图6 加速时的作用力
式中:Rj—加速阻力(N) a—自行车加速度(m/s2) g—重力加速度,取g=9.81 m/s2 要使自行车在坡道上逆风保持匀速直线运动所需的最小驱动力为:
Fqmin=Rg+Rk+Rp (6)
式中:Fqmin—最小驱动力(N) 要使自行车在坡道上逆风加速运动,所需满足的条件为:
Fq>Fqmin (7)
联立式(5)、(6)和(7)导出自行车在坡道上逆风加速运动的加速度为:
(8)
3 自行车动力性能测算
现以26 in*自行车为例进行核算,其数据如下: 车拐原长度lg=0.165 m 车拐加长后的长度lj=0.25 m 链轮传动比i=21/46=0.46 车轮半径Rc=0.33 m 在正常情况下人踏在车拐踏板上的力Fj=300N 骑车人的重量Gr=900N 自行车自重Gc=150N 自行车逆风速度υF=8.06 m/s(为5级风,风压为43 Pa) 自行车行驶速度υC=4.67 m/s 求得人和自行车的正面投影面积A=0.6 m2 坡道角度θ=2.5° 坡度为tgθ.100%=4.4% 由公式(1)~(8)分别得出: 车拐未加长时的驱动力Fqw=67N 车拐加长后的驱动力Fq=102N 滚动阻力Rg=15.75N 空气阻力Rk=26.3N 坡度阻力Rp=45.8N 可见Fqw=67N<Rg+Rk+Rp=87.85N,所以26 in自行车在车拐未加长时,其驱动力远远不能满足上坡逆风的需要。 车拐加长后则有Fq=102N>Rg+Rk+Rp=87.85N,其驱动力不仅能充分满足上坡逆风的需要,同时又可实现加速运动,加速度为a=0.131 m/s2。 从驱动力的效果来衡量,车拐加长后比加长前增加了52.2%。
4 经济效果分析
本文所论述的自行车脚踏助力装置,所产生的驱动力可以与一台IE35FZL型0.65/5000自行车助力汽油发动机在相同行驶速度情况下近似等同。 自行车脚踏助力装置,实质上是一种改变加长车拐的周转运动为同速往复摆动的机械传动机构。结构简单,零部件的制造也较容易,如果能达到批量生产,一套脚踏助力装置的市场零售价格也不超过75元人民币。而一台IE35FZL型0.65/5000自行车助力汽油发动机的市场零售价格为630元人民币。在不考虑自行车助力汽油发动机平时行驶时的耗油费用,以及两者的维修保养费用,后者是前者的8.4倍。可见,自行车脚踏助力装置很容易被广大消费者所接受。
作者简介 李树雷,男,1953年5月出生,高级工程师,历任教师(讲师)、厂长、经理助理等职。1986年被评为江苏省优秀教师。所研制的“手动轻便微型收割机”1990年获国家实用新型专利,1997年1月被《中国当代发明家大辞典》选入。已发表论文12篇。 李树雷(中国石化集团管道储运公司建安公司 徐州 221008) 李树青(华能国际电力开发公司上海分公司 上海 200000)
参考文献
1,[日]景山克三.汽车的性能与试验.北京:人民交通出版社,1987 2,[西德]U.阿登纳,W.巴兹兰.汽车手册.北京:机械工业出版社,1987 |