DETERMINATION OF AERODYNAMIC QUALITIES OF THE CAR IN TRANSIT FREIGHTS

Щитов С.В.¹, Кривуца З.Ф.²

¹Д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет», ²К.ф.-м.н., доцент, ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ АВТОМОБИЛЯ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ ГРУЗОВ

Аннотация

В статье рассматривается метод совместного определения фактора обтекаемости  и коэффициента качения  при  движении автомобиля по инерции на ровной дороге, позволяющий оценить аэродинамические качества автомобиля в конкретных условиях движения.

Ключевые слова: Дорога, скорость, аэродинамика автомобиля.

Key words: Road, speed, aerodynamics of the car.

Ведущим направлением хозяйственной деятельности Амурской области является производство сельскохозяйственной продукции. Урожай бобовых культур  2012 года  не изменил основного тренда отрасли, стабильно демонстрировавшей рост практически по всем ее основным показателям: площади посевов, объемов производства, урожайности. В нашем регионе производится более 70% от общего объема российской сои.

Неблагоприятные погодные условия значительно влияют на потерю  и сроки сбора урожая. Уборочная бобовых культур завершается в начале ноября. Транспортная составляющая существенно влияет на конечную цену продукции из Приамурья, делая ее невыгодной для покупателей. В условиях Амурской области при перевозке сельскохозяйственных грузов, особенно в период с октября по декабрь наблюдаются случаи резкой смены состояния дорог. Это объясняется тем, что на протяжении одной ездки дорожное покрытие может смениться от асфальта до гололеда. Поэтому необходимо учитывать аэродинамические качества автомобиля в конкретных условиях эксплуатации.  Это особенно актуально для дорог с меняющимся коэффициентом качения [1].

Методика исследования

Для оценки аэродинамических качеств автомобиля при  движении по инерции на ровной дороге применялся метод разработанный профессором, д.т.н. Г.В. Зимелевым [2]. Сущность метода затухания заключается в следующем. На участке ровной горизонтальной дороги автомобиль  разгонялся до некоторой скорости V₁, после чего передача выключалась и скорость автомобиля, движущегося по инерции, постепенно снижалась. При испытании фиксировалось время затухания Т движения, соответствующее изменению скорости от начальной скорости  V₁ до некоторой конечной скорости V_о.  Повторив испытания, выключив передачу при некоторых других скоростях V_i, определялось соответствующее время затухания в конкретных условиях движения.

Результаты исследований

 Результаты эксперимента для автомобиля КамАЗ-З45143 движущегося по инерции на ровной дороге с асфальтобетонным покрытием при перевозке грузов сельскохозяйственного назначения представлены в таблице 1.

Таблица 1

Автомобиль  КамАЗ-З45143, масса груза 8600 кг
Дата: 18.10.2012	Скорость V1, км/ч	Время Т1-2, с	Скорость V2, км/ч	Время Т1-0, с	Скорость V0, км/ч
Температура: 20 С	75	120	41	241	0
Погодные условия: снег	70	120	37	226	0
Тип и состояние поверхности доро-ги: Асфальтобе-тонная дорога, с небольшим снеж-ным покрытием	55	60	26	127	0

Дифференциальное уравнение движения автомобиля в общем виде можно представить [3]

,                            (1)

 

где ν_a – скорость поступательного движения автомобиля, м/с; t– время, с; g – ускорение силы тяжести, м/с²; Р_к – касательная силы тяги на ведущем колесе автомобиля, Н; G_a  – вес автомобиля, Н; f – коэффициента качения автомобиля; kF – фактора обтекаемости автомобиля, kF, Н∙с² /м²; α –угол подъема; δ – коэффициент учета вращающихся масс.

Для рассматриваемого случая Р_к=0 и α=0. После преобразования, время затухания движения автомобиля определяется

                                                (2)

где δ₀ – коэффициент учета вращающихся масс без учета маховика.

При повторении испытания, выключив передачу при некоторой другой скорости ν₂, то соответствующее время затухание будет равно

.                                                      (3)

Проведя ряд математических преобразований, и решив уравнения (2) и (3) относительно f , определяем систему уравнений

                                                 (4)

при этом за величину х взято выражение . В качестве искомых величин в уравнениях (4) можно рассматривать неизвестные величины f и  . При построении зависимостей f=h(х) для ряда произвольных значений последней величины по предложенной системе уравнений (4) точка пересечения указанных кривых определит значения f и, удовлетворяющие обоим рассматриваемым уравнениям.

Используя полученные данные, приведенные в таблице 1 система уравнений (4) принимает вид:

- для диапазона скоростей от v₁=75км/ч до v₀=41км/ч

,

- для диапазона скоростей от v₂=75км/ч до v₀=0км/ч

.

Построение вышеуказанных зависимостей и определение искомых величин по экспериментальным данным, полученных в конкретных условиях эксплуатации автомобиля выполнялось, используя пакет прикладной математической программы  Mathcad 14 [4]. Такой подход позволил избавиться  от абстрактности вычислений и значительно повысить точность математических расчетов. На рис. 1 представлен результат построения зависимостей f=h и расчеты искомых величин в среде Mathcad 14 для рассматриваемого эксперимента.

Рис. 1. Определение фактора обтекаемости kF и коэффициента качения f при движении автомобиля КамАЗ-З45143 по инерции на ровной дороге с асфальтобетонным покрытием

Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице 2.

Таблица.2.

Тип и состояние поверхности дороги	Фактора обтекаемости kF, Н∙с2 /м2	Коэффициент обтекаемости k, Н∙с2 /м4	Коэффициента качения  f
Асфальтобетонная дорога с небольшим  снежным покрытием	2,14±0,12	0,31±0,012	0,0062±0,000213

Таким образом, полученные результаты исследований позволяют более точно оценить тягово-скоростные свойства автомобиля КамАЗ-З45143 при движении по дороге с асфальтобетонным покрытием в период уборки сои.