Теория автомобиля является одним из прикладных приложений теоретической механики и использует ее методы. Например, все внешние факторы, действующие на автомобиль, сведены в сосредоточенные силы, которые прикладываются к характерным точкам автомобиля (центр тяжести, сцепное устройство и т.д.). Воздействие дороги представлено реакциями в пятне контакта колес.
Одной из сил, сопротивляющихся движению, является сила сопротивления качению PK. Она возникает из-за смещения эпюры давлений в пятне контакта вперед по ходу движения. [1, гл.21.2]
Сила PK приводится в центру колеса. Постоянный коэффициент при реакции RZ на колесе, называют коэффициентом сопротивления качения f.
PK= f ·G
Коэффициент f зависит от типа поверхности, материала колеса и его гистерезисных характеристик (для пневматических шин они зависят от давления в шине). Для твердых поверхностей он мал (стальная колесная пара по рельсу f =0.001-0.002), для деформируемых – велик (пневматическая шина по песку f =0.300). Примерные значения приведены в таблице 1.1
Таблица 1.1
Выявлена, но теоретически полностью не раскрыта для пневматической шины, зависимость f от скорости движения. В общем виде
f = f 0 + f (Va)
Имеются предложенные разными исследователями эмпирические линейные и квадратичные скоростные прибавки, пригодные для практических расчетов.
Вторая сила, возникающая при движении на дороге с уклоном, является горизонтальной составляющей силы реакции G. Она тем больше, чем больше угол подъема.
Для малых углов принимают sin» tgα = i. Эту величину называют уклоном дороги
Сила сопротивления подъему тогда составит:
PП=± i · G
Физический смысл отрицательного уклона надо понимать как разгон автомобиля при движении вниз.
Две рассмотренных силы объединяют в силу суммарного сопротивления дороги:
РД = РК+РП = f ·G ± i · G = (f ± i) G = ψ G
Коэффициент ψ называют коэффициентом суммарного дорожного сопротивления.
Для практического измерения этих величин применяют передвижную дорожную лабораторию с прицепным пятым колесом, оборудованном датчиками.
Для контроля сил в сцепном устройстве применяют стрелочные или цифровые динамометры растяжения (тензодатчики).
В лабораторной работе вам предстоит самостоятельно определить значения этих параметров на модели.
Порядок выполнения работы:
- Вспомните из курса Устройства автомобиля основные геометрические размеры автомобиля и их определения (габариты, колея, база и т.д.). Повторите определение снаряженной, полной массы, их распределение по осям. Вспомните из пройденных лекций по Теории автомобиля геометрические параметры устойчивости и проходимости. Измерьте размеры модели с помощью линейки, ее снаряженную массу, распределение масс на передний мост и заднюю тележку с помощью электронных весов.
- Нанесите их обозначения параметров и величины на схему.
- Самостоятельно напишите формулу силы сопротивления качению. Измерьте силу сопротивления качению, медленно протягивая автомобиль по горизонтальной поверхности. Из нее выведите значение коэффициента качения f.
- Второй способ определения f – вызвать качение автомобиля, изменяя уклон на регулируемом пандусе. Минимальный уклон самопроизвольного качения и равен f. Уклон определим из геометрических характеристик пандуса (измеряем высоту Н при базе В=100 см).
- Заполните таблицу. Определите погрешность. Сделайте вывод.
Таблица 1.2 - Определение силы сопротивления качению и коэффициента сопротивления качению f
| Масса модели снаряженная, m0, г | Масса модели полная, mа, г | Сила тяги на динамометре, равная сопротивлению качения, Рт=Рк, Н | Коэффициент сопротивления качению расчетный, f | Уклон начала самокачения, i= f | Относительная погрешность измерения, ε,% |
- Выполните измерения Рк и f на разных типах опорного покрытия. Аналог асфальто-бетона – ламинат, грунтовой дороги - войлок, песка – поролон. Измерьте силы, заполните таблицу. Определите погрешность. Сделайте вывод.
Таблица 1.3 - Определение силы сопротивления качению и коэффициента сопротивления качению f на разных типах опорного покрытия
| Типы покрытия | Масса модели полная, mа, г | Сила тяги на динамометре, равная сопротивлению качения, Рт=Рк, Н | Коэффициент сопротивле-ния качению расчетный, f | Уклон начала само-качения, i= f | Относительная погрешность измерения, ε,% |
| Ламинат (аналог твердого покрытия - асфальтобетон) | |||||
| Войлок (аналог малодеформируемого покрытия - грунтовая сухая дорога) | |||||
| Поролон (аналог сильнодеформируемого покрытия - снег, песок) |
- Самостоятельно напишите формулу силы сопротивления дороги Рд. Из нее выведите силу подъему Рп и значение уклона i..Измерьте силы.
- Заполните таблицу. Определите погрешность. Сделайте вывод.
Таблица 1.4 - Определение силы сопротивления подъему и уклона i
| Масса модели полная, mа, г | Сила тяги на динамометре, равная сопротивлению дороги, Рт=Рд, Н | Сила сопротивле-ния подъему, Рп, Н | Уклон, вычисленный из силы сопротивления подъему, i | Уклон из геометри-ческих размеров установки, i | Относительная погрешность измерения, ε,% |
Контрольные вопросы:
1. Перечислите силы, действующие на автомобиль?
2. Какие из них зависят от его веса, а какие от других факторов?
3. Назовите примерные значения коэффициента сопротивления качению f для разных типов покрытия?
4. Какие дорожные покрытия называют твердыми, а какие деформируемыми? Какой простейший признак деформируемого покрытия?
5. На какой эксплуатационный энергетический показатель, связанный с себестоимостью перевозок, непосредственно влияют силы сопротивления качению и подъему?
6. Как поддерживают минимальное значение f при проведении диагностики и ТО ходовой части?
7. Как уменьшают значения i и f при проектировании и строительстве дорог?
8. Как уменьшить значения i при проектировании и строительстве дорог в горной местности?
Лабораторная работа №2
Наименование работы: Определение предельной силы сцепления колес с опорной поверхностью, расчет коэффициента сцепления φ, определение критического угла косогора β по скольжению и опрокидыванию
Цель работы: Экспериментально определить и сравнить с теоретическими предельную силу сцепления колес с опорной поверхностью, коэффициент сцепления φ и критический угол косогора β по скольжению и опрокидыванию.
Содержание работы:
1. Определение размерных и массовых параметров модели.
2. Определение предельной силы сцепления колес с опорной поверхностью, расчет коэффициента сцепления φ
3. Определение предельной силы сцепления колес с опорной поверхностью и коэффициента сцепления φ для разного состояния (степени влажности) опорного покрытия.
4. Определение критического угла косогора β по скольжению и опрокидыванию.
Оборудование, измерительные приборы:
1. Установка испытательная с регулируемым углом наклона пандуса и сменными покрытиями поверхности (ламинат, войлок, поролон).
2. Модель грузового автомобиля 6х6 на пневматических колесах. Масштаб линейный 1:20, масштаб массовый 1:8000.
3. Грузы 1000 г, 2 шт.
4. Весы электронные 1-5000 г. Цена деления 1 г. Погрешность 0.5 г.
5. Динамометр пружинный 1-1000 г. Цена деления 20 г. Погрешность 10 г.
6. Линейка или рулетка, транспортир.
7. Влажная губка или пульверизатор.
8. Калькулятор или ПК.
