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机车起动问题的分析及处理策略

来源:我们爱旅游
机车起动问题的分析及处理策略

1. 两个起动方式

机车起动问题中有两种运动模式,即机车以恒定功率(通常为额定功率度a起动。

如何分析这两种方式的起动过程及相关问题的处理,这是教与学中经常碰到的问题。 2. 两个基本关系

)和以恒定加速

“”和“”是分析与处理机车起动过程的两个重要的、基本的关系式。

它反映了机车瞬时状态的各量间的关系。

下图是机车在工作状态下的受力情况,应当明确P为机车的瞬时功率;F为机车的牵引力,而不是机车受的合力;v为机车的瞬时速度;a为瞬时加速度;f为机车所受的阻力(通常机车所受阻力设为恒力);m是机车的质量。在实践中,我们只要抓住两个基本关系式,相关问题则会迎刃而解。

3. 两个最值速度 3.1额定功率起动的情形

由和可知,因功率P保持不变,速度增大,则机车的牵引力F必然减小,

也就不难看出机车的加速度a因此而减小,所以该过程是一个加速度逐渐减小的运动。显然当牵引力F减小到等于机车所受阻力f时,即F=f,其加速度a=0,则机车的速度达到最大

值。

如下图所示,额定功率下起动过程的两个阶段,即从动;此后以速度

作匀速直线运动。

为加速度逐渐减小的加速运

3.2恒定加速度起动的情形

初速度为0的匀加速起动的过程,同样根据知,由于加速度a恒定,则

牵引力F不变(通常设定机车所受阻力f恒定)。因此随着速度v增大,其机车的瞬时功率P随之增大,当P增大到额定功率时

,此刻速度便是匀加速运动过程的最大速度

,其

大小为。

应当注意到是匀加速运动的末状态,此刻机车的功率刚好等于额定功率,而此时此刻

牵引力仍为F,且F,再由两个基本关系式,容易分析出,在功率

不变的情况下,速度还会继续增大,牵引力随之减小,所以此后过程是加速度逐渐减小的加

速运动,直到加速度时,机车的速度达到最终的最大速度。

如下图所示,恒定加速度起动的过程的三个阶段,即从

为加速度逐渐减小的加速运动;此后以速度

为匀加速运动阶段;

作匀速直线运动。

综合上面的分析可得:

▲两种起动过程最终所能达到的最大速度;

▲恒定加速度起动过程中,匀加速运动过程的最大速度

4. 两个图象

图象能够很好地反映机车两种起动过程的速度随时间的变化情况。

下图是保持额定功率不变的起动过程的图线。由下图可以看出在t从O到的

图线的切线斜率逐渐减小,反映了机车的加速度逐渐减小,直到时刻,斜率减小为零,即此刻机车的加速度为零,之后图线表示机车一直作匀速直线运动。

下图是保持加速度不变的起动过程的

图线。t从O到时段为斜直线,表示机车做匀加速运动,且时刻达到匀加速运动过程的最大速度

时段曲

线的斜率逐渐减小,表明此阶段是加速度逐渐减小的加速运动,直到时刻速度达到最大值

。此后即为匀速直线运动。

5. 两个典型问题 5.1瞬时值的计算

例题1. 汽车发动机的额定牵引功率为60kW,汽车的质量为5t,汽车在水平路面上行驶时,阻力是车重的0.1倍,试求:

(1)若汽车保持额定功率从静止起动后能达到的最大速度是多少? (2)若汽车从静止开始,保持以间?

(3)如果阻力不变,汽车在水平路面上用速度又是多大? 分析与解答:

(1)汽车在水平路面上行驶时,由于牵引功率保持不变,则汽车的加速度逐渐减小,当

时,汽车的速度达到最大值

速度行驶,实际功率多大?此时汽车的加

的加速度作匀加速运动,这段过程能维持多长时

则。

(2)汽车从静止开始,以的加速度做匀加速行驶,要求得这个过程所能维持的时

。而达到速度

时汽车的实际功率恰好达到额定功

间,必须求出匀加速过程的最大速度

率,所以根据两个基本关系式力F,自然也就求出了

,就可以求出保持匀加速运动过程的牵引

由得:

所以匀加速运动能维持的时间为:

(3)由于表明此时汽车处于额定功率下,加速度逐渐减小的加速运动阶段,

所以此刻的实际功率等于额定功率。 应该注意到,P保持不变,由其牵引力:

知此过程中牵引力不断减小,所以当速度

时,

则此刻汽车的加速度:

点拨:涉及功率问题中经常会计算瞬时加速度、瞬时速度、实际功率等。我们应注意分清机车属哪个类型的起动,处在哪个阶段哪个状态的瞬时值,然后利用两个基本关系式或两个图象进行处理。 5.2“阻力”的理解

机车起动过程的问题中,阻力是相对牵引力而言的,它可能是空气阻力、摩擦阻力、重力或重力的下滑分量等,是起阻碍机车前行的各种力的合力。

拓展:若上题中当汽车行驶在倾角为的长直斜坡上时(其他条件不变),汽车所能行驶的最大速度又是多少?(已知

错解:有不少同学在遇到汽车上坡这类问题时,往往不能正确理解阻力的内涵,会不假思索地按如下方法去计算。即汽车上坡时所能达到的最大速度为:

正确解答:如下图所示,汽车在坡路上行驶时,事实上汽车受到的阻力是由两部分构成,即:

又因为当时,

所以

点拨:本题的阻力

时汽车速度达到最大应如何理解呢?

这里还是应从两个基本关系式:

“”和“”出发来理解。

因为汽车的加速度

,汽车在额定功率下工作,这个过程是加速度越来

越小的加速运动,当加速度减小至零时,即

时,汽车的速度达到最大值

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