Теория движения военных колесных машин. Лекция 5

Прямолинейное движение КМ по твердой плоской опорной поверхности
При изучении свойств КМ при прямолинейном движении по твердой плоской ОП пренебрегают взаимными перемещениями всех отдельных масс, кроме относительного вращения деталей двигателя, трансмиссии и колес, а также вводят допущение, что центр масс С совершает плоское движение, копируя продольный профиль опорной поверхности без колебаний, вызываемых ее неровностями.
Оси, проходящие через центр масс С, называют соответственно продольной ХС, поперечной YС и нормальной ZС. Считают, что ОП наклонена к горизонтальной на угол подъема αопx.

Прямолинейное движение КМ по твердой плоской ОП

Pw – сила сопротивления воздушной среды;
vмx, aмx – линейные скорость и ускорение в продольном направлении;
Pax = mм∙ aмx – инерционная составляющая;
Jy – момент инерции относительно поперечной оси;
αОПx – продольный угол наклона ОП
αкрx – угол крена корпуса
l1i – положение характерных точек по продольной координате относительно 1‐ой оси
hi – вертикальная координата характерных точек
Aпц – точка, характеризующая положение сцепного устройства

Принято оперировать двумя массами КМ
Снаряженная масса КМ mсн
Снаряженной массой называют массу КМ без груза, полностью заправленной топливом, смазочными материалами и охлаждающей жидкостью, с запасным колесом, инструментом и оборудованием.
Полная масса КМ mпол
Полной массой называют массу КМ, которая помимо снаряженной массы включает также массы водителя и груза по номинальной грузоподъемности грузовой КМ или массу пассажиров, число которых соответствует номинальной пассажировместимости легковой КМ или автобуса.

При прямолинейном движении можно сделать допущение, что все внешние силы, действующие на КМ, лежат в плоскости движения XCCZC, перпендикулярной опорной плоскости.
Это позволяет вместо пространственной схемы рассматривать плоскую (велосипедную), приведенную к плоскости симметрии КМ.

Rzоi и Rxоi – нормальная и продольная реакции, действующие на колеса i-ой оси;
Mfоi – момент сопротивления качению, действующий на колеса i-ой оси;
Pм = mм∙g – сила тяжести КМ;
Pмx = Pм ∙sinαОПx – продольная составляющая силы тяжести;
Pмz = Pм ∙cosαОПx – нормальная составляющая силы тяжести;
Pпц z и Pпц x – нормальная и продольная составляющие силы в сцепном устройстве.

Внешние силы, действующие на КМ подразделяются на активные и пассивные.
Пассивные силы (Pмz и Rzоi) не совершают непосредственной работы, однако оказывают большое влияние на движение КМ.
Активные силы подразделяют на движущие и силы сопротивления

Движущие силы – это активные силы, вектор которых по направлению совпадает с направлением вектора скорости движения центра масс КМ ̅vмх.
Силы сопротивления – это активные силы, вектор которых против направления вектора скорости движения центра масс КМ ̅vмх.

Движение КМ возможно при создании положительных значений продольных реакций Rx в пятне контакта колес, поэтому сумму этих реакций и будем считать движущей силой.
Создание движущих сил возможно только при наличии полных окружных сил на ведущих колесах. Полная окружная сила всей КМ определяется суммой полных окружных сил на ведущих колесах:

Аналогично можно говорить о силе сопротивления качению всей колесной машины, определяемой суммой сил сопротивлений всех колес:

Зона повышенного давления
Зона разрежения
Элементарные аэродинамические силы, действующие в каждой точке поверхности КМ, различны по значению и направлению. Их совокупность заменяется равнодействующей силой Pw и моментом Mw.

Равнодействующую Pw называют полной аэродинамической силой
cx – безразмерный коэффициент полной аэродинамической силы;
Fлоб – площадь миделева сечения (лобовая), м2;
qw – скоростной напор, кг/(м∙с2).
Pw приложена в точке, называемой центром парусности и расположенной на высоте hw от опорной поверхности.

Значения cx для КМ различных типов при нулевых углах натекания и атаки:

Для легковых КМ Fлоб ≈ 0,8∙Bм∙Hм, для грузовых Fлоб ≈ B∙Hм (Bм и Hм – габаритные ширина и высота колесной машины, B – колея).

Скоростной напор qw – равен кинетической энергии кубического метра воздуха, движущегося со скоростью vx КМ относительно воздушной среды:
ρw – плотность воздуха, кг/м3.

Выделяют следующие составляющие силы сопротивления воздуха Pw:
формы (0,5…0,6 Pw) обусловлено разностью между повышенным фронтальным давлением, возникающим перед КМ и пониженным давлением, вызванным завихрениями позади нее;
внутреннее (0,1…0,15 Pw), создаваемое потоками воздуха, проходящими внутри КМ для вентиляции кузова и охлаждения двигателя;

поверхностного трения (0,05…0,1 Pw), вызываемое силами вязкости пограничного слоя воздуха, движущегося у поверхности КМ;
индуктивное (0,05…0,1 Pw), вызванное потоками, проходящими под днищем, приводящие к возникновению вертикальных и боковых воздушных нагрузок;
дополнительное (до 0,15 Pw), создаваемое различными выступающими частями (фарами, зеркалами, ручками, указателями поворота и т. д.).

Внутренние силы и моменты
Возникают в элементах КМ, осуществляющих передачу мощности от силовой установки к ведущим колесам.
Источником энергии для КМ является силовая установка, которая характеризуется изменением мощности и момента на выходном валу в зависимости от оборотов.

Для любой транспортной машины идеальной характеристикой изменения крутящего момента МДВ в зависимости от оборотов nДВ выходного вала является гипербола (кривая 1 на рисунке).
1 – идеальная характеристика
2 – газотурбинный двигатель
3 – бензиновый двигатель
4 – дизельный двигатель