Теория движения 12-6 (ТСММ Попов (лекции в виде презентаций))

Лекция 6
Теория движения колесных машин
Скоростные свойства специальных
колесных машин
(быстроходность)

Быстроходность колесных машин
(основные понятия)
Быстроходность:
свойство,
характеризующее
предельные
скоростные возможности колесных машин (способность интенсивно
разгоняться и двигаться с предельной скоростью, полностью
используя энергетику двигателя)
Оценочные показатели (задаются ТТЗ и входят в ТУ)
Максимальная скорость – движение осуществляется по мерному
участку при отсутствии ветра по мерному участку на высшей
передаче.
Время (путь) разгона на дистанции 400 м и 1000 м.
Время (путь) разгона до заданной скорости (обычно 25…30 км/ч и
95% максимальной скорости).
Интенсивность разгона (ускорение при разгоне).
Характеристика «разгон - выбег» – зависимость скорости о времени
(пути) при разгоне с полной подачей топлива до 95% максимальной
скорости и при выбеге до полной остановки.
Минимальная скорость устойчивого движения (движение на низшей
передаче с минимально достижимой устойчивой частотой вращения
вала двигателя.

Силы, движущие колесную машину
n
n
P
xi
i 1

M дв iтр тр
rк бск

I м дв iтр тр
rк бск
к 
n
 к  I кi
i 1

rк бск
n

f
шi
R zi 
i 1
M дв iтр тр
rк бск

2
I м к iтр  тр
rк бск
 к  I кi
i 1

n

rк бск
f
i 1
d  vа  1 dvа vа drк 1 dvа j x
  



dt  rк  rк dt rк 2 dt rк dt
rк
n
Движущие силы:
n
P
xi
i 1

M дв iтр тр
rк бск
j x  I кi
2

I м j x iтр  тр
rк бск rк

i 1
rк бск rк
n

f
i 1
шi
R zi
шi
R zi

Внешние силы, действующие на колесную машину
Сила сопротивления движению на подъем
P Gа sin 
Сила сопротивления движению со стороны грунта
n
Pгр  f гр i R zi
i 1
Сила сопротивления движению со стороны воздуха
2
Pв  k в F v а
2
v
вариант Pв C x  в F а
2
Сила сопротивления движению со стороны прицепа

Уравнение движения колесной машины
n
n
mа j x  Pxi 
i 1
M дв iтр тр
rк бск
j x  I кi
2

I м j x i тр  тр
rк бск rк

n
i 1
f

rк бск rк
шi
i 1
R zi 
n
f
2
гр i
R zi  Gа sin   k в Fv а  Pкр
i 1
Объединение членов, содержащих ускорение машины:
n


j x  I кi 

2
 m j  I м j x iтр  тр  i 1   M двiтр тр  
 а x
rк бск rк
rк бск rк   rк бск 




Вводится условная «окружная
возможности двигателя
n
 
I кi

  I i 2
м тр
тр
i

1

mа j x 1 

rк бск rк
  rк бск rк
 
 
 f
сила»,
 
 
 g  P 
к
 Gа 
 
 
Вводится параметр, характеризующий
(«коэффициент приращения массы»):


 I 
 1   м тр g
 rк бск rк Gа






 1 0,001...0,002
 0,03...0,05
 2
 2
 i тр


n
2
шi
 f шi  Rzi  Gа sin   kв Fvа  Pкр
i 1
характеризующая
n
 f
потенциальные
2
шi
 f шi  Rzi  Gа sin   k в Fvа  Pкр
i 1
инерцию движущихся масс машины
 n

  I кi

g 
2
  i 1
1   2    1iтр
 rк бск rк Gа 





Уравнение силового баланса
jx
Gа
 Pк 
g
n
  f шi  f шi  Rzi  Gа sin  
2
k в Fv а  Pкр
i 1
Дополнительные обозначения (условные силовые факторы)
Pj Gа
jx
 сила, используем ая для разгона машины
g
n
Pf   f шi  f шi  R zi  fGа cos   сила сопротивления качению машины
i 1
P  Pf  Gа sin   f cos   sin  Gа Gа  сила сопротивления движению машины
В этих обозначениях уравнение движения
«уравнение силового баланса колесной машины»
получило
название
Px  Pк  Pf  Gа sin   Pв  Pкр  Pк  P  Pв  Pкр

Тяговая характеристика (тяговая диаграмма)
M дв  ( дв )

 дв
 дв rк 0 x
к



v


r

r

r

K
R

к к
к
к0x
0x x
 а
i
i
iтр
тр
тр






K R
 1  0 x x
rк 0 x


  rк 0 x
  
1   ч    дв

  iтр
Pf  fGа cos  f гр  f ш 0  f шv  vа  Gа cos  f гр  f ш 0 Gа cos   f шv  vа   Gа cos  Pf 0  Pfv  vа 
Двигатель КамАЗ-740.50-360
(EURO-2)

Динамическая характеристика
(динамическая диаграмма)
Замысел:
освободить тяговую диаграмму от влияния на процесс ее построения
размерного фактора;
скоростного фактора.
D  vа  
Pк  Pв  Pfv
D  vа  
Gа

Pк  Pв  Pfv
Gа
D vа   0  
jx
g
M дв  (дв )

 rк 0 x


vа  i 1   ч   дв
 тр


Pf 0  P  Pj
Gа
 f 0 cos  sin    
jx
j
 0   x
g
g

Определение предельных характеристик
подвижности с помощью динамической
характеристики
Максимальный угол преодолеваемого подъема
j x 0  Dmax  vа   f 0 cos   sin     arcsin Dmax  f 0 cos  
*
cos  1   max arcsin Dmax  f 0 

*


Dmax  f 0 cos  max  sin  max   max arcsin Dmax  f 0 cos  max

 max  max ** arcsin Dmax  f 0 cos  max *
*

С точностью большей, чем погрешность измерения уклонов н местности,
максимальный угол преодолеваемого подъема можно определить по
следующей формуле:
 max arcsin Dmax  f 0  arcsin Dmax  f 0  


Разгонные характеристики машины
D  vа   0  
jx
D  vа    0
 j x  vа   g
g

vmax ( k )
dvа
dvа
 j x  vа   dt 
 t  t0 
dt
j x  vа 

v1
 1 
(k )
(k )
 vа .
dv

t

t

 а
 j x  vа  
Ограничение при задании наибольшей скорости движения машины
*
k max  vа max  j x 0  vа max  vа max 0,95vа max
Движение машины при переключении передач
v a  50 км / час : 
Ga
   0,005 
j x  Ga   0,005  v a 3,6
 gt п
2g



Время переключения передач у типичных КП (сек)
Коробки передач с неподвижными осями валов
с кулачковыми муфтами………………………………………………………2,0…2,5
с синхронизаторами…………………………………………………………….1,5…2,0
с фрикционными элементами………………………………………………..0,2…0,4
Планетарные коробки передач
с полуавтомтическими механизмами……………………………………….0,3…0,4
С автоматическими механизмами……………………………………………0,2…0,3

Порядок приближенного построения разгонных характеристик

Внешняя характеристика транспортного двигателя
    
N
  b
a
N max
 N   N
При максимальной мощности двигателя:
 N  N max ;   N  1 a  b  c

 d  N 
 
  N max 
    a  2b  3c 0
 d


   N 
2

  
  c


 N 
3
При максимальном крутящем моменте:
2
 M
     
  c


a  b
M


 max
 N  N

  M 
 d 

M
 M 
  max 

 0

b

2
c
 

 N 
 d  
   N 
Параметры внешней скоростной характеристики (средние)
Карбюраторные двигатели:
a = 0,75
b = 1,50
c = 1,25
Дизельные двигатели:
a = 0,57
b = 1,86
c = 1,43

Выбор параметров двигателя
Обязательные условия:
достижение максимальной скорости движения на дорогах 1..3 категории с
расчетными скоростями 150, 120 и 100 км/час и наибольшими уклонами 3, 4 и
5%;
преодоление наибольших уклонов на дорогах 1..3 категории с расчетными
скоростями 150, 120 и 100 км/час (4, 5 и 6%) без переключения передач.
Мощность на ведущих колесах, необходимая для движения машины

2

N v  Ga  f cos   sin    kv Fvv vv
Учет потерь мощности на скольжение в контакте, потери в трансмиссии,
привод вспомогательных агрегатов:




N двиг .max  1   вспом .оборуд N двиг . max  1   тр  вспом .оборуд N двиг .max   xвспом .оборуд N двиг .max  N полезн


N двиг .max 1   x вспом .оборуд тр N полезн
Требуемые условия движения обеспечиваются двигателем мощностью
N двиг. max
N полезн

1  x вспом.оборуд тр

Выбор параметров трансмиссии
1. Максимальное передаточное число выбирается так, чтобы обеспечить
преодоление наибольшего заданного дорожного сопротивления (ориентируются
на достижимые значения коэффициента сцепления - до 0,8…1,0)
iтр max 
 max Ga rбск
M дв max тр вспом .оборуд
2. Максимальное передаточное число проверяется по условию обеспечения
минимальной устойчивой скорости движения (чаще всего ориентируются на
точку наибольшего крутящего момента, для которой приблизительно ωN=1,56ωM)
iтр max 
 N rk 0 x 1   x   N rk 0 x

1,56va min
1,56va min
3. Минимальное передаточное число определяется по условию обеспечения
максимальной скорости движения ( с учетом скольжения в контакте)
x 
K x Rx K x Pсопр

rk 0 x
rk 0 x nвед.колес
Замечание. Определение диапазона трансмиссии
Потребный диапазон для БКМ и СКШ..…………………….…………..13…20
iтр max
Потенциальные возможности механических коробок передач:
Dтр 
4-х ступенчатеые КР…………………………….………………………..………6,5
iтр min
5-и ступенчатые КП……………………….……………………………..………..8,0
В механических ступенчатых трансмиссиях БКМ и СКШ вынужденно применяются дополнительные
понижающие коробки передач с диапазоном 2,0…4,0

Передаточные числа промежуточных передач
Влияние формы внешней скоростной
характеристики на скоростные возможности
автомобиля
Внешние скоростные характеристики
Дизель
Двухвальный ГТД
Повышение степени использования
мощности двигателя за счет
многоступенчатых КП
Тяговые характеристики
Машина с ГТД
Машина с ТЭП

Способы построения ряда передаточных чисел
Базовый подход: обеспечить на всех передачах неизменный интервал частоты
вращения двигателя.
nд

60ik i0 
nд nд
n i

 д  k 1 q
  vk vk 1 
nд 
ik ik 1
nд ik
vk 1 2rk
60ik 1i0 
vk 2rk
Геометрическая прогрессия (№ 3)
ik 1
i
i
i
m k
q  2  3 ...  k 1  ik m  1 i1
ik
i1 i2
ik
Корректирование ряда передаточных чисел
(гармонический ряд, «сближение высших передач», №2)
1
ik 1
i1  im
1


 q  q 
ik
 m  1imi1
Корректирование ряда передаточных чисел
(гармонический ряд, «сближение низших передач», №1)
ik  ik 1 q  q 
i1  im
 m  1

Тягово-динамическая характеристика автомобилей с
полнопоточными гидромеханическими передачами

Кинематическая схема типичной ГМП
Совместная работа двигателя и ГТ
Типичная характеристика ГТ

Формальное описание работы гидротрансформатора
M т т  i21 



k
i


 т 21
M н н  i21  дв 2 Dа 5
M н н  i21 




M т т  i21  дв 2 Dа 5
  i   N т  M т т k  i i
т 21 21
 т 21
N н M н н
Алгоритм построения тяговой характеристики гидромеханической
трансмиссии
Задается значение
передаточного числа
турбина-насос
По передаточному
числу
турбина-насос
определяется
коэффициент
трансформации ГТ
Определяется точка
совместной работы
двигателя и ГТ
(равенство моментов)
Определяется частота
вращения
насоса в точке
совместной работы
По передаточному
числу
турбина-насос
определяется
частота вращения
турбины
(выходного вала)
Определяется крутящий
момент
двигателя
в точке
совместной работы
Определяется крутящий
момент
на валу турбины
(выходном валу)
Пара
«момент»
«частота вращения»
определяет точку
на тяговой
характеристике

Тягово-динамическая характеристика автомобилей с
полнопоточными электромеханическими
РИСТИКИ ТЯГОВОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ АДС6000
ОРМИРОВАНИИ "ЧАСТОТНЫМ ВЕКТОРНЫМ" МЕТОДОМ)
передачами
КПД
M ( =0,8; G =5,750 т.; r =0,68 м )
0,937
1500
об/мин
1696 Нм
6 км/ч
320 об/мин
0,948
2360
об/мин
0,909
297 А
1500
0,680
280
об/мин
0,5
1000
615 В
500
60 кВт
0
0
1000
2000
3000
Частота вращения ротора, об/мин
4000
5000

Тяговые характеристики автомобилей с электромотор-колесами
Схематизированная
характеристика ТЭД
Характеристики реальных тяжелых самосвалов БелАЗ
Тяговые характеристики автомобилей с гидромеханическими передачами
Схематизированная
характеристика для
автомобиля со ступенчатой КП
Автобус ЛАЗ с ГТ ЛГ-340
Автобус с гидропередачей
ZF 2HP-45