Методичка для КР по экспл.свойствам авто

частоты вращения коленчатого вала двигателя, которые зависят от типа двигателя,

количества и расположения цилиндров, рабочего объема, степени сжатия и других параметров.

Значения частот (минимальной и максимальной) для различных типов двига-

телей приведены ниже.

Кроме того, необходимо определить шаг изменения частоты х, т.е. величи-

ну ступени, с которой будет изменяться частота вращения коленчатого вала двигателя при расчете характеристики.

При выборе шага нужно пользоваться тем положением, что для построения любой характеристики в соответствии со стандартами должно быть не менее восьми точек.

Блок-схема алгоритма расчета внешней скоростной характеристики двигателя приведена на рис.2.

В приведенной блок-схеме присутствует один цикл – изменение ступенчато

частоты вращения коленчатого вала двигателя. При расчете тягово-скоростных характеристик автомобиля (тяговых, динамических и др.) необходимо организовать

еще один, внешний цикл – изменение передаточных чисел коробки передач. При изменении дорожных условий (коэффициента сопротивления движению) необходимо

будет организовать третий цикл – изменение коэффициента сопротивления дороги.

То есть при составлении блок-схемы алгоритма расчета, кроме выяснения последо-

вательности расчета, необходимо установить, какой параметр будет изменяться во внешнем цикле, какие - во внутренних.

Начало

Ввод исходных данных

Ne max, e min, e max, N, a, b, c, n

X = e min

X emax emin

8(10)

2

3

a

e

e

e

N

N

b

c

e

e max

N

N

N

N e 1000

M e

e

ПЕЧАТЬ

Ne, e, Мe

X = Х+ Х

да

X ≤ e max

нет КОНЕЦ

Рис. 2. Блок-схема алгоритма расчета внешней скоростной характеристики двигателя

12

4.2.3. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Как известно, основу графоаналитического анализа тягово-скоростных

свойств автомобиля при заданной конструкции трансмиссии и ходовой части составляет внешняя скоростная характеристика двигателя – зависимость изменения эффективной мощности, крутящего момента и других параметров от частоты вращения

коленчатого вала двигателя при полной (максимальной) подаче топлива, т.е. характеристика, определяющая максимально возможные тягово-скоростные свойства ав-

томобиля.

Для вычерчивания паспортной внешней скоростной характеристики (паспортная характеристика строится только для базовой модели автомобиля) необходимо

найти эту характеристику для данной модели двигателя в справочной или технической литературе и в соответствующем масштабе перенести ее на график. Затем по

выбранной методике следует произвести расчет внешней скоростной характеристики и построить ее на графике в том же масштабе. Путем визуального сравнения за-

висимостей нужно дать анализ возможных причин несовпадения паспортной и рас-

четной характеристик. На графике также необходимо изобразить скорректированную

характеристику, т.е. характеристику с учетом потерь на привод механизмов, отключаемых при стандартных испытаниях двигателей на стенде.

При построении характеристик следует помнить, что паспортные характеристики имеют ограниченный частотный диапазон работы двигателя. Характеристики

бензиновых двигателей легковых автомобилей, не имеющих ограничителей частоты

вращения коленчатого вала, охватывают диапазон от min до max = (1,1...1,2) N ,

где N – частота вращения коленчатого вала двигателя при номинальной мощности. Номинальная мощность двигателя и соответствующая ей частота вращения колен-

чатого вала приводятся в технической характеристике автомобиля.

Скоростные характеристики бензиновых двигателей грузовых автомобилей и автобусов, а также дизельных двигателей имеют регуляторную ветвь, так как эти двигатели имеют ограничение максимальной частоты вращения коленчатого вала. Максимальная частота вращения коленчатого вала бензиновых двигателей с регулято-

рами составляет (0,9...1,0) N , а для дизельных двигателей – (0,8...0,9) N . В связи с этим данные двигатели не развивают максимальную мощность, которую они могли

бы развить без ограничения частоты вращения коленчатого вала. Эта разница мо-

жет достигать 5...20 %. Ограничение частоты вращения производится для увеличе-

ния долговечности двигателя и повышения безопасности движения автомобиля. Двигатели, оборудованные регуляторами, при срабатывании последнего снижают

мощность и момент не мгновенно, а в некотором диапазоне частоты вращения коленчатого вала, примерно равном 10% от максимальной. Эта часть внешней скоростной характеристики и называется регуляторной ветвью.

При построении внешней скоростной характеристики для таких двигателей необходимо ее изобразить как для случая работы двигателя без регулятора (штри-

ховой линией), так и с регулятором (сплошной). Для построения внешней скоростной характеристики дизельного двигателя без учета регулятора максимальную мощ-

ность следует принять на 5...10% больше указанной в технической характеристике, а

13

частоту вращения коленчатого вала, соответствующую максимальной мощности,

больше на 10...20%.

Таким образом, на графике внешней скоростной характеристики двигателя (рис. 3 ) должны быть изображены следующие зависимости эффективной мощности

и крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала:

1)паспортная;

2)расчетные (при наличии регулятора с регуляторной ветвью и без нее);

3)скорректированные, учитывающие потери при установке двигателя на автомобиль.

Скорректированная внешняя скоростная характеристика двигателя приобретает термин рабочей и используется для последующего анализа тягово-скоростных

свойств автомобиля. Согласно ГОСТ 14846–81, как отмечалось на лекциях по данному курсу, коэффициент коррекции составляет 0,93...0,95. То есть скорректированная характеристика будет иметь значения Me и Ne на 5 - 7 % меньше паспортной.

Рис. 3. Внешняя скоростная характеристика двигателя:

1 - паспортная; 2 - расчетная; 3 - скорректированная (рабочая).

Термин рабочей и используется для последующего анализа тягово-скоростных

свойств автомобиля.

4.2.4. Тяговый и мощностной балансы автомобиля.

14

Динамический паспорт

Воснову тягового и мощностного балансов положено условие равенства сил и

мощностей, приведенных к ведущим колесам в режиме неравномерного прямолинейного движения автомобиля, как со стороны двигателя, так и со стороны внешней

среды, в которой осуществляется движение. Характеристики представляются в виде зависимостей тяговой силы и мощности на передачах от скорости движения и составляющих сопротивления движению сил и мощностей сопротивления дороги и

воздуха.

Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля осуществляется путём сравне-

ния максимально возможных значений тяговой силы и мощности, которые способен развивать автомобиль при данном скоростном режиме работы двигателя, с сопротивлением движению, определяемым сопротивлением дороги и воздуха.

Методики расчета и построения тягового и мощностного балансов изложены в учебной литературе и приводятся в курсе лекций.

Вкачестве примера на рис. 4 изображен график тягового баланса автомобиля, а на рис. 5 - график мощностного баланса.

Определяемый по графикам избыток тяговой силы или мощности автомобиля,

т. е. превышение максимально возможных их значений на передачах над силами или мощностями сопротивления движению при некоторой фиксированной скорости, рассматривается как запас тяговой силы и мощности, который может быть реализо-

ван на разгон, т.е. на преодоление сил инерции при ускорении автомобиля или на

увеличение сопротивления движению (дополнительная масса груза, подъём, плохая дорога и т.п.) или воздуха (встречный ветер).

При равномерном движении автомобиля и наличии запаса по тяговой силе и мощности двигатель работает на режимах частичных нагрузок, т.е. при частичной

(неполной) подаче топлива, и развивает такие силу и мощность, какие требуются

для преодоления данных сопротивлений движению.

15

Рис. 4. График тягового баланса автомобиля с номограммой нагрузок и силами тяги по сцеплению

16

Рис. 5. График мощностного баланса автомобиля

---------------- N раб ---- ---- ---- N кол

Тяговый и мощностной балансы, давая достаточно полную картину возможностей автомобиля в конкретных условиях движения, обладают и существенными недостатками: они не позволяют, например, осуществить сравнительную оценку тяго-

во-скоростных свойств автомобилей при разном дорожном сопротивлении и измене-

нии нагрузки в кузове, не проведя дополнительных расчетов, не позволяют определить влияние дорожного покрытия (коэффициента сцепления шин с дорогой) на мак-

симально возможный уровень тяговых сил по сцеплению и, наконец, не позволяют

сравнить тягово-скоростные свойства автомобилей различных по массе и мощности

двигателя. Для устранения этих недостатков тяговый баланс может быть дополнен номограммой нагрузок в кузове и номограммой сил тяги по сцеплению.

Для этого по оси абсцисс (см. рис. 4) в левую сторону от начала координат откладываются в масштабе значения коэффициента сопротивления дороги , в правую сторону от правой границы графика – значения коэффициента сцепления шин с дорогой x. Затем определяются значения силы сопротивления движению автомобиля при различных нагрузках в кузове по формуле

Pд = G ai max ,

(4)

17

где G ai – вес автомобиля при конкретном значении нагрузки в кузове Н,% (100, 75%

и т. д.);

max – максимальное значение коэффициента сопротивления дороги (обычно

принимается равным 0,3 – движение по сыпучему песку, мягкой пахоте или тяжелому грунту).

По полученным значениям в координатах Pд и max отмечают точку и соединяют её с началом координат. Таким образом получают лучи, соответствующие различным значениям нагрузки в кузове и коэффициенту сопротивления дороги.

Аналогичным образом строятся лучи для силы тяги по сцеплению, значения которой определяются по формуле

P = G i сц x max , (5)

где G i сц – вес, приходящийся на ведущие колёса автомобиля при конкретной на-

грузке в кузове Н, % (100, 75% и т. д.);

x max – максимальное значение коэффициента сцепления шин с дорогой (обычно

принимается равным 0,8...0,9 – сухой чистый асфальтобетон).

График силового баланса автомобиля, дополненный номограммой нагрузок и силами сцепления шин с дорогой, позволяет значительно расширить возможности

по использованию его для решения практических задач, например, определить скорость движения и передачу в коробке, на которых автомобиль может двигаться в конкретных дорожных условиях и при конкретной нагрузке в кузове.

Значения коэффициента сопротивления движению для дорог различных кате-

горий приведены в табл. 4.

Коэффициенты сопротивления движению				Таблица 4
Показатели	Значение коэффициента для дорог категорий
	I	II	III	IV	V
Среднее значение ко-
эффициента сопро-			0,012...		0,03...
тивления качению f	0,012	0,012	0,015	0,02	0,05
Наибольшие продоль-	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07
ные уклоны i	(0,04...	(0,05...	(0,06...	(0,07...	(0,09...
	0,06)	0,07)	0,08)	0,09)	0,1)
Максимальные значе-	0,072	0,082	0,095	0,11	0,15
ния max

В скобках приведены данные для трудных участков, пересеченной и горной местности.

Значения коэффициента сцепления шин с дорогой для различных покрытий и

их состояния приведены в табл.5.

Развитием идеи графоаналитического анализа тягово-скоростных свойств автомобилей является применение безразмерной характеристики, называемой дина-

мической, позволяющей сравнивать тягово-скоростные свойства различных моделей автомобилей. Для анализа тягово-скоростных свойств автомобиля при изменении

нагрузки в кузове или коэффициента сцепления шин с дорогой динамическую ха-

18

рактеристику дополняют номограммой нагрузок и наносят на графике масштабы ди-

намического фактора, связанные с изменением этих параметров. Графическое изображение динамической характеристики автомобиля, дополненное номограммой нагрузок, называется динамическим паспортом автомобиля.

Коэффициенты сцепления шин с дорогой			Таблица 5
Тип дороги	Состояние покрытия
	Сухое			Мокрое
С асфальтобетонным и цементобетонным	0,7...0,8			0,35...0,45
покрытием
Со щебеночным покрытием	0,6...0,7		0,3...0,5
Грунтовая	0,5...0,6		0,2...0,4
Обледенелая			0,08...0,2
Укатанный снег			0,2...0,3

График динамического паспорта автомобиля изображен на рис. 6. Методики

расчета и построения динамической характеристики приводятся в учебной литературе и излагаются на лекциях.

Поскольку величина свободной тяговой силы Pсв = Pт- Pв,, определяющая динамический фактор автомобиля, остаётся неизменной для конкретных условий дви-

жения и не зависит от нагрузки в кузове, то динамический фактор в зависимости от

массы автомобиля будет меняться линейно и превышать значение динамического фактора для автомобиля полной массы пропорционально изменению уровня нагрузки в кузове или составит часть его для автопоезда, т.е.

	Da' Da Ga	,	(6)
где Da и Da'	Ga'
	– соответственно динамический фактор автомобиля полной массы

Ga и массы, отличающейся от полной - G'a .

Таким образом, для нахождения масштаба динамического фактора автомобиля любой массы m a’ достаточно взять на графике динамической характеристики масштаб динамического фактора для автомобиля полной массы m a и умножить его

на отношение Ga G'a , т.е.

M = m *Ga / Ga

.

(7)

Удобнее всего определять масштаб динамического фактора таким образом

для автомобиля без нагрузки (снаряженная масса). Затем, отложив по оси ординат значения динамического фактора в новом масштабе, соединить эти точки прямыми линиями с соответствующими значениями динамического фактора при полной на-

грузке ( рис. 6 ).

19

На полученную номограмму наносят также предельные значения динамиче-

ского фактора автомобиля, которые могут быть реализованы по условию сцепления ведущих колес с дорогой с той лишь разницей, что вместо силы тяги по двигателю

берется сила тяги по сцеплению P сц = G сц x .

Порядок построения мощностного баланса автомобиля

Для анализа динамичности автомобиля вместо соотношения сил силового баланса можно использовать сопоставление тяговой мощности с мощностью, необходимой для преодоления сопротивления движению.

NТ NC NТР Nn NK NВ Nи

Порядок построения:

1.Строим внешнюю скоростную характеристику Ne f V .

V 0,377 ne rСТ

iТР

гдеNТР - мощность, затраченная на преодоление сил трения в трансмиссии. Если

значение NТР неизвестно, то тяговая мощность определяется по формуле:

NТ Ne ТР

2.Затем наносим кривую мощности сопротивления дороге Nд . Значение Nд определяется по формуле:

Nд G t V

1000

Если f = const, то график – прямая, проходящая через начало координат. Коэффициент сопротивления качения f зависит от скорости:

f f р 1,3 10 7 Sn V 2

3.Вверх от кривой мощности сопротивления дороге Nд откладываем значения мощности сопротивления воздуху NВ . Отрезки ординат между кривой Nд NВ

представляют собой сумму мощностей N , затрачиваемую на преодоление сопротивления дороге и воздуху.

Отрезок NЗ между кривыми характеризует запас мощности, который может

быть использован для преодоления повышенного сопротивления дороге или разгона.

Vmax находим при пересечении NТ и Nд NВ , при этом дальнейшее увеличение

скорости невозможно (необходимо прикрыть дроссельную заслонку). Графики мощностного баланса для всех передач строят таким же образом в зависимости от числа передач в КП. При изменении iКП изменяется лишь Va .

20