Сопротивления при качении и подъеме

Сила сопротивления качению автомобиля вызывается деформацией опорной поверхности дороги и шин. Ее определяют как произведение нормальной суммарной реакции опорной поверхности, действующей на колеса автомобиля с весом G (G · cos α), на коэффициент сопротивления качения f:

Р_f = G · cos α · f.

При движении по усовершенствованным дорогам, продольные уклоны которых не превышают 15⁰, cos α ≈ 1. В этом случае силу сопротивления качению можно принять, равной:

Р_f = G · f.

С помощью коэффициента сопротивления качению f оценивают сопротивления, характеризуемые дорожным покрытием, его типом и состоянием.

Определение сопротивления качению автомобиля проводят из условия его движения по дороге при использовании стандартных шин в нормальном техническом состоянии (рекомендуемое давление воздуха в шине и требуемая высота протектора). Допускаемая нагрузка автомобиля при этом не должна превышать допустимую величину по ГОСТ.

С изменением скорости движения автомобиля величина f не остается постоянной, а меняется, например, согласно следующей зависимости:

.

За f₀ принимается величина, соответствующая скорости движения автомобиля v, не превышающей 20 км/ч. Для оговоренных выше условий движения значение f₀ находится в интервале: f₀ = 0,012…0,016 (для асфальтированных дорог) и f₀ = 0,025…0,035 (для грунтовых укатанных дорог).

Сила сопротивления подъему Р_h, действующая на машину при движении по наклонному участку, равна составляющей силы тяжести (веса), параллельной плоскости подъема:

Р_h = G · sin α = m · g · sin α,

G, m - вес и масса машины соответственно, g - ускорение свободного падения (9,81 м/с²), α - угол подъема.

При движении автомобиля под уклон сила Р_h совпадает с направлением тяговой силы Р_к. Таким образом, в зависимости от условий движения автомобиля сила Р_h может быть и силой сопротивления и силой, движущей автомобиль.

Сумму сил сопротивления качению и подъему называют суммарной силой дорожного сопротивления Р_ψ:

Р_ψ = Р_f + Р_h = G (f + sin α) = G ·ψ;

ψ – коэффициент дорожного сопротивления: ψ = f + sin α.

В общем виде выражения для силы дорожного сопротивления имеет вид:

Р_ψ = m·g·f ·cos α + m·g ·sin α = m·g(f ·cos α + sin α).

Допустимо использовать упрощенное выражение в пределах углов подъема до 15 ⁰, принимая cos α ~ 1:

Р_ψ = m·g·f + m·g ·sin α = m·g(f + sin α) = G(f + sin α).

Сила сопротивления воздуха Р_w обусловлена трением в прилегающих к поверхности автомобиля слоях воздуха, сжатием воздуха движущейся машиной, разрежением за машиной и вихреобразованием в окружающих автомобиль слоях воздуха. Основную часть всей силы сопротивления воздуха составляет лобовое сопротивление, которое зависит от лобовой площади (наибольшей площади поперечного сечения машины).

Для определения силы сопротивления воздуха используют зависимость:

Р_w = 0,5·с_х·ρ·F·vⁿ,

где с_х – коэффициент, характеризующий форму тела и аэродинамическое качество машины;

ρ - плотность воздуха;

F - лобовая площадь машины (площадь проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси);

v - скорость движения машины;

n - показатель степени (для скоростей движения автомобилей принимается равным 2).

Для условий работы автомобиля плотность воздуха изменяется мало. Заменив произведение (0,5·с_х·ρ), через к_w, получим:

Р_w = к_w ·F·v²,

где к_w – коэффициент сопротивления воздуха; по определению он представляет собой удельную силу в Н, необходимую для движения в воздушной среде тела данной формы с лобовой площадью 1 м ² со скоростью 1 м/с.

Величину к_w, равную половине произведения плотности воздуха (ρ = 1,24…1,26 кг/м³) на коэффициент обтекаемости c_x, можно подсчитать как:

к_w = 0,5·ρ·c_x , Н·с²/м⁴.

Произведение к_w ·F называют фактором сопротивления воздушной среды или фактором обтекаемости, характеризующим размеры и форму автомобиля в отношении свойств обтекаемости (его аэродинамические качества).

Значения аэродинамических коэффициентов c_x и к_w и площади наибольшего поперечного (миделевого) сечения автомобиля F принимают из приведенной ниже таблице 1.

Таблица 1.