Основы тяговой динамики машин

В приводе передвижения (хода) машин момент, создаваемый на валу двигателя (Мдв), передаётся через трансмиссию машин (iпр, ηпр) на движители, создавая на них тяговое усилие. Его значение определяется не только возможностями привода двигателя и трансмиссии (включая ходовую часть), но и коэффициентом сцепления движителей с поверхностью передвижения.

Давая оценку эффекта сцепления движителей машины с основанием, используют значение коэффициента сцепления φ_сц, через который выражают возможное значение силы тяги по условию сцепления:

где G_сц -сцепной вес машины, рассматриваемый в виде вертикальной реакции поверхности передвижения, действующей на движители, к которым осуществляется подвод крутящего момента от привода. Его определяют как:

где ξ – коэффициент использования сцепного веса.

G_м - сила тяжести машины

Силу тяги, которую может создать привод машины, на движителе называют силой тяги «по двигателю». Её называют касательной силой тяги и определяют по выражению:

где M - номинальный момент двигателя, r –радиус колеса для колёсных машин или ведущей звёздочки для гусеничных.

Реально реализуемое значение тягового усилия в общем случае является минимальным из двух приведённых выше:

При движении машины в транспортном режиме она преодолевает ряд сопротивлений, направленных вдоль оси её движения, качению W_f, подъёму трассы W_h, ветровой нагрузке W_w, разгону W_j.

Уравнение равновесия машины вдоль оси её движения называют тяговым балансом и записывают обычно в удельной форме (к силе тяжести машины):

где знаки «+» соответствуют режиму подъёма и разгона с ускорением j, а знаки «-» - спуска и торможения.

Левая часть этого уравнения, зависящая только от конструктивных параметров машин, получила название:

- динамического фактора машины (D_m), рассчитываемого для скоростных режимов движения, формирующих значимое значениеW_w

- сцепного фактора, при малых скоростных режимах, когда W_w ≈ 0; P=P_цс:

Значение динамического и сцепного факторов определяются скоростными режимами движения машины и степенью её загрузки.

В правой части (2.1) представлены характеристики, определяющие режим движения:

- сопротивления качению машины f, зависящее от параметров ходовой части и поверхности движения;

-крутизны трассы i;

-удельное (к ускорению свободного падения g) ускорение разгона (замедление торможению).

Степень загрузки оценивают коэффициентом использования машины по грузоподъёмности 0 ≤ K_Г ≤ 1,0. При грузоподъёмности g_m сила тяжести загруженной машины, с коэффициентом K_Г составит:

Значение динамического фактора при произвольном K_Г:

Значение сцепного фактора при произвольном K_Г:

где индекс 1,0 означает что значение фактора D и D_сц соответствует K_Г = 1; G₀ - сила тяжести машины при K_Г = 0.

Семейство графиков, отражающих функциональные зависимости динамического фактора, при K_Г = 0, от скорости движения машины при всех передачах коробки перемены передач (КПП) в виде D_1,0=D(V_j), называют динамической характеристикой машины.

Семейство графиков, отражающих зависимости (2.2) и (2.3) называют нагрузочными характеристиками, соответственно, динамического и сцепного факторов. Их точки пересечения соответствуют предельным скоростным режимам, реализуемым без буксования (Р_дв=Р_сц).

Совокупность указанных характеристик - динамический паспорт машины. На рис.2.23 представлен динамический паспорт машины с механической трансмиссией имеющей КПП с четырьмя передачами I÷IV.

Рис. 2.23. Динамический паспорт автомобиля составляют

из динамической характеристики с номограммой нагрузок,

графика контроля буксования и динамических показателей

Он даёт полную картину о возможных скоростных режимах движения машины при различных значениях степени её загрузки и позволяет оценить режимы буксования: D_сц<D.

Так, при коэффициенте загрузки равном 0,30 возможен режим движения на II-ой передаче со скоростью 13 км/ч. При этом будет отсутствовать режим буксования, т.к. D_сц=D.

Для СМ, являющихся технологическими, важные значения имеет свободная тяга (T₀). Под ней понимают разность между тяговым усилием и суммарным сопротивлением качению и подъему трассы, которое может быть реализовано на преодоление технологических сопротивлений при выполнении рабочих операций.