує ступінь використання потужності двигуна. Годинні витрати палива двигуном в кг/год отримаємо за формулою: Рівняння витрати палива Якщо годинні витрати палива у формулі розділити на швидкість руху автомобіля, то після елементарних перетворень отримаємо залежність для визначення шляхових витрат палива в л/100 км: л/100 км. Цю формулу називають рівнянням витрати палива за сталого руху. За цією залежністю будують паливну характеристику сталого руху, що являє залежність шляхових витрат палива від швидкості руху автомобіля на рівній горизонтальній дорозі. Таку залежність будують найчастіше у разі вмикання вищої передачі в коробці передач. Щодо паливної економічності автомобіля, то її оцінюють за шляховими витратами палива в л на 100 км шляху, що проходить автомобіль під час випробування або експлуатації за певних дорожніх умов. Згідно із ГОСТ 20306-90 (Автотранспортні засоби. Паливна економічність. Методи випробувань) установлюють такі показники і характеристики паливної економічності АТЗ: 1 – контрольні витрати палива; 2 – витрати палива в магістральному циклі на дорозі; 3 – витрати палива в міському циклі на дорозі; 4 – витрати палива в міському циклі на стенді; 5 – паливна характеристика сталого руху; 6 – паливно-швидкісна характеристика на магістрально-горбистій дорозі. Витрату палива в АТП визначають згідно з наказом від 10.02.98. № 43 Міністерства транспорту України «Про затвердження норм витрати палива і мастильних матеріалів на автомобільному транспорті», який вийшов на заміну раніше існуючого наказу від 03.05.95. № 179. Цим самим наказом затверджено «Норми витрати палива і мастильних матеріалів на автомобільному транспорті», призначені для планування потреби підприємств у паливно-мастильних матеріалах, контролю за їх витратою, ведення звітності, раціонального використання. Під нормуванням витрати палива розуміють установлення допустимої міри його споживання за певних умов експлуатації. Згідно з вищезгаданим наказом установлюють наступні види норм витрати палива: Hs – базова лінійна норма на пробіг автомобіля – на 100 км; Н – норма на виконання транспортної роботи (враховує додаткові витрати палива під час руху автомобіля з вантажем) – на 100 тонно-кілометрів; Hg – норма на одну тонну спорядженої маси (враховує збільшення витрат палива за зміни спорядженої маси автомобіля, причепа або напівпричепа); Нz – норма на поїздку з вантажем (враховує збільшення витрат палива, пов'язане з маневруванням і виконанням операцій завантаження і розвантаження) – на одну поїздку; Hsc – норма на пробіг під час виконання спеціальної роботи (снігоочисники, поливальні машини) – на 100 км; Ноб – норма на роботу спеціального обладнання, встановленого на автомобілях (автокрани, компресорні, бурильні установки тощо) – на годину або на виконану операцію; Нрн – норма на роботу незалежного обігрівача – на одну годину роботи незалежного обігрівача. Для врахування дорожніх, кліматичних та інших експлуатаційних факторів уводять коефіцієнти коригування норм витрат палива. Коефіцієнти коригування норм витрат палива враховують такі умови: – роботу в зимових умовах залежно від фактичної температури повітря; – роботу в гірській місцевості за висоти над рівнем від 500 м і вище; – роботу на дорогах із складним планом (наявність у середньому на 1 км шляху більше п'яти закруглень радіусом менш ніж 40 м); – роботу в умовах міста залежно від чисельності населення; – роботу, яка потребує частих технологічних зупинок, зв'язаних з навантаженням і розвантаженням, посадкою і висадкою пасажирів (маршрутні автобуси, обслуговування поштових скриньок, інкасація грошей, обслуговування інвалідів, хворих тощо); – під час виконання робіт, що потребують знижених швидкостей (до 20 км/год) у задовільних дорожніх умовах (перевезення великогабаритних вибуховонебезпечних, скляних, крихких вантажів, під час виконання сільськогосподарських робіт, рух в колонах тощо); – роботу у важких шляхових умовах (в кар'єрах, їзда полями, на лісових чи степових ділянках, по пересіченій місцевості тощо); – роботу в надважких шляхових умовах у період сезонного бездоріжжя, снігових і піщаних заметів, паводків та ін. стихійних лих; – під час пробігу першої тисячі кілометрів новими автомобілями і тими, що вийшли з капітального ремонту; – для автомобілів, що експлуатуються понад 8 років; – під час навчальної їзди; – для автомобілів-фургонів та уразі обладнання бортових автомобілів чи автопотягів тентами. Сумарний коефіцієнт коригування визначають згідно з вказівками, викладеними у згаданому вище наказі. Паливно-економічною характеристикою автомобіля називають залежність шляхової витрати палива (рис. 8.1.16) від швидкості за рівномірного русі автомобіля дорогами з різним опором. Рис. 8.1.16. Графік шляхової витрати палива на високих передачах 8.1.5. Способи економії палива і мастильних матеріалів Зменшення витрат палива за рахунок конструктивних чинників. 1. Заміна карбюраторного двигуна на дизель зменшує витрати палива вантажних автомобілів на 40 % і легкових – на 30 %. Таке зменшення зумовлено меншою питомою витратою палива дизельним двигуном (190 – 240 г/кВт×год) порівняно з карбюраторним (290 – 340 г/кВт×год), а також меншими витратами за зменшення ступеня використання потужності. Так, за зменшення потужності дизеля з 100 % до 10% питома витрата палива збільшується на 30 %, а у карбюраторного двигуна за цих самих умов – на 300%. 2. Встановлення інжекторного впорскування палива замість карбюратора підвищує ефективність двигуна за рахунок більш повного використання енергії палива, що згоряє. Останнє досягається подаванням палива за дуже обмежений час, коли випускні клапани закриті, а склад горючої суміші регулюється залежно від обертів двигуна та положення заслінки. 3. Застосування переднього урухомника на легкових автомобілях з поперечним розташуванням двигуна дозволяє підвищити ККД трансмісії за рахунок упровадження замість гіпоїдної передачі, що має відносно невисокий ККД, циліндричної. 4. Застосування систем відключення вентилятора (гідромуфта, електродвигун урухомника) дозволяє використовувати енергію на урухомлення вентилятора тільки за підвищення температури двигуна вище за допустиму. Якщо температура двигуна нижча за номінальну, тоді система за рахунок відключення вентилятора забепечує економію палива. 5. Поліпшення аеродинамічних властивостей автомобілів, насамперед, за рахунок удосконалення аеродинамічних властивостей кузовів, продувкою їх в аеродинамічній трубі. Як результат зменшується потужність опору повітря, що особливо істотно за підвищених швидкостей руху, а отже, зменшуються і витрати палива. 6. Застосування безкамерних шин з металокордом призводить до зменшення гістерезисних утрат у шині, що позначається на зменшенні коефіцієнта опору коченню f. 7. Збільшення передаточних чисел трансмісії застосуванням 5 та 6-ступеневих коробок передач на легкових автомобілях. Це дозволило завантажити двигун більшим навантаженням, а отже, зменшити питому витрату палива двигуном. 8. Застосування електронної системи запалювання, мікропроцесорів регулювання складу суміші та запалювання призодить до більш повного використання енергії палива, що згоряє. 9. Підвищення корисного навантаження і зниження власної маси за рахунок застосування пластмас і високоміцних сталей. Вплив технічного стану автомобіля на паливну економічність 1. Технічний стан корбово-гонкового механізму двигуна. Перевіряють технічний стан двигуна за компресією компресометром. Знос поршневої групи, недостатня герметичність клапанного механізму призводять до зменшення компресії двигуна, прориву газів через поршневі кільця і клапана, викликаючи природно підвищену витрату палива. 2. Регулювання карбюратора (рівень палива, регулювання холостого ходу). Підвищення рівня палива в карбюраторному двигуні призводить до багатої суміші, а зниження – до бідної. Як результат такого регулювання в тому й іншому випадках – підвищені витрати палива. Неправильно відрегульований холостий хід викликає роботу двигуна на багатій суміші й підвищених обертах. 3. Кут випередження запалювання, стан контактів переривника, кут випередження впорскування палива. Неправильно відрегульований кут випередження запалювання (як раннє запалювання, так і пізнє) викликають, порушення моментів початку згоряння робочої суміші, що як результат позначається на паливній економічності карбюраторного та інжекторного двигунів. Аналогічно впливає на паливну економічність дизеля порушення кута випередження впорскування палива. 4. Тиск повітря в шинах, балансування коліс, сходження керованих коліс. Пониження тиску повітря в шинах збільшує тертя в шині, підвищує природно коефіцієнт опору коченню f. Неправильно відрегульоване сходження керованих коліс призводить під час руху до їх кочення з відведенням. Це викликає як підвищений знос шин керованих коліс, так і додаткові витрати палива на подолання додаткових опорів руху. Порушення балансування коліс може викликати коливання, а отже, і кочення коліс зі змінними кутами відведень, що дорівнюють їх кутам коливань. Як результат це призводить до підвищених витрат палива. 5. Технічний стан трансмісії. Регулювання зчеплення в конічній передачі маточинах коліс, відсутність шумів і вібрацій під час руху, застосування мастил згідно з вимогами заводу-виготівника, вільний хід педалі зчеплення – все це визначає технічний стан трансмісії. Малий вільний хід педалі зчеплення може призвести до пробуксовування зчеплення, а великий – викличе ускладнення під час вмикання передачі. Те й інше негативно позначиться, насамперед, на легкості керування автомобілем водієм під час перемикання передач, призведе до витрат додаткової енергії на пробуксовування зчеплення. Малий зазор у конічної передачі призведе до підвищеного тертя між зубами шестернь конічної передачі через їх нагрівання під час роботи. У разі великого зазору виникнуть додаткові удари в трансмісії, що також позначиться негативно на роботі трансмісії та призведе в результаті до підвищених витрат палива. Застосування мастил, що не відповідають вимогам заводу-виготівника, викличе підвищене тертя між поверхнями, що труться, а також гідравлічні втрати. Як малий рівень мастил в агрегатах трансмісії, так і великий призведуть до підвищення температури в них. Низький рівень мастил не забезпечить достатнє змащування поверхонь, що труться, викличе природно їх нагрівання, а підвищений рівень мастил призведе до великих гідравлічних втрат і, як результат – підвищення температури мастила. 6. Застосування палив з октановим числом згідно з вимогами заводу-виготівника. Недотримання вимог заводу-виготівника відносно вживаних палив може призвести до зменшення потужності двигуна, порушення роботи його систем. Так, застосування палив з більш високим октановим числом призведе до прогорання випускних клапанів, а з нижчим числом – до закоксовування поршневих кілець, порушення компресії, підвищених витрат палива. Вплив водіння на паливну економічність Значний вплив на паливну економічність автомобіля мають професійне вміння водія, стиль його водіння. Для забезпечення паливної економічності під час водіння слід дотримуватися таких правил. 1. Під час руху користуватися вищими передачами в коробці передач, що забезпечить більше завантаження двигуна, а отже, двигун працюватиме в режимі меншої питомої витрати палива. 2. Швидкість руху автомобіля на дорозі з асфальтобетонним покриттям має бути не більш ніж 0,75 Vmax, оскільки в цьому випадку різко підвищується потужність опіру повітря, пропорційна швидкості руху в третьому ступені. 3. Рух автомобіля здійснювати без різких розгонів і гальмувань. За різкого натиснення на педаль акселератора спрацьовує прискорювальний насос і горюча суміш стає дуже багатою. Оскільки багата суміш повністю не згоряє, тому це приведе до підвищеної витрати палива. 4. Рух автомобілів здійснювати за обертів двигуна . За таких обертів двигуна питомі витрати палива мінімальні, оскільки найбільш повно згоряє паливо. Шляхи підвищення паливної економічності автомобіля 1. Удосконалення конструкції і робочого процесу двигунів. 2. Поліпшення технічного стану машини загалом і двигуна зокрема (у вантажних – 30 – 40% впливу, у легкових – 25 – 30%). Регулювання приладів системи живлення, гальм і вузлів трансмісії, встановлення запалювання. Особливий вплив варто приділяти регулюванню й встановленню дизельної паливної апаратури (ТНВД і форсунок). Встановлення ТНВД на двигун. 3. Кваліфікація водія. 4. Раціональне використання корисної вантажопідйомності і застосування причепів для автомобілів. 5. Застосування нетрадиційних енергоносіїв: гас, електроенергія, водень. 6. Дбайливе ставлення до паливних ресурсів. Питання для самоконтролю 1. Які сили діють на автомобіль під час його руху? 2. Що називають тяговим балансом трактора? Наведіть рівняння тягового балансу і поясніть його складові. 3. Що таке тяговий баланс автомобіля? 4. Що називають балансом потужності трактора? Напишіть рівняння балансу потужності і поясніть його складові. 5. Що таке потужністний баланс автомобіля? 6. Що називають тяговою характеристикою трактора? Як її використовують під час комплектування МТА? 7. Що називають динамічною характеристикою автомобіля? Як її використовують для визначення режиму роботи автомобіля або умов його руху? 8. Що називають економічною характеристикою автомобіля? З якою метою її будують? 9. Фактори, які впливають на паливну економічність автомобіля.
	Попередня тема	На початок	Наступна тема