Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и актуальность проблемы 8
2. Математическая модель расчета топливно-экономической характеристики автомобиля при движении по неровной дороге 22
2.1. Уравнение расхода топлива 22
2.2. Сила сопротивления качению 24
2.3. Колебательная система, эквивалентная автомобилю 30
2.4. Уравнения, описывающие колебания масс автомобиля 33
2.5. Начальные условия для расчета 40
2.6. Расчет входных и промежуточных параметров модели 40
2.7. Структурная схема расчета по математической модели 42
2.8. Теоретические исследования по математической модели и анализ результатов 44
3. Оборудование и аппаратура для экспериментальных исследований 53
3.1. Аппаратура для измерения объемного расхода топлива 53
3.2. Стенд К-409М для исследования тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля 59
3.3. Измерение тормозной и тяговой силы 63
3.4. Измерение скорости движения автомобиля 66
4. Экспериментальные исследования 74
4.1. Экспериментальное определение топливно-экономической характеристики автомобиля на стенде 74
4.1.1. Методика определения топливно-экономической характеристики автомобиля на стенде 75
4.1.2. Определение дополнительной тормозной силы 75
4.1.3. Исследование влияния неровности имитируемой дорожной поверхности на топливную экономичность автомобиля 85
4.1.4. Исследование влияния давления воздуха в шинах на топливную экономичность автомобиля при движении по неровной дороге 87
4.2. Экспериментальное определение топливно-экономических свойств автомобиля при ходовых дорожных испытаниях 92
4.2.1. Характеристика дорог, используемых при ходовых дорожных испытаниях автомобиля на топливную экономичность 94
4.2.2. Исследование влияния неровности дорожного покрытия на топливную экономичность автомобиля 99
4.3. Экспериментальное определение нагрузочной характеристики автомобиля УАЗ-2206 103
4.4. Проверка достоверности математической модели расчета топливно-экономической характеристики автомобилей 105
Основные результаты и выводы по
Список использованной литературы 112
Приложение 1. Программа расчета топливно-экономической характеристики автомобиля при движении по неровной дороге с синусоидальным профилем 121
- Состояние вопроса и актуальность проблемы
- Колебательная система, эквивалентная автомобилю
- Стенд К-409М для исследования тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля
- Исследование влияния неровности имитируемой дорожной поверхности на топливную экономичность автомобиля
Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях, при постоянном росте численности парка автомобилей и все возрастающих потребностях в энергетических ресурсах, все более актуальной становится проблема снижения расхода топлива и повышения эффективности контроля над его расходованием при коммерческой эксплуатации автотранспорта.
Расход топлива зависит от транспортных, природно-климатических и дорожных условий эксплуатации автомобилей. Несомненно, дорожные условия, характеризуемые элементами профиля и плана дорог, рельефом местности, типом и ровностью дорожного покрытия, оказывают доминирующее, из вышеперечисленных условий, влияние на топливную экономичность. Современные методики и нормативные документы предусматривают определение расхода топлива при движении автомобиля по ровным дорогам, которые, как известно, занимают незначительную часть дорожной сети России. Большую же часть дорог Российской Федерации занимают дороги с неровным покрытием.
При движении автомобиля по неровной дороге для поддержания заданной скорости движения требуется дополнительная мощность на преодоление неровностей, что приводит к увеличению расхода топлива. Кроме того, колебания подрессоренных и неподрессоренных масс автомобиля, возникающие при движении по неровной дороге, обуславливают дополнительный расход топлива вследствие рассеивания энергии в упругих и гасящих элементах подвески и шинах автомобиля. Поэтому существующие методы оценки топливной экономичности автомобиля при движении по ровной дороге, когда воздействие неровностей дороги отсутствует, не позволяют реально оценить расход топлива при движении автомобиля по неровной дороге.
Актуальность проблемы продиктована также и необходимостью реальной оценки себестоимости автомобильных перевозок при постоянно растущей стоимости автомобильного топлива.
Объект исследования — влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на расход топлива автомобилем при движении по неровной дороге, вызывающем колебания подрессоренных и неподрессоренных масс автомобиля.
Предмет исследования - механизм и характер влияния неровностей дорожной поверхности и параметров подрессоривания на топливную экономичность автомобиля.
Цель работы — разработка метода оценки топливной экономичности автомобиля при движении по неровной опорной поверхности с учетом вертикальных колебаний автомобиля для использования при проектировании автомобиля, реальной оценки расхода топлива при эксплуатации автомобиля по дороге с неровным покрытием, при проведении испытаний автомобильной техники.
Методика исследований включает:
математическое моделирование движения автотранспортного средства по неровной дороге с учетом колебаний и составляющих баланса мощности, влияющих на расход топлива;
теоретические исследования по математической модели расчета топ-ливно-экономической характеристики автомобиля при движении по неровной дорожной поверхности;
экспериментальное определение топливно-экономических характеристик автомобиля при имитации на стенде движения по неровной дороге;
экспериментальное определение топливно-экономических характеристик автомобиля при движении по дорогам с различными неровностями.
Научная новизна работы заключается в следующем
разработана математическая модель расчета топливно-экономической характеристики автомобиля при движении по неровной дороге, учитывающая изменяющиеся вследствие колебаний масс автомобиля вертикальные реакции в контакте колес с дорогой и изменяющийся коэффициент сопротивления качению вследствие меняющегося профиля дороги;
разработана методика определения расхода топлива автомобилем при движении по дороге с заданным профилем, выявлена зависимость расхода топлива от параметров подрессоривания автомобиля и сопротивления качению колес;
3) предложена методика экспериментального определения расхода
топлива с использованием вновь разработанного и запатентованного расходо
мера топлива.
Практическая значимость. Результаты исследований расширяют теорию автомобиля в области топливной экономичности и могут быть использованы при проектировании автомобиля, а также при полигонных испытаниях.
Разработанный метод позволяет оценить реальный расход топлива при эксплуатации автомобилей на дороге с неровным покрытием и реально планировать затраты на перевозку грузов.
Результаты исследований по разработанной математической модели позволили определить влияние основных колебательных параметров подвески автомобиля на расход топлива, влияние параметров неровности дорог на топливную экономичность автомобиля.
Реализация результатов работы. Разработанная математическая модель расчета топливно-экономической характеристики автомобиля, позволяющая учитывать степень и характер неровности дорожного покрытия на расход топлива автомобилем, внедрены в учебный процесс при подготовке инженеров по специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство" в Братском государственном университете.
Оборудование, разработанное и созданное на кафедре «Автомобильный транспорт» Братского государственного университета в процессе разработки темы диссертации, используется для углубления знаний по дисциплине «Автомобили», НИРС, что способствует повышению уровня творческой подготовки молодых специалистов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались:
на XXV, XXVI и XXVII (2003...2005гг.) межрегиональных научно-технических конференциях «Естественные и инженерные науки - развитию регионов» Братского государственного университета;
на III и IV (2004...2005гг.) межрегиональных научно-технических конференциях с международным участием «Механики XXI веку» Братского государственного университета
на кафедре «Автомобильный транспорт» Братского государственного университета (2003.. ,2005гг.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах. Разработанный прибор для измерения расхода топлива защищен патентом РФ № 2262083.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, результатов и выводов, списка литературы и приложений; изложена на 127 страницах основного текста и содержит 3 таблицы и 52 рисунка.
Глубокую благодарность автор выражает заведующему кафедрой "Автомобильный транспорт" Братского государственного университета, доктору технических наук Александру Андреевичу Енаеву за научное руководство, поддержку и постоянное внимание.
Состояние вопроса и актуальность проблемы
Современный мир невозможно представить без автомобиля. Работа, выполняемая автомобильным транспортом, существенно влияет как на экономику отдельных стран, так и на мировую экономику в целом. В себестоимости перевозок автомобильным транспортом наиболее существенными затратами являются затраты на приобретение автомобильного топлива - бензина, дизельного топлива или газа. Топливо является источником энергии, затрачиваемой автомобилем на совершение транспортной работы. Поэтому, снижения расхода топлива автомобилем добиваются как при проектировании, так и при эксплуатации автотранспорта. А одним из основных эксплуатационных свойств автомобиля является его топливная экономичность [1].
Исследованию влияния различных факторов на топливную экономичность посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых. Фундаментальные труды в области топливной экономичности принадлежат Е.А. Чудакову [2, 3], Г.В. Зимелеву [4], Н.Я. Говорущенко [5, 6], В.А. Иларионову [7, 8], Б.С. Фалькевичу [9, 10], Д.А. Рубец [11, 12], Н.В. Дивакову [13, 14], А.А. Токареву [15, 16, 17, 18], Е.М. Платонову [19], Claffey Raul J. [20], Biggs D.C., Akcelik R. [21, 22], Pitt D. [23] и др. В результате исследований этих ученых разработана теория топливной экономичности автомобилей, позволяющая определить оценочные параметры топливной экономичности при равномерном движении по ровной дороге.
Вопросами оценки влияния различных факторов на топливную экономичность занимались: М.И. Лурье и А.А. Токарев [24], Н.Я. Говорущенко [25], Г.А. Крестовников [26, 27], В.А. Петрушов [28], Д.П. Великанов [29, 30], М.Г. Беккер [31], Я.Е. Фаробин [32, 33, 34], Московкин В.В. [35], Т.У. Асмус [36], Ерохов В.И. [37] и др. В работах Иларионова В.А., Зимелева Г.В., Фалькевича Б.С, Чудакова Е.А., Фаробина Я.Е. исследуется влияние на расход топлива какого-либо одного переменного фактора при постоянстве остальных. Более достоверной оценкой топливной экономичности является оценка всех факторов, влияющих на расход топлива. Многофакторные исследования топливной экономичности проводились Московкиным В.В. и Петрушовым В.А. [38], Наркевич Э.И. и Токаревым А.А. [39], Князевым СИ. и Ганзиным СВ. [40,41,42,43], Высоцким М.С [44] и др. На расход топлива автомобилем оказывают влияние ряд факторов. Все их можно разделить на четыре группы: 1) факторы, определяемые конструкцией двигателя и режимом его работы (тип двигателя, эффективная мощность двигателя Ne, удельный эффективный расход топлива двигателя ge, нагрузочные характеристики двигателя Gnge—ffNJ, скоростные характеристики двигателя NefMe=f(ne) и др.); 2) факторы, определяемые конструкцией автомобиля (тип трансмиссии, тип привода, ряд передаточных чисел, к.п.д. трансмиссии tjTP, радиус колеса гк и др.); 3) факторы, определяющие потери мощности, развиваемой двигателем, на преодоление внешних сопротивлений (тип покрытия дороги, микро- и макропрофиль дороги, коэффициент суммарного сопротивления дороги у/, климатические условия и др.); 4) факторы, определяющие условия эксплуатации автомобиля (квалификация водителя, стиль вождения, интенсивность движения транспортного потока, количество остановок на линии, качество и своевременность технического обслуживания).
Анализируя факторы, определяемые конструкцией двигателя, можно отметить их существенное влияние на расход топлива. Известно, что расход топлива автомобилей с дизельными двигателями меньше на 25...40%, чем с бензиновыми [45]. Применение электронных систем питания снижает расход топлива до 10% [15]. По зарубежным данным повышение степени сжатия на 15...20% приводит к экономии топлива до 15% [46]. На расход топлива также влияют факторы, определяемые конструкцией автомобиля. Увеличение КПД трансмиссии приводит к повышению экономичности автомобиля на 4...8%, подбор оптимального ряда передаточных чисел коробки передач позволяет снизить расход топлива до 5%, применение бесступенчатых трансмиссий снижает расход топлива на 12...25% [15]. Снижение коэффициента обтекаемости на 25% позволяет получить экономию топлива на 10% [45].
Из анализа факторов третьей группы можно выделить влияние коэффициента суммарного сопротивления дороги у/. Так, снижение коэффициента сопротивления качению колес приводит к снижению расхода топлива до 15% [15]. Существенным образом влияет макропрофиль дороги: при движении автомобиля по холмистой местности на преодоление подъемов затрачивается до 55% энергии, вырабатываемой двигателем [45].
От стиля вождения, предусматривающего возможно большее использование кинетической и потенциальной энергии, в значительной степени зависит экономия топлива. Повышение мастерства вождения водителей приводит к снижению расхода топлива до 15% [47]. Строгое соблюдение заданного давления в шинах при эксплуатации автомобиля позволяет экономить 5% топлива [48].
Оценка влияния тех или иных факторов на расход топлива автомобилем определяет область исследования свойств топливной экономичности. Первые две группы факторов определяют влияние конструкции автомобиля в целом на топливную экономичность. Исследование факторов третьей группы позволяет производить расчет параметров топливной экономичности в заданных условиях как одного из основных эксплуатационных качеств автомобиля. Комплексное исследование факторов первой, второй и третьей групп способствует созданию расчетных моделей, позволяющих определять степень и характер влияния тех или иных параметров на топливную экономичность в процессе конструирования автомобиля, производить моделирование ходовых испытаний проектируемых транспортных средств с целью снижения расхода топлива при проектировании. Дополнительный учет факторов четвертой группы позволяет смоделировать движение уже существующих и находящихся в эксплуатации транспортных средств с целью определения различных норм расхода топлива при коммерческом использовании автотранспорта.
Анализируя влияние этих факторов на топливную экономичность, можно выделить, что факторы, определяющие потери мощности на преодоление внешних сопротивлений (дорожные условия) в наибольшей степени сказываются на расходе топлива, так как режим движения автомобиля определяется характером дороги, а именно - микро- и макропрофилем. В зависимости от типа и состояния дорожного покрытия расход топлива изменяется в пределах 35% [25].
Исследованиями влияния дорожных условий на топливную экономичность автомобиля занимались Фалькевич Б.С. [9, 10], Чудаков Е.А. [2, 3], Великанов Д.П. [29, 30], Рубец Д.А. [11, 12]и др. Определяющее воздействие на топливную экономичность автомобиля оказывает микро- и макропрофиль дороги.
Опорная поверхность дорог не является абсолютно ровной. Даже новые дороги с качественным покрытием имеют небольшие неровности, которые по мере эксплуатации дороги увеличиваются и влияют на параметры движения автомобилей.
Движение автомобиля по неровным дорогам сопровождается непрерывными ударами колес. При попадании автомобильного колеса в длинную впадину оно ударяется о дно и подбрасывается вверх. При достаточно высокой скорости движения колесо может оторваться от опорной поверхности и снова ударится, совершая затухающие колебания. При попадании колеса в короткие впадины и выступы возникает ударная нагрузка, под действием которой шина дополнительно деформируется.
Ровность дорожного покрытия оказывает существенное влияние на скорость движения автомобиля и расход топлива. С ухудшением ровности покрытия снижается скорость движения и увеличивается путевой расход топлива. Увеличение высоты неровностей дороги с 6,4 мм (ровная бетонная дорога) до 22 мм (булыжная среднего качества) приводит к снижению средней скорости движения автомобиля на 37...41% [15]. При этом расход топлива увеличивается на 15...20%.
Колебательная система, эквивалентная автомобилю
Теоретические исследования по разработанной модели предусматривали исследование влияния фактора неровной дороги на топливную экономичность автомобиля, а также влияние параметров системы подрессоривания автомобиля на расход топлива.
Наиболее негативное влияние на топливную экономичность автомобиля оказывает движение по дорогам синусоидального профиля. Теоретические исследования проводились при моделировании движения автомобиля УАЗ-2206 по опорной поверхности синусоидального профиля, который характеризуется амплитудой q0 и длиной волны 1Р и определяется зависимостью q = 0.5 qosin(27Tt/lp).
В качестве исходных данных при исследованиях были использованы параметры подрессоривания автомобиля УАЗ-2206 в состоянии полной массы, на котором проводились экспериментальные исследования.
Топливно-экономическая характеристика движения автомобиля УАЗ-2206 при движении по ровной дороге с асфальтобетонным покрытием В качестве показателей, характеризующих топливную экономичность автомобиля при теоретических исследованиях, как это принято, используются минимальный путевой расход топлива автомобиля Qsmm и скорость, при которой достигается этот расход, называемая экономичной Уэ.
Зависимость экономичной скорости движения от высоты синусоидальных неровностей С увеличением высоты синусоидальных неровностей расход топлива увеличивается плавно до высоты неровностей 55 мм и Qs = 20 л/100 км. Затем расход топлива резко возрастает и при высоте неровностей 75 мм достигает 38 л/100 км. Это объясняется значительной деформацией пневматических шин и подвески автомобиля, в результате чего увеличивается величина нормальных реакций в контакте колес с дорогой и, следовательно, сила сопротивления качению.
Зависимость минимального путевого расхода топлива от длины волны синусоиды неровностей: 1 — высота неровностей qo = 10 мм; 2 — высота неровностей qo = 20 мм; 3 — высота неровностей qo = 30 мм; 4 — высота неровностей qo — 40 мм; 5 — высота неровностей qo = 50 мм
С увеличением длины волны неровностей синусоидального профиля дороги наблюдается снижение расхода топлива, за исключением участка, где длина волны синусоиды совпадает с базой автомобиля L. В результате резонанса передняя и задняя подвеска колеблются в одной фазе с возросшими амплитудами и возрастают вертикальные реакции в контакте колес с дорогой, поэтому при L = L наблюдается увеличение расхода топлива. Рис. 2.9. Зависимость оптимальной скорости движения от длины волны синусоиды неровностей: 1 — высота неровностей q0 = 10 мм; 2 — высота неровностей qo = 20 мм; 3 — высота неровностей qo = 30 мм; 4 — высота неровностей qo 40 мм; 5 — высота неровностей qo = 50 мм
С увеличением длины волны неровностей синусоидального профиля экономичная скорость движения незначительно возрастает. Место перегиба соответствует lp = L. Изменение параметров подрессоривания позволило выявить влияние колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс автомобиля на топливную экономичность.
Влияние коэффициента жесткости подвески на расход топлива отражено на рис. 2.10. Так при коэффициенте нормальной жесткости подвески 80 кН/м наблюдается минимальный расход топлива при движении по неровной дороге с разной высотой и длиной неровностей. В интервале значений ср от 80 до 300 кН/м расход топлива возрастает регрессивно при любой высоте и длине неровностей. Зависимость минимального путевого расхода топлива от коэффициента нормальной жесткости шин: 1 — высота неровностей qo = 10 мм, длина неровностей lp = 1,0 м, скорость движения Va =50 км/ч; 2 — qo = 20 мм, 1Р = 1,0 м, Va =50 км/ч; 3 — qo — 30 мм, lp = 1,0 м, Va =50 км/ч; 4 - qo = 40 мм, 1Р = 1,0 м, Va =50 км/ч; 5 — q0 = 50 мм, lp = 1,0 м, Va =50 км/ч; 6—ровная дорога qo = 0 мм, скорость движения Va =50 км/ч
При увеличении коэффициента нормальной жесткости пневматических шин сш расход топлива также регрессивно возрастает. При увеличении сш с 150 до 450 кН/м Qs возрастает, при высоте неровностей 10 мм, с 14,5 до 21,5 л/100 км, а при высоте неровностей 50 мм, с 18 до 23,5 л/100 км.
Исходя из поставленных задач исследования, было спроектировано и доработано экспериментальное оборудование, сформирован комплекс измерительной и регистрирующей аппаратуры. Это позволило определить топливно-экономические характеристики автомобиля при стендовых и ходовых испытаниях автомобиля при движении по неровной дороге, а также с высокой точностью обработать полученные результаты.
Стенд К-409М для исследования тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля
Для проведения стендовых испытаний автомобилей широко применяются стенды с беговыми барабанами, в которых реализуется принцип обратимости движения (движется дорога, автомобиль стоит на месте). Испытания проводились на стенде с беговыми барабанами К-409М. При проведении стендовых испытаний регистрировались время опыта, скорость движения автомобиля, объ 60 емный расход топлива, путь, пройденный автомобилем, контролировалась сила сопротивления движения автомобиля по барабанам стенда. При проведении ходовых дорожных испытаний регистрировались время опыта, скорость движения автомобиля, объемный расход топлива при прохождении автомобилем участка дороги заданной длины.
Стенд К-409М, установленный в лаборатории кафедры "Автомобильный транспорт" предназначен для оценки тягово-скоростных свойств и топливной, экономичности автомобилей с колесной формулой 4x2 и максимальной допустимой нагрузкой на ось 20 кН. Он относится к стендам группы, в которых каждое колесо опирается на два барабана (ролика) малого радиуса Гк Гб
Основными элементами стенда являются опорное устройство, тормозной балансирный динамометр (гидродинамический тормоз) штыревого типа, пульт с контрольно-измерительными приборами и устройством для дистанционного управления нагрузкой, вентилятор для обдува радиатора испытуемого автомобиля, упоры для фиксации автомобиля при испытаниях. Схема стенда приведена на рис. 3.6.
Опорное устройство состоит из рамы 1 (см. рис. 3.6) на которой установлены поддерживающие (задние по ходу автомобиля) барабаны 3 и рабочие (тормозные) барабаны 2. Барабаны установлены на сферические подшипники качения 4. Рабочие (тормозные) барабаны через две втулочно-пальцевые муфты 5 соединены между собой и с тормозным балансирным динамометром (гидродинамическим тормозом) 6.
Для измерения скорости движения установлен датчик скорости 8. Измерение тяговой (тормозной) силы осуществляется датчиком силы 7. Визуальная регистрация измеряемых параметров (скорости и тяговой силы) осуществляется по приборам на пульте управления 9 или на дисплее ЭВМ с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) на плате L-154.
61 Рис. 3.6. Схема стенда К-409М: 1 - рама; 2 — рабочие (тормозные) барабаны; 3 — поддерживающие барабаны; 4 — подшипник качения; 5 — соединительная муфта; 6 — гидродинамический тормоз; 7 - датчик силы; 8 — датчик скорости; 9 — пульт с контрольно-измерительными приборами и устройством для управления нагрузкой; 10 —опорная площадка
Одним из основных агрегатов стенда К-409М является тормозной балансирний динамометр (гидродинамический тормоз), предназначенный для создания тормозной нагрузки (силы сопротивления качению ведущих колес испытуемого автомобиля). На стенде К-409М применен гидродинамический штыревой тормоз. На валу установлен ротор, имеющий четыре ряда штырей. Такие же штыри закреплены на внутренней поверхности статора, установленного как балансир на подшипниках. При вращении ротора вода, подводимая в полость ротора, отбрасывается за счет центробежной силы к стенкам статора, образуя кольцевой слой, который увлекается штырями ротора во вращательное движе 62 ниє. Штыри статора, рассекающие слой воды, препятствуют этому движению, благодаря чему возникает сопротивление вращению ротора.
Измерение скорости движения автомобиля осуществляется при помощи тахогенератора постоянного тока. При ходовых дорожных испытаниях тахогенератор МЭ 307 устанавливается на оси колеса автомобиля, а при стендовых испытаниях тахогенератор ТМГ-П устанавливается на оси барабанов стенда К-409М.
Измерение напряжения тахогенератора, которое изменяется пропорционально скорости вращения колеса автомобиля, производится отдельным каналом АЦП (рис. 3.11). Сигнал с тахогенератора предварительно фильтруется для устранения шума, а постоянное напряжение, генерируемое тахогенератором, понижается дополнительным сопротивлением до определенного характеристиками АЦП диапазона.
Тарирование сигнала измерителя скорости производится сравнением с эталонной скоростью. Автомобиль движется по барабанам стенда равномерно с определенной скоростью, при этом записывается сигнал с тахогенератора, от-считывается промежуток времени, устанавливаемое реле, фиксируется число оборотов ведущего колеса при помощи контактной группы с эксцентриком, установленной на оси колеса.
Аналоговые сигналы каждого канала фиксируются в виде зависимости входного напряжения от времени U = U(t) и выводятся в реальном времени на экран монитора. Результаты записываются в виде массивов чисел. Управление АЦП осуществляется стандартной программой "Oscilloscope". Вид стенда К-409М с автомобилем, измерительной и регистрирующей аппаратуры, размещенной в лаборатории, представлен на фото (рис. 3.17).
Исследование влияния неровности имитируемой дорожной поверхности на топливную экономичность автомобиля
Для исследования влияния неровности дороги на топливную экономичность автомобиля были определены топливно-экономические характеристики установившегося движения автомобиля УАЗ-2206 на стенде К-409М при установке на барабаны стенда неровностей высотой 25, 35, 40 и 50мм. Измерения расхода топлива производились при давлении воздуха в шинах 0,16; 0,18; 0,20; 0,22; 0,24; 0,26; 0,28; 0,30 МПа при движении на различных ступенях коробки передач.
При движении на III передаче по барабанам стенда с неровностями высотой 25, 35, 40 и 50 мм расход топлива увеличивается, по сравнению с движением по ровной дороге, соответственно, на 11,9%, 23,3%, 29,1%, 52,8%, а экономичная скорость при этом падает на 5,6%, 8,1%, 11,8%, 16,8%. При движении на IV передаче с неровностями высотой 25, 35, и 40 мм расход топлива также увеличивается на 12,1%, 21,9%, 38,6%, а экономичная скорость уменьшается, соответственно, на 2,3%, 5,0%, 6,7%.
При снятии графиков ТЭХ (рис. 4.7, 4.8) развиваемой тяговой силы было недостаточно для динамического преодоления сопротивления неровностей высотой 50мм на четвертой передаче. Для преодоления сопротивления неровностей необходимо снижать давление воздуха в шинах. Для того чтобы выяснить влияние давления воздуха в шинах на расход топлива автомобиля при движе 87 ний по неровной дороге были проведены экспериментальные исследования автомобиля на топливную экономичность при изменении давления воздуха в шинах.
Правилами технической эксплуатации автомобилей предусмотрено поддержание нормативного давления воздуха в шинах. Это вызвано не только стремлением увеличить срок службы шины (при правильной эксплуатации протектор изнашивается минимально), но и реализацией оптимальных тягово-скоростных, топливно-экономических качеств и свойств плавности хода автомобиля.
Чтобы выяснить степень и характер влияния давления воздуха в шине на топливную экономичность были произведены замеры расхода топлива и построены топливно-экономические характеристики установившегося движения автомобиля УАЗ-2206 на барабанах стенда К-409М при давлении воздуха в шинах соответственно: 0,16; 0,18; 0,20; 0,22; 0,24 (нормативное); 0,26; 0,28; 0,30 МПа. Измерения производились при движении на III и IV ступенях коробки передач при имитации ровной горизонтальной дороги с асфальтобетонным покрытием.
Для поддержания заданного режима движения были рассчитаны зависимости Р тор =/(Уа) при различном давлении воздуха в шинах. Для этого определялся выбег автомобиля (рис. 4.9.) со скорости 120 км/ч. При увеличении давления воздуха в шине каждый раз на 0,01 МПа путь и время выбега увеличиваются на 6...7%.
Зависимости сил сопротивления качения колес по барабанам стенда от скорости двиэюения при различном давлении воздуха в шинах ра: 1 - 0,16 МПа; 2- 0,18 МПа; 3 - 0,20 МПа; 4 - 0,22 МПа; 5 - 0,24 МПа; 6- 0,26МПа; 7- 0,28МПа; 8- 0,30МПа При возрастании скорости качения колеса по барабанам стенда сила РКБ возрастает. Перегиб кривых происходит при скорости движения автомобиля 40...60 км/ч. Можно заключить, что с ростом скорости качения колеса значительно увеличиваются потери энергии на деформацию шины.
При снижении давления шина увеличивается ее деформация, поэтому значительно возрастает сила РКБ- При снижении давления с 0,30 до 0,16 МПа через 0,02 МПа сила РКБ при скорости 120 км/ч увеличивается соответственно на 3,5%, 4,5%, 6,0%, 8,0%, 10,5%, 16,0%, 26,0%; при скорости 80 км/ч РКБ увеличивается соответственно на 3,0%, 3,5%, 4,0%, 4,5%, 5,0%, 8,0%, 11,0%; при скорости 40 км/ч РКБ увеличивается на 4...5%.
При снижении давления воздуха в шине расход топлива увеличивается. Так, при снижении давления воздуха в шинах автомобиля УАЗ-2206 от норма 90 тивного (0,24 МПа) на 0,02 МПа, 0,04 МПа, 0,06 МПа и 0,08 МПа, минимальный расход топлива увеличивается соответственно на 2,3%, 6,1%, 9,8%, 17,6% при движении на IV передаче, и на 4,3%, 8,6%, 15,7%, 20,5% при движении на III передаче.
При увеличении давления воздуха в шине расход топлива уменьшается. Так, при увеличении давления воздуха в шинах автомобиля УАЗ-2206 от нормативного на 0,02 МПа, 0,04 МПа, и 0,06 МПа, минимальный расход топлива уменьшается соответственно на 5,3%, 7,6%, 11,5% при движении на IV передаче, и на 4,3%, 9,1%, 13,8% при движении на III передаче.
Экономичная скорость при изменении давления воздуха в шинах практически не изменяется. Значит, возможно, увеличение топливной экономичности автомобилей при увеличении давления воздуха в шинах. Однако доказано [15], что при увеличении давления воздуха в шине значительно повышается износ центральных беговых дорожек протектора шины, а следовательно, и срок службы шины. Также ухудшается сцепление шины с дорогой [15], демпфирующие свойства шины и проходимость автомобиля. Для улучшения проходимости и тяговой динамики автомобиля при движении по неровной дороге или по пересеченной местности рекомендуется [15] снижать давление воздуха в шине. При этом не только увеличивается расход топлива, но и происходит интенсивный износ крайних беговых дорожек протектора шины. Поэтому необходимо выяснить каким образом влияет неровность дорожного покрытия на топливную экономичность автомобиля, в том числе и при изменении давления воздуха в шинах.
Топливно-экономические характеристики установившегося движения автомобиля УАЗ-2206 при движении на IV передаче, давление воздуха в шинах ра = 0,30 МПа, высота импульсных неровностей hH: 1 — 0 мм (ровная дорога); 2 — 25 мм; 3 — 35 мм; 4 — 40 мм При движении с пониженным давлением в шинах расход топлива автомобиля больше, чем при движении с нормативным давлением, а при движении с повышенным давлением в шинах расход топлива автомобиля меньше. Однако экономичная скорость движения при пониженном давлении воздуха в шинах выше, чем при нормальном и повышенном давлении воздуха в шинах. При давлении воздуха в шинах 0,16...0,20 МПа становится возможным движение на IV передаче с высотой неровности 50 мм, тогда как при повышенном давлении движение в таких условиях невозможно из-за увеличения жесткости шины.
При движении с перекаченными шинами более ощутимо ухудшаются то-пливно-экономические качества автомобиля с увеличением неровности дороги. С увеличением высоты импульсных неровностей с 0 до 25, 35, и 40 мм при движении на IV передаче при давлении воздуха в шинах 0,16 МПа расход топлива увеличивается соответственно на 19,6%, 30,7%, 47,7%, а при давлении воздуха в шинах 0,30 МПа расход топлива увеличивается соответственно на 26,9%, 56,5%), 82,6%, то есть более интенсивно.
Экспериментальное определение топливно-экономических характеристик при дорожных испытаниях автомобиля проводилось согласно ГОСТ 20306 - 90 [94], который предусматривает проведение замеров расхода топлива на различных скоростях движения при движении по измерительному участку дороги. Измерения производились на горизонтальных участках дороги с твердым, сухим покрытием (допустимы неровности макропрофиля дороги с относительным уклоном / = 0,5% длиной не более 50м) при условиях загрузки автомобиля определенной характеристикой полной массой.
ТЭХ определялись на высшей и предшествующей ей передачах коробки передач (при движении по ровной дороге с асфальтобетонным покрытием ТЭХ определялась при движении на всех передачах) на скоростях движения, начиная с максимально-возможной до минимально-устойчивой через 10 км/ч. Заезды при каждой скорости производились на участках дороги длиной 1000м в двух взаимно противоположных направлениях. По значениям расхода топлива во взаимно противоположных направлениях высчитывался средний расход топлива на данной скорости движения.
