Моб.энер. / варианты / расчетка по авто ЖОПЕР

2. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ

Целью расчета является определение основных параметров автомобиля, удовлетворяющих эксплуатационным требованиям и обеспечивающих наибольшую эффективность его использования.

Основные параметры, определяемые в тяговом расчете:

мощность двигателя и характер изменения ее на внешней скоростной (регуляторной для дизеля) характеристике двигателя N_e, M_кэ, G_т, g_е = ƒ(n)

передаточное число главной передачи i₀;

передаточные числа в коробке передач i_кп;

скорости движения на передачах V.

В числе вспомогательных определяют следующие параметры

полный вес (массу) автомобиля G(m_a)

силу сопротивления воздуха Р_w;

размер и тип шин, динамический радиус колес r_кэ,

механический коэффициент полезного действия трансмиссии _тр.

В расчете используются данные, которые включают в техническое задание на проектирование. Это значения динамического фактора в характерных условиях эксплуатации автомобиля:

максимальная скорость V_max, которую должен развивать автомобиль на хорошей горизонтальной дороге, характеризуемой суммарным коэффициентом дорожного сопротивления ψ_v = ƒ + i,

наибольший подъем i_mах, который должен преодолеть автомобиль, двигаясь на прямой передаче по хорошей дороге. Суммарный коэффициент дорожного сопротивления в этом случае ψ_max = ƒ + i_mах, где ƒ — коэффициент качения.

2.1. Определение вспомогательных параметров автомобиля

Полная масса автомобиля:

m_a = m_г + m_c + m_п 2.1

где m_г — масса перевозимого груза (грузоподъемность или пассажировместимость) или багажа;

m_c — собственная масса автомобиля в снаряженном состоянии без груза. Слагается из конструктивной (сухой) массы автомобиля, массы топлива, массы технических жидкостей, западного колеса, инструмента, принадлежностей и технологического оборудования;

m_п — масса водителя и пассажиров в кабине грузового автомобиля или масса водителя и пассажиров в легковом автомобиле или автобусе. Средняя масса пассажира и водителя 70 кг.

Следовательно

m_a = 40 + 840 + 280 = 1160

Силу тяжести (вес) рассчитаем по формуле: G = 9,81* m_a

G = 1160*9,81 = 11379,6 Н = 11,38кН

Шины выбирают в соответствии с типом автомобиля, условиями его эксплуатации, нагрузкой на колесо.

Динамический радиус определяют по формуле

r_к = 10^-3 * r_ст * λ_ш

где λ_ш — коэффициент, учитывающий деформацию шины от приложения тангенциальной нагрузки (равен 0,96 – 0,98). В нашем расчете

λ_ш = 0,98

Силу сопротивления воздуха определяют так:

Р_{w max} = k * F * V²_max 2.2

где k — коэффициент сопротивления воздуха, ;

F — площадь поперечного сечения (миделево сечение) автомобиля, м²;

V— скорость движения автомобиля, м/с.

Площадь поперечного сечения рассчитывают приближенно, используя данные автомобиля прототипа F = β*В*Н_а, где β — коэффициент заполнения площади. Для легковых автомобилей β = 0,78—0,8 и для грузовых автомобилей β = 0,75—0,9; В – габаритная ширина, м; H_а — габаритная высота автомобиля, м.

Для нашего расчета принимаем β = 0,8

F = 0,8*1,57*1,4 = 1,75 м²

Подставляя полученные значения в формулу 2.2

Р_w = 0,3*1,75*1074,53 = 566,83 Н

Мощность на преодоление сопротивления воздуха увеличивается пропорционально кубу скорости:

N_w = k * F * V³ 2.3

N_w = 0,3*1,75*35223 = 18580,85 Вт = 18,58кВт

2.2 Определение основных параметров автомобиля

2.2.1. Определение мощности двигателя.

Тип двигателя выбирают по аналогии с автомобилем-прототипом.

Мощность двигателя, которую он развивает при равномерном движении автомобиля по хорошей горизонтальной дороге, на прямой передаче, с максимальной скоростью, определяют из уравнения мощностного баланса

2.4

где ψ_v — коэффициент суммарного дорожного сопротивления при движении по хорошей горизонтальной дороге, в данном случае ψ_v = ƒ;

G — полный вес автомобиля, Н;

V_max — максимальная скорость автомобиля, м/с;

k — коэффициент сопротивления воздуха, Н*с²/м⁴;

_тр— механический КПД трансмиссии автомобиля на прямой передаче.

Механический коэффициент полезного действия трансмиссии определим, исходя из ее кинематической схемы по формуле (1.9).

_тр= 0,97 * 0,98 * (1 – 0,05) * 1 = 0,9

После того как будет определена мощность N_v построим график внешней скоростной характеристики двигателя, представляющий зависимость N_e, M_к, g_е = ƒ(n_дв; V_а)- в такой последовательности:

а) в соответствующем масштабе на оси абсцисс откладываем шкалу частот вращения вала двигателя;

б) задаем значение частоты вращения вала двигателя при максимальной мощности n_N по прототипу и отметим в масштабе на оси абсцисс;

в) выбираем соотношение между частотой вращения вала двигателя при максимальной скорости автомобиля n_v и частотой вращения вала двигателя при максимальной мощности двигателя

λ = 1,10—1,15 — для карбюраторных двигателей без ограничения частоты вращения вала двигателя (легковые и грузовые грузоподъемностью выше 1500кг);

λ = 1,0 — для дизелей и карбюраторных двигателей с ограничителем частоты вращения вала двигателя (грузовые автомобили грузоподъемностью выше 1500кг).

В нашем случае λ = 1,1; n_v = 4300 * 1.1 = 4730

г) подсчитывают значение коэффициента оборотности по формуле

2.5

д) используя значение коэффициента оборотности, определим скорости движения автомобиля при соответствующих частотах вращения вала двигателя (V_а = n_дв/₀) и нанесем их на ось абсцисс.

е) строят теоретическую внешнюю скоростную характеристику двигателя.

Максимальную мощность двигателя подсчитывают по формуле

2.6

где с₁, с₂, с₃ – статистические коэффициенты;

с₁= с₂ = с₃ = 1 - для карбюраторного двигателя; с₁ = 0,53; с₂ = 1,56; с₃ =1,09 —для дизелей,

ж) текущие значения мощности двигателя определяют по формуле

где n – произвольное, в пределах рабочей зоны, значение частоты вращения вала двигателя, мин^-1. Рабочей зоной частот вращения выбираем диапазон от n_v до n = (0,4 ... 0,5) n_v.

n₁ =1800 N_e1 = 15765.2 Вт = 15,77 кВт

n₂ = 2800 N_e2 = 24203,6 Вт = 24,2 кВт

n₃ = 3700 N_e3 = 29192,3 Вт = 29,2 кВт

n₄ = 4200 N_e4 = 30257,1 Вт = 30,26 кВт

n₅ = 4730 N_e5 = 29653,4 Вт = 29,66 кВт

Р ис.1. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя

О

M_{к max}

M_к

N_e

N_{e max}

g_е

g_е0

M_к0

N_e0

g_е

граничение частоты вращения карбюраторного двигателя показано на рисунке 1, а штриховой линией.

з) крутящий момент двигателя подсчитывают по формуле

2.8

где _дв - угловая скорость вала двигателя, с^-1;

n₁ = 1800 _дв1 = 188,4 M_к1 = 83,68

n₂ = 2800 _дв2 = 293 M_к2 = 82,59

n₃ = 3700 _дв3 = 387,26 M_к3 = 75,38

n₄ = 4200 _дв4 = 439,6 M_к4 = 68,83

n₅ = 4730 _дв5 = 495,07 M_к5 = 59,9

и) кривую удельного эффективного расхода топлива g_е = ƒ(n) построим используя внешнюю скоростную характеристику (регуляторную характеристику дизеля) двигателя-прототипа.

Значения удельного расхода на номинальном режиме можно принять для карбюраторных двигателей g_е = 250—320 г/кВт-ч, для дизелей g_е = 210—250 г/кВт-ч.

2.3 Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи влияет на тягово-динамические и экономические показатели автомобиля. Его определяют, пользуясь выражением:

2.9

Передаточное число главной передачи, полученное расчетом приблизительно соответствует табличному.

2.4 Определение передаточных чисел в коробке передач

Передаточные числа в коробке передач определяют из условия обеспечения наибольшей интенсивности разгона и плавности переключения шестерен при последовательном переходе с одной передачи на другую, а также для обеспечения движения на первой передаче без буксования по заданной дороге.

Знаменатель геометрической прогрессии ряда, образуемого передаточными числами коробки передач, находят по формуле

2.10

где т — число передач в коробке.

Передаточное число в коробке при работе на первой передаче определяют из условия преодоления заданного сопротивления движению по формуле

2.11

где М_mах— максимальный крутящий момент двигателя, Н*м;

ψ_1mах — суммарный коэффициент дорожного сопротивления (берем из задания на проектирование автомобиля).

Проверяем условие движения автомобиля без буксования по заданной дороге. Должно быть удовлетворено условие

2.12

где  — коэффициент сцепления движителей с дорогой;

λ_к – коэффициент нагрузки на ведущие колеса;

λ_к = 1 - для машин повышенной и высокой проходимости;

λ_к ⁼ 0,5—0,55 - для легковых автомобилей 4x2;

λ_к = 0,65—0,75 - для грузовых автомобилей 4x2.

Для нашего расчета принимаем λ_к = 0,6

Вывод – рассчитанное i₁ удовлетворяет условию

Тогда:

i_{кп 1} = 4.07

i_{кп 2} = 2.59

i_{кп 3} = 1.656

i_{кп 4} = 1.056

2.5 Определение скоростей движения автомобиля на различных передачах

Максимальная скорость движения на прямой передаче задана. Скорости движения на промежуточных передачах определим из соотношений:

V₁ = 8.49м/с

V₂ = 13.32м/с

V₃ = 20.9м/с

V₄ = 32.78м/с

3. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ

В процессе динамического расчета выполняют построение динамической характеристики автомобиля.

Динамический фактор D предложен Е.А. Чудаковым. Используют его для сравнительной оценки динамических качеств различных автомобилей в различных условиях их движения (качество дороги, нагрузка автомобиля). Так как в условиях установившегося движения численные значения динамического фактора и суммарного коэффициента дорожного сопротивления равны, т.е. ψ = D. Зная динамический фактор автомобиля, можно определить, какое дорожное сопротивление он будет преодолевать.

Динамический фактор есть отношение избыточной силы тяги, к полному весу автомобиля:

Значение частоты	1-ая передача	2-ая передача	3-ья передача	4-ая передача
1800	3.2	5.03	7.89	12.37
2800	4.98	7.82	12.27	19.25
3700	6.59	10.34	16.21	25.44
4200	7.48	11.73	18.4	28.87
4730	8.42	13.21	20.73	32.52

3.1

Так как касательная сила тяги Р_к и сила сопротивления воздуха Р_w изменяются с изменением скоростного и нагрузочного режимов работы автомобиля, то и динамический фактор в условиях эксплуатации не остается постоянным. Его оценивают с помощью динамической характеристики, которая представляет собой D = ƒ(V).

Основой для построения динамической характеристики (рис. 2) является внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя или регуляторная характеристика дизеля, а также данные тягового расчета и ряд параметров автомобиля-прототипа

а) Построение динамической характеристики автомобиля. Наметим не менее пяти точек скоростных режимов автомобиля на каждой передаче. Скорости движения автомобиля при движении на различных передачах и при различных значениях частот вращения вала двигателя определяют по формуле

3.2

б) Для этих скоростных режимов находим значения крутящих моментов двигателя и определяют касательные силы тяги на каждой передаче по формуле:

3.3

Значение Мк	1-ая передача	2-ая передача	3-ая передача	4-ая передача
83,68	4442,17	2831,79	1805,2	1150,8
82,59	4384,2	2794,84	1781,65	1135,8
75,38	4001,63	2550,95	1626,18	1036,7
68,83	3653,82	2329,24	1484,84	946,55
59,9	3179,68	2026,98	1292,15	823,72

Для определения силы сопротивления воздуха используют зависимость.

1-ая передача	2-ая передача	3-ья передача	4-ая передача
5,42	13,34	32,83	80,79
13,12	32,28	79,44	195,49
22,9	56,37	138,72	341,37
29,52	72,64	178,75	439,86
37,44	92,13	226,71	557,88

Значения коэффициента сопротивления воздуха k_w и площади поперечного сечения автомобиля F_а принимают из тягового расчета.

в) Значения динамического фактора для каждой передачи подсчитывают

по формуле:

Используя полученные значения динамического фактора, строят характеристику D = ƒ(V).

1-ая передача	2-ая передача	3-я передача	4-ая передача
0,3898	0,2477	0,1557	0,094
0,3841	0,2427	0,1496	0,0826
0,3496	0,2192	0,1307	0,0611
0,3184	0,1983	0,1148	0,0445
0,2761	0,17	0,0936	0,0234

Р ис. 2. Динамическая характеристика автомобиля

Библиографический список

1. Чудаков Е.Д. Теория автомобиля. М.: Машгиз, 1940.

2. Скотников В.А., Мащенский А.Н., Солонский А.С. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М.: Агропромиздат, 1986.

3. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа, 1980.

4. Чернышев В.А. Тягово-динамический расчет автомобиля: Учебное пособие. М: МГАУ им. В.П. Горячкина, 1994.

5. Чернышев В.А. Тяговый расчет трактора: Методические рекомендации. М.:-ГОСНИТИ, 1982.