Силы, действующие на машину

Развиваемый двигателем крутящий момент М_e передается через трансмиссию на ведущие колеса транспортно-технологической машины (ТТМ). Действие момента на колесе (М_к) вызывает в зоне контакта колеса с дорогой касательную силу трения Х_к, равную по величине тяговой силе Р_к, которая движет автомобиль (рис. 3.1).

Величина силы Р_к зависит от момента на колесе М_к и радиуса качения колеса r_к. Таким образом, для определения силы тяги необходимо знать крутящий момент двигателя М_е(М_ен), передаточные числа элементов трансмиссии, ее КПД и радиус качения колеса (для колесных машин) или радиус зацепления ведущего колеса гусеничного движителя.

Рис. 3.1. Силы, действующие на ведущее колесо

Производится расчет максимального крутящего момента на движителе ТТМ по формуле:

(3.1)

где М_к - вращающий момент на колесе (или ведущей звездочке), Н∙м;

M_e - крутящий момент двигателя, Н∙м;

I_к - передаточное число коробки передач;

I_g - передаточное число дополнительной коробки;

I_о - передаточное число главной передачи;

h_ТР - коэффициент полезного действия трансмиссии.

На колесах современных автомобилей и тракторов устанавливаются пневматические шины. В связи с тем, что шина имеет большую эластичность, радиус колеса может меняться под действием различных деформаций: радиальной (нормальной), поперечной (боковой), окружной (тангенциальной) и угловой. Деформация шины выражается в уменьшении расстояния от оси колеса до поверхности дороги. Ниже даны определения различных радиусов колес.

Статический радиус r_с – расстояние от дороги до оси неподвижного колеса, находящегося под действием вертикальной нагрузки. Величина r_с зависит от величины нагрузки и внутреннего давления в шине.

Динамический радиус r_Д – расстояние от дороги до оси катящегося колеса. Величина r_Д увеличивается с уменьшением вертикальной нагрузки на колесо и увеличением внутреннего давления в шине. С увеличением скорости движения под действием центробежных сил шина растягивается в радиальном направлении, и радиус увеличивается.

Радиус качения r_к (кинематический радиус) – радиус условного недеформирующегося колеса, которое имеет с действительным одинаковую угловую и линейную скорости. Он определяется как отношение продольной составляющей поступательной скорости колеса u _к к его угловой скорости w _к; r_к = u _к /w _к.

При движении машины тяговая сила Р_к расходуется на преодоление сил сопротивления движению. К этим силам относятся: P_f – сила сопротивления качению по дороге колесной или гусеничной машины; P_h – сила сопротивления подъему, возникающая при движении машины на уклоне; P_j – силасопротивления разгону машины; P_w – сила сопротивления воздушной среды (учитывается только для колесных машин).

При движении на колесо действуют следующие силы: вертикальная нагрузка G_K, реакция Z_K, толкающая сила Т и сила сопротивления качению Р _f. Равнодействующая элементарных нормальных реакций Z_K, равная по величине вертикальной нагрузке G_K, при качении колеса сдвигается вперед на расстояние а_III, в результате чего создается момент, противодействующий качению колеса: M_f=Z_K a_Ш. Кроме этого момента, на колесо действует еще момент от пары сил Т и Р _f. Плечо этой пары сил, т. е. расстояние от точки О до поверхности контакта с дорогой, является радиусом качения колеса r_k. Для поддержания равномерного вращения колеса момент пары сил T и Р _f должен быть равен моменту сопротивления качению колеса M_f,откуда следует, что M_f = P_f r _k

Следовательно, величину силы сопротивления качению Р_f можно найти из условия равновесия системы Z_k a_III =P_f r_K, откуда

. (3.2)

При движении колесной машины на подъемах и спусках она испытывает дополнительное сопротивление, которое зависит от крутизны подъема.

Подъем дороги оценивается двояко: углом a в градусах или величиной уклона i _под. , представляющего собой отношение превышения Н к заложению S дороги, т. е H\S = tg a = i _{под .}. Вес G_a машины, преодолевающей продольный подъем, разлагается на две составляющие: параллельную дороге G_a sin a и нормальную к ней G_a cos a. Силу G_a sin a называют силой сопротивления подъему и обозначают P_h. В связи с тем, что углы подъема автомобильных дорог сравнительно невелики и часто не превышают = 5 … 7⁰ и sin tg , можно записать sin tg i_{под .}.

Тогда сила сопротивления подьему

(3.3)

Дата добавления: 2015-07-19