Для легковых автомобилей

СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

 

При движении автомобиля его корпус перемещает частицы воздуха, на что расходуется часть мощности двигателя. Для упрощения расчетов элементарные силы сопротивления воздуха, распределяемые по всей поверхности автомобиля, заменяют сосредоточенной силой сопротивления воздуха P_w. Точку приложения силы P_w называют центром парусности автомобиля. В практических тяговых расчетах обычно принимают высоту центра парусности, совпадающей с высотой центра тяжести машины, а направление действия P_w параллельно пути. Экспериментально установлено, что сила P_w равна_:

P_w=K_w∙F_w∙υ²_a , (26)

где K_w – коэффициент сопротивления воздуха (обтекаемости), зависящий от формы и качества отделки поверхности автомобиля, Н∙с²/м⁴. У современных автомобилей K_w равен: гоночные -0,15…0,20; легковые -0,20…0,35; автобусы -0,35…0,55; грузовые - 0.60…0.70; автопоезда - 0,85…0,95.

F_w – лобовая площадь автомобиля, м².

Коэффициент обтекаемости K_w численно равен силе сопротивления воздуха в Н, создаваемой одним м² лобовой площади автомобиля, при его движении со скоростью 1 м/с.

Лобовой площадью F_w автомобиля называется площадь его проекции на плоскость, перпендикулярную к продольной оси автомобиля. Определить точное значение лобовой площади довольно трудно, т.к. для этого нужно произвести обмер автомобиля и вычертить его наружный контур. Поэтому пользуются приближенной формулой:

F_w=B∙H_a , (27)

где B – ширина колеи, м;

H_a – наибольшая высота автомобиля, м.

F_w=0.78∙B_a∙H_a , (28)

где B_a – наибольшая ширина автомобиля, м.

Произведение K_wF_w называют фактором обтекаемости и обозначают буквой W:

W=K_wF_w (29)

Мощность, необходимая для преодоления сопротивления воздуха:

N_w=P_w∙υ_a/1000=W∙υ³_a / 1000 (30)

Равенства (26) и (30) справедливы при движении автомобиля в неподвижной воздушной среде. При наличии встречного или попутного ветра в них вместо абсолютной скорости υ_a следует учитывать скорость автомобиля относительно движущегося воздуха: P_w=W(υ_a±υ_w)² , (31)

где υ_w – скорость ветра в м/с, (+)– встречный, (-) – попутный.

Следует отметить, что вводить в тяговые расчеты силу P_w имеет смысл только при относительно высокой скорости движения υ_a>20..25 км/ч (5,5…7,0 м/с).

СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ, СОЗДАВАЕМАЯ

ПРИЦЕПАМИ (сила тяги на крюке)

Сопротивление P_кр, создаваемое прицепами, волочением деревьев или какими-либо рабочими орудиями определяется зависимостью:

P_кр = ѓ_пр∙G_пр∙Cosα G_пр∙Sinα , (32)

где G_пр – полный вес прицепа с грузом;

ѓ_пр – коэффициент сопротивления качению прицепа, зависящий от типа и состояния пути, а также конструкции ходовой системы.;

α – угол подъема (уклона).

Силу тяги на крюке обычно измеряют динамометром. Чтобы связать силу тяги на крюке с мощностью на ободе колеса (ведущей звездочке у гусеничных машин) и далее с мощностью на валу двигателя, пользуются зависимостью:

P_кр = 1000N_e∙η_тр∙η_г / υ_а - ѓG_аCosα iG_а , (33)

где G_а - вес автомобиля (трактора);

η_тр - КПД трансмиссии; ηг - КПД гусеницы;

i = tgα ≈ Sinα – подъем (уклон) пути.

Зависимость (33) выражает силу тяги на крюке в функции мощности двигателя на прямых участках пути при установившемся движении с постоянной скоростью. Из равенства (33) следует: сила тяги на крюке тем меньше, чем больше υ_а и чем больше второе слагаемое правой части - суммарное сопротивление дороги. Когда G_а(ѓ∙Cosα±i) станет равным 1000N_e∙η_тр∙η_г/υ_а , сила тяги P_кр будет равна нулю. При вычислении касательной силы тяги P_к следует учитывать, что

сила тяги на крюке P_кр меньше силы тяги P_к на величину суммы сопротивлений движения самого трактора G_а(ѓ∙Cosα±i), т.е.

P_кр = P_к - G_а(ƒ∙Cosα±i) (34)

 

 

Рисунок 3 Схема сил, действующих на волочающуюся часть пачки деревьев (хлыстов)

 

При работе на горизонтальном участке пути при установившемся движении

P_кр=P_к - ѓ∙G_а (35)

Несколько иная методика определения Ркр для трелевочных машин.

Определим силу тяги на крюке трелевочного трактора, движущегося равномерно на подъем с пачкой. Для этого рассмотрим равновесие волочащейся части пачки. На волочащуюся часть пачки (рисунок 3) действуют силы:

· P_кр – сила натяжения троса;

· N – нормальная реакция грунта;

· G^п_гр – вес волочащейся части деревьев.

· F – сила сопротивления волочению.

Спроектируем все силы соответственно на оси Z и X:

ΣZ=N-G^п_грCosα + P_крSinβ=0 (36)

ΣX=P_крCosβ-G^п_грSinα - F=0 (37)

Из равенства (36) следует:

N=G^п_грCosα-P_крSinβ (38)

а сила сопротивления волочению определится: F=ѓ_вол∙N (39)

Решая равенство (37) с учетом равенств (38) и (39) относительно P_кр получим:

P_кр=G^п_гр(Sinα+ѓ_вол∙Cosα) / (Cosβ+ѓ_вол∙Sinβ) (40)